JPH04368005A - マイクロ波伝送線路 - Google Patents

マイクロ波伝送線路

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JPH04368005A
JPH04368005A JP3171687A JP17168791A JPH04368005A JP H04368005 A JPH04368005 A JP H04368005A JP 3171687 A JP3171687 A JP 3171687A JP 17168791 A JP17168791 A JP 17168791A JP H04368005 A JPH04368005 A JP H04368005A
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JP
Japan
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conductor
semiconductor substrate
semiconductor board
microstrip line
dielectric constant
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Application number
JP3171687A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Nakamoto
中本 博之
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はモノリシックマイクロ波
集積回路(MMIC)のマイクロ波伝送線路に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】モノリシックマイクロ波集積回路(Mo
nolithicMicrowave Integra
ted Circuit) は、半導体基板上に、トラ
ンジスタ等の能動素子と、キャパシタ, インダクタ,
 抵抗等の集中定数回路素子と、分布定数線路とで構成
されたマイクロ波回路を一体形成したものであって、ハ
イブリッド型マイクロ波集積回路(Microwave
 Integrated Circuit)に比べて、
小型、高信頼性、量産性等の点において優れている。そ
してこのモノシリックマイクロ波集積回路をマイクロ波
・ミリ波帯通信機器等への応用を目的とした研究, 開
発が行われている。
【0003】ところで、キャパシタ, インダクタ等の
集中定数回路素子は、動作周波数に限界があるため、数
GHz 以上の高周波領域で動作するモノリシックマイ
クロ波集積回路では回路を高性能化する観点から、マイ
クロストリップ線路に代表されるマイクロ波伝送線路に
より構成した分布定数回路がよく用いられている。
【0000】図14はモノリシックマイクロ波集積回路
に用いられるマイクロストリップ線路の拡大断面図であ
る。半導体基板1の表面にマイクロ波を伝送する導体2
を形成しており、半導体基板1の裏面には接地導体3を
形成している。ところでモノリシックマイクロ波集積回
路のマイクロ波特性を向上させるためには、マイクロ波
伝送線路における伝送損失を低減することが重要である
。図14に示すマイクロストリップ線路では、マイクロ
波の伝送損失が誘電体損失と導体損失とからなり、導体
損失が比較的大きな割合を占める。そのため導体損失を
低減させる研究, 開発が進められている。
【0004】そこで、図14に示す構造のマイクロスト
リップ線路の低損失化のためには、導体2の厚さを表皮
厚さδの2倍以上に選定する方法が一般に採用されてい
る。ここで表皮厚さδは、
【0005】
【数1】
【0006】で表される。そして、GaAsモノリシッ
クマイクロ波集積回路では導体2に、抵抗率が小さいA
uが用いられる。しかるにAuの抵抗率ρはρ≒2.4
 ×10−8(Ω・m)であり、このときの表皮厚さは
周波数が1GHz では3.5 μm 、5GHz で
は1.6 μm、10GHz では1.1 μm であ
る。
【0007】ところで数GHz 以上の周波数で動作す
るGaAsモノリシックマイクロ波集積回路では、通常
、TiとAuとを積層している蒸着膜上にAuメッキに
よって2〜3μm の膜厚のAuを形成する方法を採用
している。
【0008】図15はマイクロストリップ線路の電界分
布を、図16はマイクロストリップ線路の電流密度を示
したものであり、Pは電界分布曲線を、Iは電流密度曲
線を示している。このようなマイクロストリップ線路は
導体2の厚さが例えば100 〜200μm であって
、導体幅が約50μm 程度であり、またGaAs半導
体基板1の比誘電率は13であって、ポリイミド樹脂あ
るいはSiO2 の比誘電率に比べて大きい。
【0009】そして、導体2の幅方向の各端部には、図
15に示すように電界が集中し、また電流密度は図16
に示すように、導体2の表面側では曲線ITOP で示
すように低く、導体2のGaAs半導体基板1と接して
いる側では曲線IBOT で示すように表面側に比べて
高くなり、それらいずれの側でも導体2の幅方向の各端
部に電流が集中する。
【0010】一方、接地導体3に流れる電流は、曲線I
E に示すように導体2の幅方向の中央に集中する。こ
のような現象は「Loss in Microstri
p」IEEE TRANSACTIONS ONMIC
ROWAVE THEORY AND TECHNIQ
UES, VOL. PP342〜350, MTT−
16, NO6, JUNE 1968 により知られ
ている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このようなマイクロス
トリップ線路では導体損失を低減しようとして、導体の
膜厚を厚くしても導体損失が大幅に低下しないという問
題がある。本発明は斯かる問題に鑑み、マイクロ波の伝
送損失が少ないマイクロ波伝送線路を提供することを目
的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ波
伝送線路は、半導体基板の表面に形成してある導体によ
りマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送線路において、
前記導体の幅方向の各端部直下の半導体基板部分を該半
導体基板の誘電率より低下させた構成にしてあることを
特徴とする。
【0013】
【作用】導体の幅方向の各端部直下の誘電率が低下する
と導体の幅方向の各端部における電界の集中が緩和され
る。電界の集中を緩和するとマイクロ波エネルギー密度
が低下して導体損失が低下する。これにより、マイクロ
波の伝送損失が低下する。
【0014】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面により詳
述する。図1は本発明に係るマイクロ波伝送線路の拡大
断面図である。半導体基板1の表面にマイクロ波を伝送
する導体2を形成しており、導体2の幅方向の各端部直
下にはGaAs半導体基板1をエッチングにより除去し
た半導体基板除去部Aが形成されている。この半導体基
板除去部Aは、導体2の内側に位置するにともない半導
体基板除去部Aの断面積が減少しており、断面が略正三
角形状に形成されている。この半導体基板除去部Aによ
って、導体2の各端部直下には空気が存在し、その部分
の誘電率をGaAs半導体基板1の誘電率より低下させ
ている。
【0015】GaAs半導体基板1の裏面にはその裏面
全体にわたって接地導体3を設けている。このようにし
て導体の幅方向の各端部直下の誘電率をGaAs半導体
基板1の誘電率より低下させると、導体2の幅方向の各
端部の電界集中が緩和されて導体2の幅方向の各端部に
おけるマイクロ波エネルギー密度が低下してその位置の
導体損失が低下する。
【0016】そしてマイクロ波の伝送損失を低減するこ
とができ、マイクロストリップ線路のマイクロ波特性を
向上させ得る。次にこのような構造のマイクロストリッ
プ線路を形成する方法を図2により説明する。先ず図2
(a) に示すように、例えば厚さが150 μm の
GaAs半導体基板上の{100 }面上に、(011
) 方向へ通常のパターン形成工程によって、TiとA
uとを積層した導体2を形成する。
【0017】次に図2(b) に示すように通常のフォ
トリソグラフィ工程によってレジスト6のパターンを形
成する。次に図2(c) に示すように、硫酸及び過酸
化水素の混合液によりGaAs半導体基板1のエッチン
グを行いレジスト6を除去する。そして導体2の幅方向
の各端部直下に半導体基板除去部Aを形成する。その後
、図2(d) に示すようにGaAs半導体基板1の裏
面に、蒸着によってTiとAuとを積層した接地導体3
を形成する。このようにして図1に示したマイクロスト
リップ線路を構成することができる。
【0018】図3は本発明に係るマイクロストリップ線
路の他の実施例を示す拡大断面図である。GaAs半導
体基板1の表面に導体2を形成し、裏面に接地導体3を
形成している。導体2の幅方向の各端部直下には、Ga
As半導体基板を断面V字状に除去した半導体基板除去
部A,Aを形成している。この半導体基板除去部A,A
の半部は導体2の各端部直下に位置している。このマイ
クロストリップ線路は、図2に示した形成工程によって
同様に形成することができる。
【0019】図4及び図5は本発明に係るマイクロスト
リップ線路の他の実施例を示す拡大断面図である。図4
ではGaAs半導体基板1の{100 }面上に、(0
11バー) 方向へ導体2を形成しており、GaAs半
導体基板1の裏面には接地導体3を形成している。導体
2の各端部直下では導体2の各端部から、導体2の中間
側に向かって下降する傾斜面が存在し、断面が正三角形
状の半導体基板除去部Aを形成している。即ち、導体2
はGaAs半導体基板1がエッチングされた面より高い
位置に形成されている。
【0020】図5ではGaAs半導体基板1の表面の{
100 }面上に(011バー) 方向へ導体2を形成
しており、GaAs半導体基板1の裏面に接地導体3を
形成している。導体2の各端部直下には断面が正三角形
をしており、上側角部が開口している半導体基板除去部
Aを形成している。この半導体基板除去部Aにおいても
導体2の各端部から、導体2の中間側に向かって下降す
る図4に示したと同様の傾斜面が存在する。これら図4
,図5に示す構造のマイクロストリップ線路は、図2に
示した形成工程によって同様に形成できる。
【0021】図6,図7,図8及び図9は図1,図3,
図4及び図5に示した構造のマイクロストリップ線路に
形成した半導体基板除去部Aに、GaAs半導体基板1
の比誘電率より低い比誘電率の絶縁膜を堆積させた本発
明のマイクロストリップ線路の他の実施例を示す拡大断
面図である。
【0022】図6に示すマイクロストリップ線路は導体
2の下面と同レベルまで、つまり半導体基板除去部Aに
絶縁膜4が堆積されるように、GaAs半導体基板1の
表面に絶縁膜4を堆積させている。図7に示すマイクロ
ストリップ線路は導体2の下面と同レベルまで、半導体
基板除去部Aに絶縁膜4を堆積させている。
【0023】図8に示すマイクロストリップ線路は導体
2の下面と同レベルまで、半導体基板除去部Aに絶縁膜
4が堆積されるようにGaAs半導体基板1の表面に絶
縁膜4を堆積させている。図9に示すマイクロストリッ
プ線路は導体2の下面と同レベルまで半導体基板除去部
Aに絶縁膜4を堆積させている。このようにして半導体
基板除去部Aに堆積させる絶縁膜4は、例えば比誘電率
εが3.3 であるポリイミド樹脂あるいは、比誘電率
εが4.0 であるSiO2 を用いる。SiO2 を
用いる場合はプラズマCVD 装置により堆積させる。
【0024】図10, 図11はGaAs半導体基板1
の表面に導体2及び接地導体3を形成しているコプレナ
線路であり、図12, 図13はGaAs半導体基板1
の表面に導体2及び接地導体3を形成し、GaAs半導
体基板1の裏面にも接地導体3を形成しているコプレナ
線路の拡大断面図である。
【0025】図10に示したコプレナ線路はGaAs半
導体基板1の表面に、導体2とこの導体2の幅方向の各
端部寄りに適長離隔して接地導体3,3を形成している
。導体2と接地導体3,3との間のGaAs半導体基板
1の表面には、断面が逆台形状の半導体基板除去部Aが
形成されている。それにより、導体2の幅方向の各端部
直下及び接地導体3,3の端部直下には半導体基板除去
部Aを形成している。
【0026】図11に示したコプレナ線路は図10に示
したコプレナ線路と同様にGaAs半導体基板1の表面
に導体2、接地導体3及び半導体基板除去部Aを形成し
ており、夫々の半導体基板除去部Aには、導体2の下面
位置まで前述した絶縁膜4を堆積させている。
【0027】図12に示したコプレナ線路は図10に示
したコプレナ線路と同様に、GaAs半導体基板1の表
面に導体2、接地導体3,3及び半導体基板除去部Aを
形成している。またGaAs半導体基板1の裏面には接
地導体3を形成している。
【0028】図13に示したコプレナ線路は図12に示
したコプレナ線路と同様に、GaAs半導体基板1の表
面に導体2、接地導体3,3及び半導体基板除去部Aを
形成しており、またGaAs半導体基板1の裏面にも接
地導体3を形成している。夫々の半導体基板除去部Aに
は導体2の下面位置まで前述した絶縁膜4を堆積させて
いる。
【0029】このようにして構成されたコプレナ線路は
、マイクロストリップ線路の場合と同様に、導体2の幅
方向の各端部直下の誘電率が低下する。それによって導
体の幅方向の各端部における電界集中が緩和されて電流
密度が低下し、導体損失を低減できる。
【0030】なお、本実施例では導体2をGaAs半導
体基板1上に形成したが、GaAs半導体基板に限定す
るものではなく、他の半導体基板でも同様の効果が得ら
れる。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体基板の表面に形成した導体の幅方向の各端部直下の
誘電率を低下させることにより、導体の幅方向の各端部
に生じるマイクロ波エネルギー密度を低下させ得、導体
損失を低下させることができる。そのためマイクロ波の
伝送損失が低減し、マイクロ波伝送線路のマイクロ波特
性をより向上させ得る優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマイクロストリップ線路の構造を
示す拡大断面図である。
【図2】本発明に係るマイクロストリップ線路を形成す
る工程を示す説明図である。
【図3】本発明に係るマイクロストリップ線路の他の実
施例を示す拡大断面図である。
【図4】本発明に係るマイクロストリップ線路の他の実
施例を示す拡大断面図である。
【図5】本発明に係るマイクロストリップ線路の他の実
施例を示す拡大断面図である。
【図6】本発明に係るマイクロストリップ線路の他の実
施例を示す拡大断面図である。
【図7】本発明に係るマイクロストリップ線路の他の実
施例を示す拡大断面図である。
【図8】本発明に係るマイクロストリップ線路の他の実
施例を示す拡大断面図である。
【図9】本発明に係るマイクロストリップ線路の他の実
施例を示す拡大断面図である。
【図10】本発明に係るコプレナ線路の構造を示す拡大
断面図である。
【図11】本発明に係るコプレナ線路の他の実施例を示
す拡大断面図である。
【図12】本発明に係るコプレナ線路の他の実施例を示
す拡大断面図である。
【図13】本発明に係るコプレナ線路の他の実施例を示
す拡大断面図である。
【図14】従来のマイクロストリップ線路の構造を示す
拡大断面図である。
【図15】従来のマイクロストリップ線路における電界
分布を示す説明図である。
【図16】従来のマイクロストリップ線路における電流
密度を示す説明図である。
【符号の説明】
1  GaAs半導体基板 2  導体 3  接地導体 4  絶縁膜 A  半導体基板除去部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板の表面に形成してある導体
    によりマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送線路におい
    て、前記導体の幅方向の各端部直下の半導体基板部分を
    該半導体基板の誘電率より低下させた構成にしてあるこ
    とを特徴とするマイクロ波伝送線路。
JP3171687A 1991-06-14 1991-06-14 マイクロ波伝送線路 Pending JPH04368005A (ja)

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JP3171687A JPH04368005A (ja) 1991-06-14 1991-06-14 マイクロ波伝送線路

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JP3171687A JPH04368005A (ja) 1991-06-14 1991-06-14 マイクロ波伝送線路

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