JP3181149B2

JP3181149B2 - 高周波回路装置の製造方法

Info

Publication number: JP3181149B2
Application number: JP19441993A
Authority: JP
Inventors: 晃榎原; 紘一水野; 謙太郎瀬恒
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH0750502A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に直接作製され
た積層型ジョセフソン接合等の積層型高周波素子を含む
高周波回路装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高周波素子、例えばジョセフソン素子は
超高周波での動作が可能であるが、素子の寸法が非常に
小さいという特徴を有している。一般に、高周波素子を
用いた装置においては、マイクロ波、ミリ波等の周波数
帯にあたる高周波信号を高周波素子部分まで導く必要が
あるが、通常のリード線を用いた場合インピーダンス不
整合、及びリード線のインダクタンスのため高周波信号
は反射してしまい、事実上高周波信号を高周波素子部分
まで導くことは不可能である。そのため、高周波信号は
伝送線路を用いて高周波素子部分まで導かれる。一方、
高周波信号を導く先の高周波素子の寸法が小さい場合、
それに応じて伝送線路の幅を狭くする必要があるが、通
常の伝送線路（マイクロストリップ線路）を用いた場
合、インピーダンス不整合が生じ、高周波信号が反射さ
れてしまい、高周波回路装置の効率が低下してしまう。
そこで、伝送線路の幅を狭くする場合は、伝送線路の一
部にスタブ等を形成し、インピーダンス整合をとる方法
が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法により、高
周波素子に高周波信号を導く場合、高周波素子の寸法に
応じて、当該高周波素子が接続される２つの伝送線路の
幅を部分的に狭くすることにより、効率よく高周波素子
に高周波信号を印加することができる。ところが、先に
述べたようにマイクロストリップ線路では、線路幅を換
えると特性インピーダンスも変化してしまい、インピー
ダンス整合が崩れるという問題点を有していた。また、
例えばマイクロストリップ線路の特性インピーダンスを
実用的な５０Ωに設定する場合、基板の誘電率１０、基
板厚０．５ｍｍのものを用いた場合、マイクロストリッ
プ線路の幅は、約０．５ｍｍとなる。これに対し、ジョ
セフソン素子等では素子寸法がμｍのオーダーとなる場
合があり、従来のマイクロストリップ線路とスタブによ
るインピーダンス整合は困難であるという問題点を有し
ていた。さらに、積層型構造のジョセフソン素子を用い
る場合、伝送線路との接続がさらに困難となる。本発明
は以上のような問題点を解決するためになされたもので
あり、微少な高周波素子、特に、積層型高周波素子に対
して、効率良く高周波信号を印加することが可能な高周
波回路装置及びその製造方法を提供することを目的とし
ている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る高周波回路装置の製造方法は、コプレ
ナー型伝送線路及び積層型高周波素子が基板上に形成さ
れ、前記コプレナー型伝送線路の一部分において、前記
積層型高周波素子の少なくとも２つの端子が前記コプレ
ナー型伝送線路を構成する中心線路と接地線路とに接続
された高周波回路装置を製造する方法であって、前記基
板上に積層構造を作製する工程、前記積層型高周波素子
を形成すべき部分を除いた部分において前記積層構造の
最下層だけを残すようにエッチングする工程、露出した
前記最下層をコプレナー型線路形状にパターン化する工
程、前記積層型高周波素子の表面層と前記コプレナー線
路の前記接地線路又は前記中心線路との間を電気的に接
続する工程を具備するように構成されている。又は、本
発明に係る高周波回路装置の製造方法は、コプレナー型
伝送線路及び積層型高周波素子が基板上に形成され、前
記コプレナー型伝送線路の一部分において、前記積層型
高周波素子の少なくとも２つの端子が前記コプレナー型
伝送線路を構成する中心線路と接地線路とに接続された
高周波回路装置を製造する方法において、前記基板上に
積層構造を作製する工程、前記積層型高周波素子を形成
すべき部分を除いた部分において前記積層構造の最下層
だけを残すようにエッチングする工程、露出した前記最
下層の表面上に金属膜を形成する工程、前記金属膜及び
最下層をコプレナー型線路形状にパターン化する工程、
前記積層型高周波素子の表面層と前記コプレナー線路の
前記接地線路又は前記中心線路との間を電気的に接続す
る工程を具備するように構成されている。

【０００５】

【作用】コプレナー型線路は、基板片面の表面上の中心
線路と接地線路とで構成されており、線路の特性インピ
ーダンスは中心線路の幅（ｗ）と中心線路と接地線路の
間隔（ｓ）の比率（ｓ／ｗ）と、基板の誘電率で決定さ
れる。例えば、基板の比誘電率が１０の時、ｓ／ｗ＝
０．４で約５０Ωの特性インピーダンスが得られる。こ
の比率を維持すれば、線路幅を自由に設定することがで
き、特性インピーダンスを実用的な値（例えば５０Ω）
に維持したまま、線路幅を変化させることが可能であ
る。すなわち、実用的な特性インピーダンスを維持した
まま線路幅をμｍオーダーの高周波素子に合わせること
が可能となり、特別な整合回路なしにコプレナー線路と
良好なインピーダンス整合とが得られる。その結果、高
周波信号の電圧が効率よく微小な積層型高周波素子の２
端子間に印加される。

【０００６】

【実施例】本発明に係る高周波回路装置を、その好適な
第１の実施例を用いて説明する。図１は第１の実施例に
おける高周波回路装置の構成を示す平面図であり、図２
はその要部断面図である。図１及び図２に示すように、
基板１１上に形成された中心線路１２及び接地線路１３
で構成されるコプレナー線路において、高周波素子１４
の２つの端子が中心線路１２と接地線路１３とにそれぞ
れ接続されている。この接続線１５はインダクタンスと
して作用するため、高周波素子１４に高周波信号を効率
よく印加するためには、この接続線１５はできる限り短
くすることが望ましい。

【０００７】コプレナー線路は基板片面の表面上の中心
線路１２及び接地線路１３で構成されており、線路の特
性インピーダンスは中心線路の幅（ｗ）と中心線路と接
地線路の間隔（ｓ）の比率（ｓ／ｗ）と、基板の誘電率
で決定される。例えば、基板の比誘電率が１０の時、ｓ
／ｗ＝０．４で約５０Ωの特性インピーダンスが得ら
れ、この比率を維持することにより、特性インピーダン
スを実用的な値（例えば５０Ω）に維持したまま、線路
幅を自由に変化させることが可能になる。その結果、実
用的な特性インピーダンスを維持したまま、線路幅をμ
ｍオーダーの高周波素子に合わせることができ、特別な
整合回路は不要となる。

【０００８】コプレナー線路ではインピーダンスの整合
が図られているため、この上を伝搬する高周波信号は効
率的に（高周波信号の電圧があまり低下せずに）高周波
回路素子１４に印加される。従って、非線形的な電圧特
性を有する高周波素子、例えばショットキーダイオード
等を用いて、ミキサーや検波回路等の高周波回路装置を
実現することができる。

【０００９】次に、高周波素子として積層型高周波素子
を用いた第２の実施例について説明する。図３は第２の
実施例の高周波回路装置の構成を示す平面図であり、図
４はその要部断面図である。図３及び図４に示すよう
に、基板２１上に形成された中心線路２２及び接地線路
２３で構成されたコプレナー線路の中心線路２２上に、
最下層電極２６が中心線路２２と接するように積層型高
周波素子２４が形成されている。表面層電極２５と接地
線路２３とは接続線２７により接続されている。積層型
高周波素子２４を中心線路２２上に形成することによ
り、最下層電極２６と中心線路２２とが極めて良好に電
気的に接続される。その結果、コプレナー線路からきわ
めて効率よく高周波信号が積層型高周波素子２４に印加
される。

【００１０】また同様に、図５に示す第３の実施例よう
に、積層型高周波素子２４を接地線路２３上に形成し、
接続線２７により表面層電極２５と中心線路２２とを接
続するように構成することもできる。上記、図３また図
５に示す構成のいずれを採用するかは、積層型高周波素
子２４の動作上、表面層電極２５又は最下層電極２６の
どちらが接地電位に固定されていなければならないかと
いう点に基づいて決定すればよい。特に電位にこだわる
必要がない場合、積層型高周波素子２４の寸法や作製プ
ロセス等の都合により決定すればよい。

【００１１】上記第１、第２及び第３の実施例に係る高
周波回路装置に実際に入出力を行う場合に適した第４の
実施例について説明する。上記高周波回路装置を実際に
動作させる場合、外部から高周波信号を入力する必要が
ある。通常、高周波信号では同軸ケーブル（直径：数ｍ
ｍ）が主として用いられるが、高周波素子の寸法が非常
に小さい場合、コプレナー線路の線路幅もそれに合わし
て小さくすると、入出力部分でコプレナー線路との接続
が困難となる。そこで、図６に示すように、入出力を行
う端部３２ではコプレナー線路の線路幅を大きくし、微
少な高周波素子３５の接続されている部分では、上記高
周波素子３５の寸法に合わせて線路幅を小さくし、その
間線路幅を連続的に変化させる。この際、ｓ／ｗ比を一
定にして線路幅を変化させることにより、コプレナー線
路の特性インピーダンスは変化せず、線路途中での高周
波信号波の反射は全く起こらない。したがって、端部３
２において適当なコネクター等を利用し、中心線路３３
と接地線路３４の間に高周波信号電圧を印加することに
より、非常に効率よく高周波素子３５に高周波信号が印
加される。また、図６に示すように、基板の両端にコプ
レナー線路の両方の端部３２ａ、３２ｂを形成し、２つ
の入出力部分を形成することにより、一方の端部３２ａ
から信号を入力し、他方の端部３２ｂから出力信号を取
り出すことができる。これにより、出力信号が微弱な場
合や、入力信号と出力信号の周波数が近い場合等でも、
入力信号との間の干渉の影響を減らすことができる。

【００１２】また、図７に示す第５の実施例ように、コ
プレナー線路の一方の端を抵抗器等４６を接続し、これ
により高周波の反射を抑えることにより、抵抗器等４６
の終端を線路の終端とすることもできる。この場合、端
部４２は、入出力両方に利用できるため、一本のケーブ
ルで信号の入出力が可能となる。したがって、入力信号
と出力信号の干渉が問題となる場合をのぞけば、簡便な
構成が可能となる。

【００１３】上記図６及び図７に示した構造において、
高周波素子３５のインピーダンスが線路の特性インピー
ダンスに近い場合、上記構造をそのまま利用することが
できる。一方、高周波素子３５のインピーダンスが線路
の特性インピーダンスと大きく異なる場合、インピーダ
ンス整合回路を高周波素子の付近に設ける必要がある。
しかし、コプレナー型線路では、先に示したようにｓ／
ｗ比を変化させることによって特性インピーダンスを連
続的に変化させることができる。そこで、図６及び７に
おいて、線路幅だけでなくｓ／ｗ比をも連続的に変化さ
せ、高周波素子と接続された箇所では高周波素子のイン
ピーダンスと線路の特性インピーダンスを一致させ、端
部では５０Ω等の実用的なインピーダンスになるように
構成する。その結果、外部の入出力線路とコプレナー線
路、及びコプレナー線路と高周波素子との間のインピー
ダンス整合がともに、良好に、かつ、簡便に実現でき、
特別なインピーダンス整合回路を用いることなく、高周
波素子に効率よく高周波信号を印加することが可能とな
る。

【００１４】次に、図２及び図３に示した積層型高周波
素子を用いた高周波回路装置の製造方法の第１の実施例
について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の製
造方法の第１の実施例の工程図である。（ａ）は基板５
１を示す。まず、基板５１上に、積層型高周波素子の基
本構造である、最下層５４、間隙層５３、及び、表面層
５２を含む多層膜を形成する（ｂ）。形成方法は、スパ
ッタリング法、ＭＢＥ法等の積層構造を構成する材料や
結晶構造に適した堆積方法を用いる。次に、積層型高周
波素子５５を形成すべき部分Ａを残して、それ以外の部
分において、表面層５２と間隙層５３とをエッチングに
より取り除く（ｃ）。このエッチング方法として、パタ
ーン化されたフォトレジストをマスクに用いたフォトリ
ソグラフィー、イオンビームエッチング又は反応性イオ
ンエッチング等の手法を用いる。さらに、上記手法等を
用いて最下層５４をコプレナー線路構造にパターン化す
る（ｄ）。最後に、ワーヤーボンディング等の手法を用
い、接続線５８により表面層５２と接地線路５７とを接
続する。これにより、積層型高周波回路装置が完成す
る。この第１の実施例に係る方法では、最下層５４をそ
のままコプレナー線路として、高周波信号の伝送路に利
用するため、新たにコプレナー線路を形成する必要がな
く、かつ、中心線路５６と積層型高周波素子５５の最下
層５４とが同一層であることから、線路から積層型高周
波素子５５に極めて効率よく、高周波信号が印加され
る。

【００１５】次に、本発明の高周波回路装置の製造方法
の第２の実施例を図９を用いてについて説明する。図９
において、基板６１に、表面層６２、間隙層６３、最下
層６４からなる積層構造を形成し（ｂ）、次に、積層型
高周波素子６６の部分Ｂを残して、表面層６２と間隙層
６３とをエッチングにより取り除き、露出した最下層６
４の表面上に金属膜６５を蒸着等によって形成する
（ｃ）。この場合、表面層６２及び間隙層６３のエッチ
ングの後、レジストによるマスクを取り除かずに、その
まま金属膜６５を蒸着し、その後にレジストマスクを取
り除けば、簡単に最下層表面のみに金属膜６５が形成さ
れる。次に、最下層６４と金属膜６５の２層膜をエッチ
ングし、コプレナー線路構造を形成する（ｄ）。最後
に、ワイーヤーボンディング等の手法を用い、接続線６
９により表面層６２と接地線路６８とを接続する。これ
により、積層型高周波回路装置が完成する。この第２の
実施例に係る方法では、上記第１の実施例の場合と比較
して、作製プロセスが１工程増えることになるが、第１
の実施例の特徴に加え、最下層６４と金属膜６５の２層
膜をコプレナー線路として用いるため、最下層６４の導
伝率が低い場合でも、金属膜６５のために高周波信号が
損失が少なく伝送することができる。また、最下層６４
が材料的に不安定な場合には、金属膜６５が表面保護膜
の役割を果たすので、最下層を化学的に安定化すること
ができる。

【００１６】なお、上記高周波回路装置に製造方法の第
１及び第２の実施例では、接続線５８及び６９をワイー
ヤーボンディングを用いて作製する例を示したが、この
方法に限定されることはなく、例えば、上記接続線の代
わりに、図８（ｄ）又は図９（ｄ）の工程の次に、表面
上にポリイミド等の有機薄膜又はＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等
の酸化膜等からなる絶縁膜を形成し、上記絶縁膜にフォ
トリソグラフィーの手法又はリフトオフ法等により積層
型高周波素子５５又は６６の表面部分及び接地線路５７
又は６８の部分にスルーホールを設け、上記スルーホー
ルを電気的に接続するように金属膜を蒸着等によって形
成することによっても実現することができる。この手法
では、平面構造で接続線５８又は６９を形成することが
できるという利点がある。

【００１７】

【発明の効果】本発明に係る高周波回路装置によれば、
コプレナー線路構造を用いて高周波回路素子、特に、積
層型高周波素子に高周波信号を印加するように構成した
ので、インピーダンス整合を維持しつつ、線路の幅を変
化させることが可能となり、微少な形状の高周波回路素
子に対して効率良く高周波信号を印加することができる
という効果を有する。また、積層型高周波素子を用いた
場合、積層型高周波素子の最下層電極とコプレナー線路
の中心線路とが接するように形成されるため、より効率
の良く高周波信号を印加することができるという効果を
有する。

【００１８】本発明に係る高周波回路装置の製造方法に
よれば、積層型高周波素子の最下層をそのままコプレナ
ー線路として、高周波信号の伝送路に利用するため、新
たにコプレナー線路を形成する必要がなく、製造工程を
簡略化することができるという効果を有する。さらに、
コプレナー線路の中心線路と積層型高周波素子の最下層
とが同一層であることから、線路から積層型高周波素子
に極めて効率よく、高周波信号が印加されるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高周波回路装置の第１の実施例の
構成を示す平面図

【図２】図１に示す第１の実施例の要部断面図

【図３】本発明に係る高周波回路装置の第２の実施例の
構成を示す平面図

【図４】図３に示す第２の実施例の要部断面図

【図５】本発明に係る高周波回路装置の第３の実施例の
構成を示す平面図

【図６】本発明に係る高周波回路装置の第４の実施例の
構成を示す平面図

【図７】本発明に係る高周波回路装置の第５の実施例の
構成を示す平面図

【図８】本発明に係る高周波回路装置の製造方法の第１
の実施例を示す工程図

【図９】本発明に係る高周波回路装置の製造方法の第２
の実施例を示す工程図

【符号の説明】

１１：基板１２：中心線路１３：接地線路１４：高周波回路素子１５：接続線２１：基板２２：中心線路２３：接地線路２４：積層型高周波素子２５：表面層電極２６：最下層電極２７：接続線３１：基板３２ａ：端部３２ｂ：端部３３：中心線路３４：接地線路３５：高周波素子４２：端部４６：抵抗体５１：基板５２：表面層５３：間隙層５４：最下層５５：積層型高周波素子５６：中心線路５７：接地線路５８：接続線６１：基板６２：表面層６３：間隙層６４：最下層６５：金属膜６６：積層型高周波素子６７：中心線路６８：接地線路６９：接続線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭49−46352（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−46801（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−14502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 3/02 H01L 39/22 H01P 3/08 H01P 11/00 H03H 7/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コプレナー型伝送線路及び積層型高周波
素子が基板上に形成され、前記コプレナー型伝送線路の
一部分において、前記積層型高周波素子の少なくとも２
つの端子が前記コプレナー型伝送線路を構成する中心線
路と接地線路とに接続された高周波回路装置を製造する
方法であって、前記基板上に積層構造を作製する工程、
前記積層型高周波素子を形成すべき部分を除いた部分に
おいて前記積層構造の最下層だけを残すようにエッチン
グする工程、露出した前記最下層をコプレナー型線路形
状にパターン化する工程、前記積層型高周波素子の表面
層と前記コプレナー線路の前記接地線路又は前記中心線
路との間を電気的に接続する工程を具備することを特徴
とする高周波回路装置の製造方法。
【請求項２】コプレナー型伝送線路及び積層型高周波
素子が基板上に形成され、前記コプレナー型伝送線路の
一部分において、前記積層型高周波素子の少なくとも２
つの端子が前記コプレナー型伝送線路を構成する中心線
路と接地線路とに接続された高周波回路装置を製造する
方法であって、前記基板上に積層構造を作製する工程、
前記積層型高周波素子を形成すべき部分を除いた部分に
おいて前記積層構造の最下層だけを残すようにエッチン
グする工程、露出した前記最下層の表面上に金属膜を形
成する工程、前記金属膜及び最下層をコプレナー型線路
形状にパターン化する工程、前記積層型高周波素子の表
面層と前記コプレナー線路の前記接地線路又は前記中心
線路との間を電気的に接続する工程を具備することを特
徴とする高周波回路装置の製造方法。