JP2014120710A - Multilayer high frequency transmission line and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多層高周波伝送線路およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a multilayer high-frequency transmission line and a method for manufacturing the same.
近年、テラヘルツ(THz)オーダーの高周波を用いて高速通信を行うミリ波通信技術のように、従来よりも高周波帯の電磁波を用いた通信への応用が視野に入ってきている。中でもモノリシックミリ波/マイクロ波集積回路(MMIC)は高周波信号の複雑な処理を担う該通信システムの心臓部であり、MMICの高性能化は最も重要な課題の一つである。 In recent years, the application to communication using electromagnetic waves in a high frequency band has been in the field of view, such as millimeter wave communication technology that performs high-speed communication using high frequency in the terahertz (THz) order. Among them, the monolithic millimeter wave / microwave integrated circuit (MMIC) is the heart of the communication system responsible for complex processing of high-frequency signals, and improving the performance of the MMIC is one of the most important issues.
一般にMMICは高速でのスイッチング動作や増幅動作をおこなう能動素子と、高周波信号の伝搬や位相制御をおこなう受動素子との組み合わせで構成される。受動素子の場合は能動素子よりも高周波信号の伝搬距離が長く、特に高周波信号の伝搬を担う伝送線路素子においては高周波信号の伝送損失低減が重要である。 In general, an MMIC is composed of a combination of an active element that performs high-speed switching and amplification operations and a passive element that performs high-frequency signal propagation and phase control. In the case of a passive element, the propagation distance of a high-frequency signal is longer than that of an active element. In particular, in a transmission line element that carries high-frequency signal propagation, it is important to reduce transmission loss of the high-frequency signal.
従来の伝送線路においては例えば図10(特許文献1の図12(b))のような多層配線を用いて高周波信号を伝播させる。該発明は多層配線に中空構造405を形成することによって寄生容量を低減させることが主目的であるが、このような多層配線構造の高周波応用において、伝送損失低減を実現しながら製造コストをいかに抑えるかが、ミリ波/マイクロ波通信技術にとって大きな技術的ポイントとなっている。
In a conventional transmission line, for example, a high-frequency signal is propagated using a multilayer wiring as shown in FIG. 10 (FIG. 12B of Patent Document 1). The main purpose of the invention is to reduce the parasitic capacitance by forming the
しかしながら高周波帯の通信応用に関して、特許文献1のような従来の伝送線路では以下の3点が課題となっている。
However, regarding the communication application in the high frequency band, the following three points are problems in the conventional transmission line as in
課題1(損失増):図に示すような従来の伝送線路では、伝播信号の高周波化が進展した場合の放射を抑えることができない。THz領域の高周波信号においては放射損失が大きくなるため、MMIC全体の損失増加につながる恐れがある。 Problem 1 (increased loss): In the conventional transmission line as shown in the figure, it is impossible to suppress radiation when the frequency of the propagation signal is increased. In high frequency signals in the THz region, radiation loss increases, which may lead to an increase in overall MMIC loss.
課題2(大型化):また、高周波信号の放射が大きいために、近接する伝送線路間で相互干渉が生じ、伝送線路間のアイソレーション特性が大幅に悪化する。結果MMICの性能を低下させるが、アイソレーション特性を改善するためには線路間隔を離さなければならず、逆にMMICの大型化につながる。したがって小型・高機能化を同時に満たすことは困難となる。 Problem 2 (upsizing): Further, since high-frequency signal radiation is large, mutual interference occurs between adjacent transmission lines, and the isolation characteristics between the transmission lines are greatly deteriorated. As a result, the performance of the MMIC is degraded, but the line spacing must be increased in order to improve the isolation characteristics, which leads to an increase in the size of the MMIC. Therefore, it is difficult to satisfy the miniaturization and high functionality at the same time.
課題3(コスト増):MMICに集積される伝送線路には貴金属を多く用いる場合が多く、伝送線路に供する金属の多用は高コスト化につながる。 Problem 3 (increased cost): The transmission line integrated in the MMIC often uses a lot of precious metals, and the heavy use of the metal used for the transmission line leads to higher costs.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放射損失を低減できる多層高周波伝送線路およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a multilayer high-frequency transmission line capable of reducing radiation loss and a method for manufacturing the same.
また、好ましくは、多層高周波伝送線路の小型化および金属使用量の低減を目的とする。 Moreover, it is preferable to reduce the amount of metal used and to reduce the size of the multilayer high-frequency transmission line.
上記の課題を解決するために、第1の本発明に係る多層高周波伝送線路は、第1グランド層および第2グランド層と、前記第1グランド層と前記第2グランド層の間を埋める絶縁層と、前記絶縁層に埋め込まれて前記第1グランド層と前記第2グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第1層間接続ピラー群と、前記絶縁層に埋め込まれて前記第1グランド層と前記第2グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第2層間接続ピラー群と、前記絶縁層に埋め込まれて前記第1層間接続ピラー群と前記第2層間接続ピラー群の間に存在するシグナル層とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a multilayer high-frequency transmission line according to a first aspect of the present invention includes a first ground layer and a second ground layer, and an insulating layer that fills a space between the first ground layer and the second ground layer. A first interlayer connection pillar group including a plurality of interlayer connection pillars embedded in the insulating layer and electrically connecting the first ground layer and the second ground layer and spaced apart from each other, and embedded in the insulating layer A second interlayer connection pillar group comprising a plurality of interlayer connection pillars that electrically connect the first ground layer and the second ground layer and are spaced apart from each other, and the first interlayer connection embedded in the insulating layer And a signal layer that exists between the pillar group and the second interlayer connection pillar group.
例えば、前記多層高周波伝送線路は、第3グランド層と、前記第2グランド層と前記第3グランド層の間を埋める第2絶縁層と、前記第2絶縁層に埋め込まれて前記第2グランド層と前記第3グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第3層間接続ピラー群と、前記第2絶縁層に埋め込まれて前記第2グランド層と前記第3グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第4層間接続ピラー群と、前記第2絶縁層に埋め込まれて前記第3層間接続ピラー群と前記第4層間接続ピラー群の間に存在する第2シグナル層とを備える。 For example, the multilayer high-frequency transmission line includes a third ground layer, a second insulating layer filling between the second ground layer and the third ground layer, and the second ground layer embedded in the second insulating layer. And a third interlayer connection pillar group consisting of a plurality of interlayer connection pillars electrically connecting the third ground layer and spaced apart from each other, and the second ground layer and the third ground embedded in the second insulating layer A fourth interlayer connection pillar group comprising a plurality of interlayer connection pillars that electrically connect layers and are spaced apart from each other; and the third interlayer connection pillar group and the fourth interlayer connection pillar group that are embedded in the second insulating layer And a second signal layer existing between the two.
第2の本発明に係る多層高周波伝送線路は、第1グランド層および第2グランド層と、
前記第1グランド層と前記第2グランド層の間を埋める絶縁層と、前記絶縁層に埋め込まれて前記第1グランド層と前記第2グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第1層間接続ピラー群と、前記絶縁層に埋め込まれて前記第1グランド層と前記第2グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第2層間接続ピラー群とを備えることを特徴とする。
A multilayer high-frequency transmission line according to a second aspect of the present invention includes a first ground layer and a second ground layer,
An insulating layer filling the space between the first ground layer and the second ground layer, and a plurality of layers embedded in the insulating layer and electrically connecting the first ground layer and the second ground layer and spaced apart from each other A first interlayer connection pillar group including connection pillars, and a second interlayer including a plurality of interlayer connection pillars embedded in the insulating layer and electrically connecting the first ground layer and the second ground layer and spaced apart from each other. And a connecting pillar group.
例えば、第1の本発明または第2の本発明において、前記第1グランド層、前記第2グランド層、前記第3グランド層の少なくともいずれかが肉抜きされている。 For example, in the first invention or the second invention, at least one of the first ground layer, the second ground layer, and the third ground layer is thinned.
第3の本発明に係る本発明は、第1の本発明に係る多層高周波伝送線路の製造方法であって、半導体基板の表面に前記第1グランド層を形成する工程と、前記第1グランド層の表面に前記絶縁層の一部をなす第1層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1層間絶縁膜に前記層間接続ピラーの一部をなす第1ピラー部分を埋め込むためのスルーホールを形成する工程と、前記スルーホールに前記第1ピラー部分を埋め込む工程と、前記第1層間絶縁膜の表面に前記シグナル層を形成する工程と、前記第1層間絶縁膜と前記シグナル層の表面に前記絶縁層の一部をなす第2層間絶縁膜を形成する工程と、前記第2層間絶縁膜に前記層間接続ピラーの一部をなす第2ピラー部分を埋め込むためのスルーホールを形成する工程と、前記スルーホールに前記第2ピラー部分を埋め込む工程と、前記第2層間絶縁膜と前記第2ピラー部分の表面に前記第2グランド層を形成する工程とを含むことを特徴とする。 The present invention according to a third aspect of the present invention is a method for manufacturing a multilayer high-frequency transmission line according to the first aspect of the present invention, comprising the step of forming the first ground layer on a surface of a semiconductor substrate, and the first ground layer. Forming a first interlayer insulating film forming a part of the insulating layer on the surface of the substrate, and forming a through hole for embedding the first pillar portion forming a part of the interlayer connection pillar in the first interlayer insulating film A step of embedding the first pillar portion in the through hole, a step of forming the signal layer on a surface of the first interlayer insulating film, and a surface of the first interlayer insulating film and the signal layer. Forming a second interlayer insulating film forming a part of the insulating layer; forming a through hole for embedding the second pillar portion forming a part of the interlayer connection pillar in the second interlayer insulating film; Before the through hole Burying a second pillar portion, characterized in that it comprises a step of forming the second ground layer on the second interlayer insulating film and the surface of the second pillar portion.
第4の本発明に係る本発明は、第1の本発明に係る多層高周波伝送線路の製造方法であって、半導体基板の表面に前記第1グランド層を形成する工程と、前記第1グランド層の表面に前記絶縁層の一部をなす第1層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1層間絶縁膜の表面に前記シグナル層を形成する工程と、前記第1層間絶縁膜と前記シグナル層の表面に前記絶縁層の一部をなす第2層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜からなる前記絶縁層に前記層間接続ピラーを埋め込むためのスルーホールを形成する工程と、前記スルーホールに前記層間接続ピラーを埋め込む工程と、前記第2層間絶縁膜と前記層間接続ピラーの表面に前記第2グランド層を形成する工程とを含むことを特徴とする。 The present invention according to a fourth aspect of the present invention is a method for manufacturing a multilayer high-frequency transmission line according to the first aspect of the present invention, comprising the step of forming the first ground layer on a surface of a semiconductor substrate, and the first ground layer. Forming a first interlayer insulating film forming a part of the insulating layer on the surface of the substrate, forming the signal layer on the surface of the first interlayer insulating film, the first interlayer insulating film and the signal layer Forming a second interlayer insulating film forming a part of the insulating layer on the surface of the substrate, and a through for embedding the interlayer connection pillar in the insulating layer comprising the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film Forming a hole; embedding the interlayer connection pillar in the through hole; and forming the second ground layer on a surface of the second interlayer insulating film and the interlayer connection pillar. To do.
第5の本発明に係る本発明は、第1の本発明に係る多層高周波伝送線路の製造方法であって、前記絶縁層の一部をなす半導体基板の表面に前記シグナル層を形成する工程と、前記半導体基板と前記シグナル層の表面に前記絶縁層の一部をなす層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に前記層間接続ピラーの一部をなす第1ピラー部分を埋め込むためのスルーホールを形成する工程と、前記スルーホールに前記第1ピラー部分を埋め込む工程と、前記層間絶縁膜と前記第1ピラー部分の表面に前記第2グランド層を形成する工程と、前記半導体基板に前記層間接続ピラーの一部をなす第2ピラー部分を埋め込むためのヴィアを形成する工程と、前記ヴィアに前記第2ピラー部分を埋め込む工程と、前記半導体基板と前記第2ピラー部分の表面に前記第1グランド層を形成する工程とを含むことを特徴とする。 The present invention according to a fifth aspect of the present invention is a method for manufacturing a multilayer high-frequency transmission line according to the first aspect of the present invention, comprising the step of forming the signal layer on the surface of a semiconductor substrate that forms part of the insulating layer. Forming an interlayer insulating film forming a part of the insulating layer on the surface of the semiconductor substrate and the signal layer, and embedding a first pillar portion forming a part of the interlayer connection pillar in the interlayer insulating film. Forming a through hole; burying the first pillar portion in the through hole; forming the second ground layer on a surface of the interlayer insulating film and the first pillar portion; Forming a via for embedding a second pillar portion forming a part of the interlayer connection pillar; embedding the second pillar portion in the via; and the semiconductor substrate and the second pillar portion. Characterized in that it comprises a step of forming the first ground layer to the surface.
本発明に係る多層高周波伝送線路およびその製造方法によれば、多層高周波伝送線路からの放射損失を低減することができる。 According to the multilayer high-frequency transmission line and the manufacturing method thereof according to the present invention, radiation loss from the multilayer high-frequency transmission line can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、第1の実施の形態に係る多層高周波伝送線路を示す図である。図1(a)は斜視図、図1(b)は断面図である。 FIG. 1 is a diagram showing a multilayer high-frequency transmission line according to the first embodiment. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view.
多層高周波伝送線路は、第1グランド層1および第2グランド層2と、第1グランド層1と第2グランド層2の間を埋める絶縁層3と、絶縁層3に埋め込まれて第1グランド層1と第2グランド層2を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラー4からなる第1層間接続ピラー群11と、絶縁層3に埋め込まれて第1グランド層1と第2グランド層2を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラー4からなる第2層間接続ピラー群12と、絶縁層3に埋め込まれて第1層間接続ピラー群11と第2層間接続ピラー群12の間に存在するシグナル層5とを備える。
The multilayer high-frequency transmission line includes a
多層高周波伝送線路の基礎となる半導体基板(図1では省略)には、Si, InP, GaAs, GaN, SiCなどが用いられる。 Si, InP, GaAs, GaN, SiC, or the like is used for the semiconductor substrate (not shown in FIG. 1) that is the basis of the multilayer high-frequency transmission line.
絶縁層3は、ここでは、第1グランド層1と第2グランド層2を電気的に分離するための層間絶縁膜であり、例えばポリイミド、ベンゾシクロブテンなどの有機樹脂や、酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機系絶縁膜で形成される。
Here, the
第1グランド層1、第2グランド層2およびシグナル層5は、例えばAu, Ag, Cu, Alなどの高い導電率を有する金属で形成される。
The
絶縁層3、第1グランド層1、第2グランド層2およびシグナル層5は、いずれも低誘電正接、かつエッチング可能な材料で形成される。シグナル層5は、高周波信号を伝搬させる層である。
The
第1グランド層1、第2グランド層2は、対地と同電位にされる。よって、第1グランド層1と第2グランド層2を電気的に接続する層間接続ピラー4も対地と同電位になる。その結果、層間接続ピラー4は、外部への信号の放射を防止し、放射損失を低減できる。
The
隣接する層間接続ピラー4の表面どうしの間隔をシグナル層5を流れる高周波信号の実効波長よりも小さくすれば、放射防止の効果が極めて高く、好ましい。
If the distance between the surfaces of the adjacent
絶縁層3(層間絶縁膜)に比誘電率2.7のベンゾシクロブテンを用いた場合には、100GHzの高周波信号の実効波長は約1100μm、300GHzの高周波信号の実効波長は約370μmである。この場合、層間接続ピラー4の間隔を1100μm、370μmの1/10以下、つまり、110μm以下, 37μm以下にすれば、良好な遮へい効果が得られる。
When benzocyclobutene having a relative dielectric constant of 2.7 is used for the insulating layer 3 (interlayer insulating film), the effective wavelength of the 100 GHz high frequency signal is about 1100 μm, and the effective wavelength of the 300 GHz high frequency signal is about 370 μm. In this case, if the distance between the
層間接続ピラー4の直径を絶縁層3の厚さ程度とすれば、サイドエッチング効果を考えても設計値通りのサイズを有する層間接続ピラー4を形成できる。このような、層間接続ピラー4に使用される貴金属の量は少なく、コスト減に寄与する。
If the diameter of the
多層高周波伝送線路の各部寸法は、シグナル層5を伝搬する高周波信号の周波数、及び所望の線路特性インピーダンスで決まる。
The dimensions of each part of the multilayer high-frequency transmission line are determined by the frequency of the high-frequency signal propagating through the
特に、第1グランド層1とシグナル層5の間の絶縁層3の厚さd1と、第2グランド層2とシグナル層5の間の絶縁層3の厚さd2とが、シグナル層5と層間接続ピラー4の間隔と同程度なら、各部寸法は、同軸構造におけるインピーダンス計算、つまり近似的な計算で決められる。
In particular, the thickness d1 of the insulating
例えば、典型例として、第1グランド層1、第2グランド層2、シグナル層5にAuやCu, Alなどの一般的な配線材料を用い、絶縁層3には、厚膜形成可能なベンゾシクロブテン(比誘電率 2.7)を用い、厚さd1、d2を1とした場合のシグナル層5の厚さと、シグナル層5と層間接続ピラー4の間隔を0.5程度にすれば、50オーム整合させることができる。多層配線の平坦性を確保できるように、第1グランド層1、第2グランド層2の厚さは0.5以下とするのが好ましい。なお、後述のように第1グランド層1などを平坦化する場合はこの限りではない。
For example, as a typical example, a common wiring material such as Au, Cu, Al or the like is used for the
図2は、第2の実施の形態に係る多層高周波伝送線路を示す図(斜視図)である。 FIG. 2 is a diagram (perspective view) showing a multilayer high-frequency transmission line according to the second embodiment.
多層高周波伝送線路は、図1のものに比べ、さらに、第3グランド層6と、第2グランド層2と第3グランド層6の間を埋める第2絶縁層7と、第2絶縁層7に埋め込まれて第2グランド層2と第3グランド層6を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラー4からなる第3層間接続ピラー群13と、第2絶縁層7に埋め込まれて第2グランド層2と第3グランド層6を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラー4からなる第4層間接続ピラー群14と、第2絶縁層7に埋め込まれて第3層間接続ピラー群13と第4層間接続ピラー群14の間に存在する第2シグナル層8とを備える。
The multilayer high-frequency transmission line has a
第2シグナル層8には、例えば、シグナル層5を伝播する信号とは別の信号が伝播する。第3層間接続ピラー群13、第4層間接続ピラー群14は、第1層間接続ピラー群11等と同様の働きにより、放射損失を低減する。
For example, a signal different from the signal propagating through the
また、シグナル層5と第2シグナル層8の間には、第2グランド層2があるので、信号同士の干渉を防止でき、アイソレーション特性が向上する。
しかも、設置面積は、図1の多層高周波伝送線路のものと同じである。
In addition, since the
Moreover, the installation area is the same as that of the multilayer high-frequency transmission line in FIG.
つまり、第2の実施の形態の多層高周波伝送線路は、放射損失を低減し、信号の干渉を防止しつつ、小型化に寄与する。 That is, the multilayer high-frequency transmission line according to the second embodiment contributes to downsizing while reducing radiation loss and preventing signal interference.
図3は、第3の実施の形態に係る多層高周波伝送線路を示す図(斜視図)である。 FIG. 3 is a diagram (perspective view) showing a multilayer high-frequency transmission line according to the third embodiment.
多層高周波伝送線路は、図1の多層高周波伝送線路に比べ、第1グランド層1と第2グランド層2が肉抜きされている。よって、第1グランド層1と第2グランド層2に使用される金属の量を低減できる。
In the multilayer high-frequency transmission line, the
つまり、第3の実施の形態の多層高周波伝送線路は、放射損失を低減しつつ、金属使用量の低減に寄与する。 That is, the multilayer high-frequency transmission line according to the third embodiment contributes to a reduction in metal usage while reducing radiation loss.
なお、図3のように、第1グランド層1等を縞状に肉抜きした場合、第1グランド層1等のない縞の幅Gは、層間接続ピラー4の間隔等と同様に、実効波長の1/10以下にするのが好ましい。後述の第4の実施の形態でも同様である。
As shown in FIG. 3, when the
図4は、第4の実施の形態に係る多層高周波伝送線路を示す図(斜視図)である。 FIG. 4 is a diagram (perspective view) showing a multilayer high-frequency transmission line according to the fourth embodiment.
多層高周波伝送線路は、図2の多層高周波伝送線路に比べ、第1グランド層1と第2グランド層2と第3グランド層6が肉抜きされている。よって、第1グランド層1と第2グランド層2に使用される金属の量を低減できる。
In the multilayer high-frequency transmission line, the
つまり、第4の実施の形態の多層高周波伝送線路は、放射損失を低減し、信号の干渉を防止でき、小型であり、金属使用量の低減に寄与する。 That is, the multilayer high-frequency transmission line of the fourth embodiment can reduce radiation loss, prevent signal interference, is small, and contributes to reduction of metal usage.
図5は、第5の実施の形態に係る多層高周波伝送線路を示す図(斜視図)である。 FIG. 5 is a diagram (perspective view) showing a multilayer high-frequency transmission line according to the fifth embodiment.
多層高周波伝送線路は、図1の多層高周波伝送線路に比べ、絶縁層3が、半導体基板31と層間絶縁膜32で構成されている。また、層間接続ピラー4は、第1ピラー部分421と第2ピラー部分422から構成される。半導体基板31は、絶縁性を有するので、絶縁層3を構成することができる。よって、図1の多層高周波伝送線路と同様に効果が得られる。
In the multilayer high-frequency transmission line, the insulating
図6は、第6の実施の形態に係る多層高周波伝送線路を示す図(斜視図)である。 FIG. 6 is a diagram (perspective view) showing a multilayer high-frequency transmission line according to the sixth embodiment.
多層高周波伝送線路は、図1の多層高周波伝送線路に比べ、シグナル層5を省略したものであり、すなわち、導波管である。シグナル層5を省略した場合、寸法が所定の条件を満たせば、多層高周波伝送線路は導波管として、信号を伝播することができる。
The multilayer high-frequency transmission line is obtained by omitting the
図7は、図1に示す多層高周波伝送線路の製造方法の一例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing an example of a method for manufacturing the multilayer high-frequency transmission line shown in FIG.
図7(a)の工程:半導体基板10の表面に第1グランド層1を形成する。
Step of FIG. 7A: The
ここでは、第1グランド層1を真空蒸着法、スパッタリング法、電界めっき法などによってパタンニングして形成する。具体的には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト膜をパタンニングし、このパタンを反映する形で金属の第1グランド層1が形成される。第1グランド層1の厚さが1μm以下の比較的薄い場合には真空蒸着法、スパッタリング法などを用いればよいし、1μmを超える厚い場合には電界めっき法などを用いればよい。
Here, the
なお、図3の多層高周波伝送線路のように、第1グランド層1を肉抜きする場合は、肉抜き後の第1グランド層1の形状にあわせた形状のレジスト膜をパタンニングすればよい。
When the
また、第1グランド層1を化学的機械研磨法や機械的研削によって平坦化する工程を加えてもよい。
Further, a step of flattening the
第1グランド層1が平坦でないと、シグナル層5に接触しないように、絶縁層3の一部をなす第1層間絶縁膜301(後述する)を厚くする必要があるが、平坦化すれば、第1層間絶縁膜301を薄くしてもシグナル層5に接触せず、よって、第1層間絶縁膜301を薄くできる。
If the
また、第1グランド層1が平坦でないと、それを反映して第1層間絶縁膜301が歪むので、このような歪みを防止できる。
Further, if the
これは、第2グランド層2についても同様である。また、さらにグランド層を設ける場合でも同様である。
The same applies to the
図7(b)の工程:次に、第1グランド層1の表面に絶縁層3の一部をなす第1層間絶縁膜301を形成する。
Step of FIG. 7B: Next, a first
第1層間絶縁膜301は、例えば、ポリイミドやベンゾシクロブテン等の有機樹脂を用いる場合は、スピンコート法や液相プラズマCVD法などで形成する。酸化シリコン、窒化シリコンおよびそれに類する無機系絶縁膜の場合は、スパッタリング法、熱CVD法、プラズマCVD法を用いる。なお、材料本来の誘電率・誘電正接をもつ良好な第1層間絶縁膜301が形成できなら、いかなるプロセスを用いてもよい。
For example, when an organic resin such as polyimide or benzocyclobutene is used, the first
図7(c)の工程:次に、第1層間絶縁膜301に層間接続ピラー4の一部をなす第1ピラー部分421を埋め込むためのスルーホール411を形成する。
Step of FIG. 7C: Next, a through
例えば、ポリイミドやベンゾシクロブテン等の有機樹脂を第1層間絶縁膜301に用いた場合には、酸素添加のドライエッチング法を用い、酸化シリコン、窒化シリコンおよびそれに類する無機系絶縁膜の場合にはSF6, CF4, C2F6などのフロン系ガスを用いた反応性ドライエッチング法を用いれば、側壁残さのない良好なスルーホール411を形成できる。スルーホール411の径を特に小さくしたい場合には、エッチング室の圧力を1 Pa以下に下げればよい。また、誘導結合プラズマを用いた反応性ドライエッチングを用いる場合には、バイアスのパワーを高めに設定すればよい。例えばアンテナパワーは500 W以上、バイアスパワーは50 W以上とすれば特に良好なエッチング面が得られる。
For example, when an organic resin such as polyimide or benzocyclobutene is used for the first
図7(d)の工程:次に、スルーホール411に第1ピラー部分421を埋め込む。
Step of FIG. 7D: Next, the
具体的には、第1ピラー部分421の金属材料をスルーホール411に充填する。金属材料の種類は第1グランド層1などに用いるものでもよいし、別の種類の金属でもよい。スルーホール411が第1層間絶縁膜301の厚さに以上に深い場合には電界めっき法を用いるのが望ましいが、スルーホール411内にボイド等がなく金属を充てんすることができる場合にはスパッタリング法や真空蒸着法を用いてもよい。この場合、特に反応室の圧力を低めに設定すれば、良好な金属の充填が実現される。例えば10-2以下程度である。また、スルーホール411の径が層間絶縁膜の厚さに対して2倍以上大きい場合には、第1ピラー部分421として、側壁のみに金属膜を形成してもよい。
Specifically, the through
図7(e)の工程:次に、第1層間絶縁膜301の表面にシグナル層5を形成する。
Step of FIG. 7E: Next, the
シグナル層5の形成方法は、第1グランド層1の形成方法に準ずる。
The method for forming the
図7(f)の工程:次に、第1層間絶縁膜301とシグナル層5の表面に絶縁層3の一部をなす第2層間絶縁膜302を形成する。
第2層間絶縁膜302の形成方法は、第1層間絶縁膜301の形成方法に準ずる。
Step of FIG. 7F: Next, a second
The method for forming the second
図7(g)の工程:次に、第2層間絶縁膜302に層間接続ピラー4の一部をなす第2ピラー部分422を埋め込むためのスルーホール412を形成する。
Step of FIG. 7G: Next, a through
スルーホール412の形成方法は、スルーホール411の形成方法に準ずる。
The formation method of the through
図7(g)の工程:次に、スルーホール412に第2ピラー部分422を埋め込み、第2層間絶縁膜302と第2ピラー部分422の表面に第2グランド層2を形成する。
Step of FIG. 7G: Next, the
第2ピラー部分422、第2グランド層2の形成方法は、それぞれ第1ピラー部分421の形成方法、第1グランド層1などの形成方法に準ずる。
The formation method of the
以上の工程をもって、図1の多層高周波伝送線路が得られる。層間接続ピラー4は、第1ピラー部分421と第2ピラー部分422から構成される。
With the above process, the multilayer high-frequency transmission line of FIG. 1 is obtained. The
なお、図2、図4の多層高周波伝送線路は、図7(b)以降の工程をもう1回行うことで得られる。また、図7(b)以降の工程を複数回行い、さらに層を増やしてもよい。 2 and 4 can be obtained by performing the steps subsequent to FIG. 7B once more. Moreover, the process after FIG.7 (b) may be performed in multiple times, and a layer may be increased further.
また、シグナル層5の形成工程を省き、図6の多層高周波伝送線路を製造してもよい。
Moreover, the formation process of the
図8は、図1に示す多層高周波伝送線路の製造方法の別な一例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing another example of the method for manufacturing the multilayer high-frequency transmission line shown in FIG.
図8(a)の工程:まず、図7(a)、(b)の工程と同様の工程を行う。 Step of FIG. 8A: First, the same steps as the steps of FIG. 7A and FIG. 7B are performed.
図8(b)の工程:次に、第1層間絶縁膜301の表面に、図7(e)と同様に、シグナル層5を形成する。
Step of FIG. 8B: Next, the
図8(c)の工程:次に、第1層間絶縁膜301とシグナル層5の表面に、図7(f)と同様に、第2層間絶縁膜302を形成する。
Step of FIG. 8C: Next, the second
図8(d)の工程:次に、第1層間絶縁膜301と第2層間絶縁膜302からなる絶縁層3に層間接続ピラー4を埋め込むためのスルーホール41を形成する。スルーホール41の形成方法は、スルーホール411、412の形成方法に準ずる(図7(c)、(g))。
Step of FIG. 8D: Next, a through
図8(e)の工程:次に、スルーホール41に層間接続ピラー4を埋め込み、第2層間絶縁膜302と層間接続ピラー4の表面に第2グランド層2を形成する。
Step of FIG. 8E: Next, the
層間接続ピラー4、第2グランド層2の形成方法は、それぞれ第1ピラー部分421などの形成方法、第1グランド層1などの形成方法に準ずる(図7(a)、(d)、(g))。
The formation method of the
以上の工程をもって、図1の多層高周波伝送線路が得られる。 With the above process, the multilayer high-frequency transmission line of FIG. 1 is obtained.
なお、図2、図4の多層高周波伝送線路は、第1層間絶縁膜301の生成工程以降の工程をもう1回行うことで得られる。なお、さらに層を増やしてもよい。
また、シグナル層5の形成工程を省き、図6の多層高周波伝送線路を製造してもよい。
2 and 4 can be obtained by performing the steps subsequent to the step of forming the first
Moreover, the formation process of the
図8の製造方法によれば、図7の製造方法で必要な第1ピラー部分421、第2ピラー部分422の生成工程を、1回の層間接続ピラー4の生成工程で代用でき、工程数を低減できる。層を増やした場合は、さらなる工程数低減が可能である。
According to the manufacturing method of FIG. 8, the generation process of the
図9は、図5に示す多層高周波伝送線路の製造方法の一例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing an example of a method for manufacturing the multilayer high-frequency transmission line shown in FIG.
図9(a)の工程:まず、半導体基板31の表面に、図7(e)などと同様に、シグナル層5を形成する。次に、半導体基板31とシグナル層5の表面に、図7(b)などと同様な方法で、層間絶縁膜32を形成する。次に、層間絶縁膜32に、図7(c)と同様に、層間接続ピラー4の一部をなす第1ピラー部分421を埋め込むためのスルーホールを形成する。次に、図7(d)と同様に、スルーホールに第1ピラー部分421を埋め込む。次に、層間絶縁膜32と第1ピラー部分421の表面に、図7(g)などと同様に、第2グランド層2を形成する。
Step of FIG. 9A: First, the
図9(b)の工程:次に、半導体基板31に裏側から、層間接続ピラー4の一部をなす第2ピラー部分422を埋め込むためのヴィア42を形成する。ヴィア42の形成には、Cl2, HBr, HIなどのハロゲン系ガスを用いる。
Step of FIG. 9B: Next, vias 42 for embedding the
図9(c)の工程:次に、ヴィア42に、図7(g)と同様に、第2ピラー部分422を埋め込む。次に、半導体基板31と第2ピラー部分422の表面に、図7(a)と同様に、第1グランド層1を形成する。
Step of FIG. 9C: Next, the
以上の工程をもって、図5の多層高周波伝送線路が得られる。層間接続ピラー4は、第1ピラー部分421と第2ピラー部分422から構成される。なお、さらに層を増やしてもよい。この場合、第1グランド層1側で層を増やしてもよいし、第2グランド層2側で層を増やしてもよい。
With the above process, the multilayer high-frequency transmission line of FIG. 5 is obtained. The
また、シグナル層5の形成工程を省き、導波管である多層高周波伝送線路を製造してもよい。
Moreover, the formation process of the
1…第1グランド層
2…第2グランド層
3…絶縁層
4…層間接続ピラー
5…シグナル層
6…第3グランド層
7…第2絶縁層
8…第2シグナル層
10、31…半導体基板
11…第1層間接続ピラー群
12…第2層間接続ピラー群
13…第3層間接続ピラー群
14…第4層間接続ピラー群
32…層間絶縁膜
41、411、412…スルーホール
42…ヴィア
301…第1層間絶縁膜
302…第2層間絶縁膜
421…第1ピラー部分
422…第2ピラー部分
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1グランド層と前記第2グランド層の間を埋める絶縁層と、
前記絶縁層に埋め込まれて前記第1グランド層と前記第2グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第1層間接続ピラー群と、
前記絶縁層に埋め込まれて前記第1グランド層と前記第2グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第2層間接続ピラー群と、
前記絶縁層に埋め込まれて前記第1層間接続ピラー群と前記第2層間接続ピラー群の間に存在するシグナル層と
を備えることを特徴とする多層高周波伝送線路。 A first ground layer and a second ground layer;
An insulating layer filling a gap between the first ground layer and the second ground layer;
A first interlayer connection pillar group consisting of a plurality of interlayer connection pillars embedded in the insulating layer and electrically connecting the first ground layer and the second ground layer and spaced apart from each other;
A second interlayer connection pillar group consisting of a plurality of interlayer connection pillars embedded in the insulating layer and electrically connecting the first ground layer and the second ground layer and spaced apart from each other;
A multilayer high-frequency transmission line comprising: a signal layer embedded in the insulating layer and existing between the first interlayer connection pillar group and the second interlayer connection pillar group.
前記第2グランド層と前記第3グランド層の間を埋める第2絶縁層と、
前記第2絶縁層に埋め込まれて前記第2グランド層と前記第3グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第3層間接続ピラー群と、
前記第2絶縁層に埋め込まれて前記第2グランド層と前記第3グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第4層間接続ピラー群と、
前記第2絶縁層に埋め込まれて前記第3層間接続ピラー群と前記第4層間接続ピラー群の間に存在する第2シグナル層と
を備えることを特徴とする請求項1記載の多層高周波伝送線路。 A third ground layer;
A second insulating layer filling a space between the second ground layer and the third ground layer;
A third interlayer connection pillar group comprising a plurality of interlayer connection pillars embedded in the second insulating layer and electrically connecting the second ground layer and the third ground layer and spaced apart from each other;
A fourth interlayer connection pillar group comprising a plurality of interlayer connection pillars embedded in the second insulating layer and electrically connecting the second ground layer and the third ground layer and spaced apart from each other;
The multilayer high-frequency transmission line according to claim 1, further comprising: a second signal layer embedded in the second insulating layer and existing between the third interlayer connection pillar group and the fourth interlayer connection pillar group. .
前記第1グランド層と前記第2グランド層の間を埋める絶縁層と、
前記絶縁層に埋め込まれて前記第1グランド層と前記第2グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第1層間接続ピラー群と、
前記絶縁層に埋め込まれて前記第1グランド層と前記第2グランド層を電気的に接続し且つ互いに離間する複数の層間接続ピラーからなる第2層間接続ピラー群と
を備えることを特徴とする多層高周波伝送線路。 A first ground layer and a second ground layer;
An insulating layer filling a gap between the first ground layer and the second ground layer;
A first interlayer connection pillar group consisting of a plurality of interlayer connection pillars embedded in the insulating layer and electrically connecting the first ground layer and the second ground layer and spaced apart from each other;
And a second interlayer connection pillar group including a plurality of interlayer connection pillars embedded in the insulating layer and electrically connecting the first ground layer and the second ground layer and spaced apart from each other. High frequency transmission line.
半導体基板の表面に前記第1グランド層を形成する工程と、
前記第1グランド層の表面に前記絶縁層の一部をなす第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜に前記層間接続ピラーの一部をなす第1ピラー部分を埋め込むためのスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホールに前記第1ピラー部分を埋め込む工程と、
前記第1層間絶縁膜の表面に前記シグナル層を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜と前記シグナル層の表面に前記絶縁層の一部をなす第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜に前記層間接続ピラーの一部をなす第2ピラー部分を埋め込むためのスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホールに前記第2ピラー部分を埋め込む工程と、
前記第2層間絶縁膜と前記第2ピラー部分の表面に前記第2グランド層を形成する工程と
を含むことを特徴とする多層高周波伝送線路の製造方法。 It is a manufacturing method of the multilayer high frequency transmission line according to claim 1,
Forming the first ground layer on a surface of a semiconductor substrate;
Forming a first interlayer insulating film forming a part of the insulating layer on the surface of the first ground layer;
Forming a through hole for embedding a first pillar portion forming a part of the interlayer connection pillar in the first interlayer insulating film;
Burying the first pillar portion in the through hole;
Forming the signal layer on the surface of the first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film forming a part of the insulating layer on the surface of the first interlayer insulating film and the signal layer;
Forming a through hole for embedding a second pillar portion forming a part of the interlayer connection pillar in the second interlayer insulating film;
Burying the second pillar portion in the through hole;
Forming the second ground layer on the surface of the second interlayer insulating film and the second pillar portion. A method of manufacturing a multilayer high-frequency transmission line, comprising:
半導体基板の表面に前記第1グランド層を形成する工程と、
前記第1グランド層の表面に前記絶縁層の一部をなす第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜の表面に前記シグナル層を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜と前記シグナル層の表面に前記絶縁層の一部をなす第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜からなる前記絶縁層に前記層間接続ピラーを埋め込むためのスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホールに前記層間接続ピラーを埋め込む工程と、
前記第2層間絶縁膜と前記層間接続ピラーの表面に前記第2グランド層を形成する工程と
を含むことを特徴とする多層高周波伝送線路の製造方法。 It is a manufacturing method of the multilayer high frequency transmission line according to claim 1,
Forming the first ground layer on a surface of a semiconductor substrate;
Forming a first interlayer insulating film forming a part of the insulating layer on the surface of the first ground layer;
Forming the signal layer on the surface of the first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film forming a part of the insulating layer on the surface of the first interlayer insulating film and the signal layer;
Forming a through hole for embedding the interlayer connection pillar in the insulating layer comprising the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film;
Burying the interlayer connection pillar in the through hole;
Forming the second ground layer on a surface of the second interlayer insulating film and the interlayer connection pillar. A method for manufacturing a multilayer high-frequency transmission line, comprising:
前記絶縁層の一部をなす半導体基板の表面に前記シグナル層を形成する工程と、
前記半導体基板と前記シグナル層の表面に前記絶縁層の一部をなす層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に前記層間接続ピラーの一部をなす第1ピラー部分を埋め込むためのスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホールに前記第1ピラー部分を埋め込む工程と、
前記層間絶縁膜と前記第1ピラー部分の表面に前記第2グランド層を形成する工程と、
前記半導体基板に前記層間接続ピラーの一部をなす第2ピラー部分を埋め込むためのヴィアを形成する工程と、
前記ヴィアに前記第2ピラー部分を埋め込む工程と、
前記半導体基板と前記第2ピラー部分の表面に前記第1グランド層を形成する工程と
を含むことを特徴とする多層高周波伝送線路の製造方法。 It is a manufacturing method of the multilayer high frequency transmission line according to claim 1,
Forming the signal layer on the surface of a semiconductor substrate forming a part of the insulating layer;
Forming an interlayer insulating film forming a part of the insulating layer on the surface of the semiconductor substrate and the signal layer;
Forming a through hole for embedding a first pillar portion forming a part of the interlayer connection pillar in the interlayer insulating film;
Burying the first pillar portion in the through hole;
Forming the second ground layer on the surface of the interlayer insulating film and the first pillar portion;
Forming a via for embedding a second pillar portion forming a part of the interlayer connection pillar in the semiconductor substrate;
Embedding the second pillar portion in the via;
Forming the first ground layer on a surface of the semiconductor substrate and the second pillar portion. A method for manufacturing a multilayer high-frequency transmission line, comprising:
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