JPH01171244A - 集積回路装置 - Google Patents
集積回路装置Info
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- JPH01171244A JPH01171244A JP62330765A JP33076587A JPH01171244A JP H01171244 A JPH01171244 A JP H01171244A JP 62330765 A JP62330765 A JP 62330765A JP 33076587 A JP33076587 A JP 33076587A JP H01171244 A JPH01171244 A JP H01171244A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は高周波信号を扱う集積回路装置に関する。
従来の技術
一般に半導体を用いた集積回路は、トランジスタやＦＥ
Ｔなどの能動素子、抵抗やコンデンサなどの受動素子を
、ひとつの半導体基板上に作シ込み、それらを金属導体
によって接続配線することによシ成シ立っている。デジ
タル集積回路では、その集積度の増大によシ設計ルール
は数μｍからサブミクロンのオーダーにまで達しつつあ
る。微細化に伴って半導体素子の性能も向上し、集積回
路の動作速度も高速化の一途をたどっており、高速のＥ
ＣＬＩＣやＧａＡｓＩＣでは、数ＧＨｚで動作する素子
が試作されている。さらにジッセフソン接合を用いた集
積回路では、ゲートあたりの伝搬遅延時間は２〜３ｐｓ
ｅｃに達する物も実現されつつある。このような高周波
領域、さらにはマイクロ波領域では、集積回路内の信号
伝達路である配線金属に対して伝送線路（トランスミツ
シロンライン）の考え方が必要となる。例えば１０ＧＨ
ｚの電磁波は真空中での線路波長は７．６咽であシ、も
はや集中定数では゛扱いきれない領域となってくる。
Ｔなどの能動素子、抵抗やコンデンサなどの受動素子を
、ひとつの半導体基板上に作シ込み、それらを金属導体
によって接続配線することによシ成シ立っている。デジ
タル集積回路では、その集積度の増大によシ設計ルール
は数μｍからサブミクロンのオーダーにまで達しつつあ
る。微細化に伴って半導体素子の性能も向上し、集積回
路の動作速度も高速化の一途をたどっており、高速のＥ
ＣＬＩＣやＧａＡｓＩＣでは、数ＧＨｚで動作する素子
が試作されている。さらにジッセフソン接合を用いた集
積回路では、ゲートあたりの伝搬遅延時間は２〜３ｐｓ
ｅｃに達する物も実現されつつある。このような高周波
領域、さらにはマイクロ波領域では、集積回路内の信号
伝達路である配線金属に対して伝送線路（トランスミツ
シロンライン）の考え方が必要となる。例えば１０ＧＨ
ｚの電磁波は真空中での線路波長は７．６咽であシ、も
はや集中定数では゛扱いきれない領域となってくる。
通常のデジタル集積回路では、半導体基体の裏面を接地
導体とし、主面にはシめぐらされた導体金属配線をスト
リップ導体と考えれば、マイクロストリップライン構造
を成す線路と考えることができる。第６図はその様子を
模式的に表したものである。信号電磁波は、絶縁膜１の
上に形成されたストリップ導体２と接地導体４間の半導
体装置３内を伝搬していると考えられる。５はその時の
電界分布線を示している。
導体とし、主面にはシめぐらされた導体金属配線をスト
リップ導体と考えれば、マイクロストリップライン構造
を成す線路と考えることができる。第６図はその様子を
模式的に表したものである。信号電磁波は、絶縁膜１の
上に形成されたストリップ導体２と接地導体４間の半導
体装置３内を伝搬していると考えられる。５はその時の
電界分布線を示している。
通常のＩＣにおいては、線路幅が数μｍで、線路から基
板までの距離は数百μｍである。ところが、ＩＣ上には
数μｍ間隔で何本もの配線が平行して施しであるのが普
通である。このような状況下で、高周波信号が導体配線
上を伝送されると、隣シの線路との間にカップリングを
おこし、もはや独立の信号線路とは言えなくなる。
板までの距離は数百μｍである。ところが、ＩＣ上には
数μｍ間隔で何本もの配線が平行して施しであるのが普
通である。このような状況下で、高周波信号が導体配線
上を伝送されると、隣シの線路との間にカップリングを
おこし、もはや独立の信号線路とは言えなくなる。
一般にＭＩＣ（マイクロ波ハイブリッド集積回路）と呼
ばれる高周波ハイブリッドＩＣにおいては、アルミナ等
の誘電体基板上に第６図のようなマイクロストリップ線
路を形成して用いるが、ＭｒＣにおいては２つのス）ｌ
ツブ導体を数十〜数百μｍに近接させることによって方
向性結合器を構成する方法がとられることを考えれば、
ＩＣにおいて、数μｍの間隔で平行した配線を高周波信
号の独立な伝送路として用いることが無理であることが
容易に推察できる。
ばれる高周波ハイブリッドＩＣにおいては、アルミナ等
の誘電体基板上に第６図のようなマイクロストリップ線
路を形成して用いるが、ＭｒＣにおいては２つのス）ｌ
ツブ導体を数十〜数百μｍに近接させることによって方
向性結合器を構成する方法がとられることを考えれば、
ＩＣにおいて、数μｍの間隔で平行した配線を高周波信
号の独立な伝送路として用いることが無理であることが
容易に推察できる。
一方、アナログ回路をモノリシック化した集積回路（Ｍ
ＭＩＣ）では、数個の素子と幅数中μｍのストリップ線
路で回路が構成されるが、各ストリップライン間は干渉
を避けるため極力遠゛ざけるよう努力がなされている。
ＭＩＣ）では、数個の素子と幅数中μｍのストリップ線
路で回路が構成されるが、各ストリップライン間は干渉
を避けるため極力遠゛ざけるよう努力がなされている。
ＭＭＩＣにおいても集積度が向上し複雑な配線が要求さ
れてくれば、線路間の干渉という問題が生じる。
れてくれば、線路間の干渉という問題が生じる。
発明が解決しようとする問題点
以上述べたように、従来のモノリシック集積回路におい
ては、マイクロ波領域の高周波領域では、マイクロスト
ップライン構成をとる配線金属導体間のカップリングが
無視できなくなシ、高周波での動作に限界があるという
問題があった。
ては、マイクロ波領域の高周波領域では、マイクロスト
ップライン構成をとる配線金属導体間のカップリングが
無視できなくなシ、高周波での動作に限界があるという
問題があった。
本発明は、このようなモノリシック集積回路の伝送線路
の問題点を解決しようとするものである。
の問題点を解決しようとするものである。
問題点を解決するための手段
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために、集
積回路の信号伝達線路を超伝導体で構成し、配線超伝導
体の周りを誘電体で覆い、さらにその外側に第２の超伝
導体を設けた同軸線路とし、誘電体部に高周波電磁波を
伝搬させるものである。
積回路の信号伝達線路を超伝導体で構成し、配線超伝導
体の周りを誘電体で覆い、さらにその外側に第２の超伝
導体を設けた同軸線路とし、誘電体部に高周波電磁波を
伝搬させるものである。
作 用
本発明は、上記の構成により、２超伝導体間の閉空間に
電磁波を閉じこめることができ、隣接した信号伝送線路
間に干渉を生ずることなく、超高周波信号を低損失で伝
搬することができるものである。
電磁波を閉じこめることができ、隣接した信号伝送線路
間に干渉を生ずることなく、超高周波信号を低損失で伝
搬することができるものである。
実施例
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の基本的考え方を示す断面図である。通常の
ＩＣ配線では第６図のように配線金属であるストリップ
導体２が絶縁膜１上に配設されるのに対し、本発明では
、配線及び接地導体を超伝導体で形成し、配線超伝導体
６は誘電体７で囲まれた上、さらに接地超伝導体８によ
って覆われて絶縁膜１上に配設されている。このような
同軸構造により、マイクロ波信号は誘電体γ内に閉じ込
められることになる。従って通常のＩＣにおける配線で
は、第８図に示すように電磁波は半導体基体３内を伝搬
するのに対し、本発明ではマイクロ波信号は誘電体７よ
シ外に漏れ出すことはない。配線６及び接地８に超伝導
体を用いることにより、伝搬することのできる周波数帯
域は数百ＧＨｚからＴＨｚまでとることができ、ジョセ
フノン接合素子や超伝導トランジスタを用いたマイクロ
波集積回路など数百ＧＨｚからＴ Ｈｚにわたる超高周
波信号を扱う集積回路に対応することができる。また超
伝導体を用いることによる伝送線路の低損失性、低分散
性はデジタル集積回路においても有用である。ジョセフ
ソン素子や超伝導トランジスタを用いたデジタル集積回
路ではサブピコ秒のオーダーの立ち上シ、立ち下少時間
をもつデジタル信号を扱うことになるが、このような信
号は直流から数ＴＨｚまでの周波数成分を含み、超伝導
体を用いた低分散性が重要となる。このように超伝導配
線を用いた伝送線路は超高周波の信号を扱う集積回路に
は必要不可欠であるが第６図のようなストリップライン
構造をとったのでは信号線間のクロストークの問題が避
は難い。特に扱う周波数が高くなる程この問題は顕著で
ある。本発明の第１図のような同軸構造をとれば他の信
号線路との干渉をおこすことはなく、超高周波帯域での
集積回路の安定な動作を実現することができる。また接
地導体８に超伝導体を用いているだめ電磁シールドの効
果は完全であシ、外部の電磁界の影響を受けることもな
い。
図は本発明の基本的考え方を示す断面図である。通常の
ＩＣ配線では第６図のように配線金属であるストリップ
導体２が絶縁膜１上に配設されるのに対し、本発明では
、配線及び接地導体を超伝導体で形成し、配線超伝導体
６は誘電体７で囲まれた上、さらに接地超伝導体８によ
って覆われて絶縁膜１上に配設されている。このような
同軸構造により、マイクロ波信号は誘電体γ内に閉じ込
められることになる。従って通常のＩＣにおける配線で
は、第８図に示すように電磁波は半導体基体３内を伝搬
するのに対し、本発明ではマイクロ波信号は誘電体７よ
シ外に漏れ出すことはない。配線６及び接地８に超伝導
体を用いることにより、伝搬することのできる周波数帯
域は数百ＧＨｚからＴＨｚまでとることができ、ジョセ
フノン接合素子や超伝導トランジスタを用いたマイクロ
波集積回路など数百ＧＨｚからＴ Ｈｚにわたる超高周
波信号を扱う集積回路に対応することができる。また超
伝導体を用いることによる伝送線路の低損失性、低分散
性はデジタル集積回路においても有用である。ジョセフ
ソン素子や超伝導トランジスタを用いたデジタル集積回
路ではサブピコ秒のオーダーの立ち上シ、立ち下少時間
をもつデジタル信号を扱うことになるが、このような信
号は直流から数ＴＨｚまでの周波数成分を含み、超伝導
体を用いた低分散性が重要となる。このように超伝導配
線を用いた伝送線路は超高周波の信号を扱う集積回路に
は必要不可欠であるが第６図のようなストリップライン
構造をとったのでは信号線間のクロストークの問題が避
は難い。特に扱う周波数が高くなる程この問題は顕著で
ある。本発明の第１図のような同軸構造をとれば他の信
号線路との干渉をおこすことはなく、超高周波帯域での
集積回路の安定な動作を実現することができる。また接
地導体８に超伝導体を用いているだめ電磁シールドの効
果は完全であシ、外部の電磁界の影響を受けることもな
い。
このように本発明の主旨は、超伝導配線を用いて高周波
信号を誘電体Ｔ内を伝搬させることによって他信号との
干渉を防ぐことであシ、超伝導体６や接地超伝導体８の
形状について制限を加えるものではない。従って接地超
伝導体８は第２図の如く各信号線に共通であってもよく
、配線超伝導体６の立体交差を妨げるものでもない。
信号を誘電体Ｔ内を伝搬させることによって他信号との
干渉を防ぐことであシ、超伝導体６や接地超伝導体８の
形状について制限を加えるものではない。従って接地超
伝導体８は第２図の如く各信号線に共通であってもよく
、配線超伝導体６の立体交差を妨げるものでもない。
また、第３図の如く、誘電体７又は接地超伝導体８が完
全には配線超伝導体を覆わなくても、誘電体γ内を信号
が伝搬することによって他の信号線路との干渉を防ぐ効
果があれば、本発明の意図を妨げるものでない。
全には配線超伝導体を覆わなくても、誘電体γ内を信号
が伝搬することによって他の信号線路との干渉を防ぐ効
果があれば、本発明の意図を妨げるものでない。
第４図、第５図は本発明の第１図の集積回路装置を具体
的に実現する一方法を示した図である。
的に実現する一方法を示した図である。
第４図ａ ”−ｅは伝送線路に平行な断面図、第６図ａ
ｘｅは第４図ａ ”−ｅに対応した伝送線路に垂直な断
面図である。またＡはコンタクト部を示している。基板
３にはすでに必要な素子が形成呟れておシ、配線を施せ
ばよい状態とする。基板３は半導体素子を集積した半導
体基板であってもよいし、ジョセフソン素子を集積した
誘電体基板であってもよい。また半導体素子と超伝導ア
クティブ素子を集積化したハイブリッド集積回路であっ
てもよいことはもちろんである。
ｘｅは第４図ａ ”−ｅに対応した伝送線路に垂直な断
面図である。またＡはコンタクト部を示している。基板
３にはすでに必要な素子が形成呟れておシ、配線を施せ
ばよい状態とする。基板３は半導体素子を集積した半導
体基板であってもよいし、ジョセフソン素子を集積した
誘電体基板であってもよい。また半導体素子と超伝導ア
クティブ素子を集積化したハイブリッド集積回路であっ
てもよいことはもちろんである。
まず第４図Ｃ２第５図ａのように、接地超伝導体１１を
絶縁膜１上で伝送線路にそって、ソフトオフ法、メツキ
法などの方法で形成する。このときコンタクト部Ａは接
地されないように切断しておく。次に第４図す、第６図
すのように、ポリイミド樹脂１２を全面に形成した後、
通常のフォトリングラフイーによシバターン出しする。
絶縁膜１上で伝送線路にそって、ソフトオフ法、メツキ
法などの方法で形成する。このときコンタクト部Ａは接
地されないように切断しておく。次に第４図す、第６図
すのように、ポリイミド樹脂１２を全面に形成した後、
通常のフォトリングラフイーによシバターン出しする。
感光性のポリイミド樹脂を用いれば加工が簡単である。
次に第４図Ｃ２第５図Ｃのように、ポリイミド樹脂１２
の上に配線超伝導体１３を線路にそって形成する。さら
に第４図Ｃ２第５図ｄのようにポリイミド樹脂１４を配
線超伝導体１３を覆うように形成し、最後に第４図Ｃ２
第５図ｅのように、接地超伝導体１５でポリイミド樹脂
１４．１２を覆い、下部の接地超伝導体１１と接続され
るように形成する。このようにして、第５図ｅに示すよ
うな断面構造の同軸型伝送線路を形成することができる
。
の上に配線超伝導体１３を線路にそって形成する。さら
に第４図Ｃ２第５図ｄのようにポリイミド樹脂１４を配
線超伝導体１３を覆うように形成し、最後に第４図Ｃ２
第５図ｅのように、接地超伝導体１５でポリイミド樹脂
１４．１２を覆い、下部の接地超伝導体１１と接続され
るように形成する。このようにして、第５図ｅに示すよ
うな断面構造の同軸型伝送線路を形成することができる
。
なお、誘電体材料はポリイミドに限定されるものではな
（、−Ａｎ２０３．Ｓｉｌ’Ｊ等の無機絶縁膜であって
もよいのはもちろんである。
（、−Ａｎ２０３．Ｓｉｌ’Ｊ等の無機絶縁膜であって
もよいのはもちろんである。
また配線、接地となる超伝導体ばＮｂ、Ｐｂ等が一般的
であるが、Ｎｂ−Ｔｉなどの合金、 Ｎ ｂ ｓ Ｓ
ｎなどの金属間化合物、ｐ ｂ Ｍｏ ｅ Ｓ ｓ
などのシュブレル相化合物等であってもよい。またＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−０などの高温超伝導体を用いれば７７に以
上の温度で使用でき実用的効果は一層大きい。
であるが、Ｎｂ−Ｔｉなどの合金、 Ｎ ｂ ｓ Ｓ
ｎなどの金属間化合物、ｐ ｂ Ｍｏ ｅ Ｓ ｓ
などのシュブレル相化合物等であってもよい。またＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−０などの高温超伝導体を用いれば７７に以
上の温度で使用でき実用的効果は一層大きい。
発明の効果
以上述べてきたように、本発明によれば集積回路上の配
線間の信号干渉を防ぎ数百ＧＨｚ以上の超高周波帯域で
の集積回路動作を実現することができる。
線間の信号干渉を防ぎ数百ＧＨｚ以上の超高周波帯域で
の集積回路動作を実現することができる。
第１図は本発明の一実施例の伝送線路断面図、第２図、
第３図は本発明の別の実施例の集積回路装置の断面図、
第４図、第５図は第１図に示す実施例の工程説明断面図
、第６図は従来の集積回路の伝送線路断面図である。 ２・・・・・・配線導体、３・・・・・・誘電体、４・
・・・・・接地導体、５・・・・・・半導体基板。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名／
−一一絶縁斌 ３−一基板 ６−−一 配」１くメ１γイ云溝イネ ７−−一 誘電イ；ｔこ ８−−−ηｔ２ヱ方ＺＨｌイ云Δ瀉ｉイ末第１図 第２図 第３図 ム３−−配Ａ瀉も超イーＡ）噂、４才（＋４−ｍ電体 １５−一一撞ｊ右ＺＨイ云Ｉ啄イオ（ ３〕 第６図
第３図は本発明の別の実施例の集積回路装置の断面図、
第４図、第５図は第１図に示す実施例の工程説明断面図
、第６図は従来の集積回路の伝送線路断面図である。 ２・・・・・・配線導体、３・・・・・・誘電体、４・
・・・・・接地導体、５・・・・・・半導体基板。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名／
−一一絶縁斌 ３−一基板 ６−−一 配」１くメ１γイ云溝イネ ７−−一 誘電イ；ｔこ ８−−−ηｔ２ヱ方ＺＨｌイ云Δ瀉ｉイ末第１図 第２図 第３図 ム３−−配Ａ瀉も超イーＡ）噂、４才（＋４−ｍ電体 １５−一一撞ｊ右ＺＨイ云Ｉ啄イオ（ ３〕 第６図
Claims (1)
- 信号伝送路となる配線超伝導体と、上記配線超伝導体
を覆う誘導体と、上記誘電体を覆い上記配線超伝導体と
は絶縁された接地超伝導体を有し、上記誘電体内に高周
波信号を伝搬させることを特徴とする集積回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330765A JPH01171244A (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330765A JPH01171244A (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 集積回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01171244A true JPH01171244A (ja) | 1989-07-06 |
Family
ID=18236289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62330765A Pending JPH01171244A (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 集積回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01171244A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995028750A1 (en) * | 1994-04-15 | 1995-10-26 | Superconductor Technologies, Inc. | Cryocable |
| US5856768A (en) * | 1994-04-15 | 1999-01-05 | Superconductor Technologies, Inc. | Transition and interconnect structure for a cryocable |
| US6154103A (en) * | 1994-04-15 | 2000-11-28 | Superconductor Technologies, Inc. | Push on connector for cryocable and mating weldable hermetic feedthrough |
| US6590471B1 (en) | 1996-04-26 | 2003-07-08 | Superconductor Technologies, Inc. | Push on connector for cryocable and mating weldable hermetic feedthrough |
-
1987
- 1987-12-25 JP JP62330765A patent/JPH01171244A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995028750A1 (en) * | 1994-04-15 | 1995-10-26 | Superconductor Technologies, Inc. | Cryocable |
| US5856768A (en) * | 1994-04-15 | 1999-01-05 | Superconductor Technologies, Inc. | Transition and interconnect structure for a cryocable |
| US6154103A (en) * | 1994-04-15 | 2000-11-28 | Superconductor Technologies, Inc. | Push on connector for cryocable and mating weldable hermetic feedthrough |
| US6590471B1 (en) | 1996-04-26 | 2003-07-08 | Superconductor Technologies, Inc. | Push on connector for cryocable and mating weldable hermetic feedthrough |
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