JPH02113703A - ガリウムヒ素の異方性エッチングによる共面導波管に対する広帯域マイクロストリップの遷移部 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、異なった小型電子伝送ラインを接続する方法
と装置に関し、さらに詳しくは、共面導波管に対するマ
イクロストリップの広帯域接続に関する。

（従来技術） 超高周波マイクロウェーブ信号（＞　１０　Ｇ　Ｈｚ　
）用の電子装置は設計が困難であるが、その理由は、相
互接続箇所に意図しない容量とインダクタンスが生じ、
これによって望ましくない副作用が発生ずるからである
。異なった種類のマイクロウェーブ用電子装置は、例え
接近することが望ましくて仁、信号の寄生的び−′ずみ
を発生させることなしにこれらを共に組み立てようとし
ても、極めて困難な問題が発生ずる。

マイクロウェーブの周波数の場合、集積回路に簡単な相
互接続を使用することはできない。簡単な低周波用の相
圧接続は、マイクロウェーブの周波数では分散、減衰お
よび位相の移動を示し、したがってこれらは伝送ライン
として設計し処理されるべきである。マイクロウェーブ
用の回路で使用できる一般的な伝送ラインの形状には多
くのものがある。第２図は最も簡【ｉＬ″′Ｃ″最も広
く使用されている構造を示すにの４ｉ造は、マイクロス
ｌ−リップとして知られている。　（マイクロストリッ
プ回路設計の基礎、Ｔ、ＣＥｄｗａｒｄｓ著、Ｊｏｈｎ
　Ｗｉｌａｙａｎｄ　５ｏｎｓ、　１９８１参照〉マイ
クロストリップは、半導（ホ）またはセラミック基板の
表面に設けられ、幅を制御した金属ストリップによって
構成される。

基板の他方の面は、完全に金属化されてマイクロスｌ−
リップの接地面を形成する。マイクロウェーブ回路で使
用されている他の伝送媒体は、第１図に示す共面導７”
Ｂｙ　ｃ　ｃ　ｐ　ｗ　）として知られている。

ＣＰＷとマイクロストリップとの違いは、ＣＩ）Ｗが接
地面を含む全ての導電体を基板の同じ面に設幻、アース
により容易にアクセスできるという利点をイ＼Ｉ加して
いることである。

マイクロスｌ−リップとＣＰＷは、一般的に同じモノリ
シック回路上で結合することができない。

しかし、より大きなザブシステムを形成するためには、
ＣＰＷ回路をマイクロストリップ回路に接続できること
が望ましい。

（発明の目的） 本発明の目的は、ＧａＡｓモノリシック回路において共
面導波管に対するマイクロス）へリップの広帯域遷移１
ｔｒａｎｓｉｔｉｏ口）部を投（りることである。

本発明の池の目的は、ＧａＡｓ基板内のブアイア・ポー
ルを使用すること無くこのような遷移部を設けることで
ある。

（発明の要約） 本発明のこれらの目的およびその他の目的、特徴および
利点は、本発明が明細書により説明されるにしたがって
明へ１丁となり一木発明を面爪に説明すると、厚いＧ　
ａ　Ａ　ｓ基板上でマイクロストリップ・ラインと共面
導波管との間で広帯域の遷移が行われる。２つの伝送媒
体の間で広帯域遷移部を形成するためには、この遷移部
の形状的な不連続に起因する寄生的リアクタンスを最小
にすることか必要である。マイクロストリップと共面導
波管との間の遷移部に対してこのことを達成するなめは
、［１コ央部の導電体が傾斜部と接続され、垂直方向に
これと同じ高さに保持される。接地面は、したがって、
垂直方向に同じ高さにならず、インダクタンスの低い径
路によって接続する必要かある。このことは、ＧａＡｓ
の異方性エツチングによって形成される金属化された傾
斜壁によって達成される。シリコン・モノリシック回路
の場合、この遷移部によって設けられる追加的な帯域幅
は必要でないが、その理由は、シリコン集積回路は未だ
十分に高速ではないからである。ＧａＡｓ［ｉ７Ｊ路の
特徴は、速度か増すことである。この追加的な帯域幅か
必要になるのは、ＧａＡｓ集積回路がこｔｌらの高周波
（＆１０　Ｇ　Ｉ−Ｉ　ｚ以上）で動作する場合である
。

本発明のこれらおよびその曲の構造上および動作上の特
性は、添付図の番号を参照して以下で行う詳細な説明か
ら更に明らかとなるが、これらの図面は１つの好適な実
施％Ｊと非制限的な実例による代替的な実施例を示す。

１友旦退 ｔＪ　）（Ｆと赤外線との間の電磁スペクトル部分は通
常マイクロウェーブといわれる。これは１．　Ｇ　Ｈｌ
と３００　Ｇ　Ｈｚとの間の周波数に対応する。

伝送ラインは電磁波を導くために使用される構造である
。マイクロストリップと共面（ＣＯρ１ａｎａｒ）導波
管は伝送ラインの例である。

伝送ラインは、通常それが唯一っの伝搬モードを伝える
場合に使用される。意図しない他の伝搬モードは外来モ
ードといわれる。（通信電子工学におけるフィールドと
波動、Ｒａｍｏ等著、ＪｏｈｎＷｉｌａｙ　ａｎｄ　５
ｏｎｓ、　１９６７１照）肚−一■ 下記は本発明で参；曲し一使用する要岩および梢造部材
の用品である。

１０　共面導波管 １２　共面導波管の接地面 １４　ウェーハ ２０　マイクロストリップ ２２　マイクロストリップの接地面 ３０　ブアイア・ポール （実施例） 種々の図面にわたって要素を指定するために参照番号が
用いられ、第１図には従来技術の共面導波管１０の概略
図が示されている。この構造の金属薄膜である接地面１
２は、ウェーハの上部面に位置する。

ウェーハ１４の材料はＧａＡｓまたは他の適切な半導体
材料であり、この」二に大部分のマイクロウェーブ集積
回路が作られる。共面導波管の場合、このウェーハの厚
さ１１は、取扱を容易にするため、通常４００ミクロン
またはこれ以上になっている。

この寸法は、ＣＰＷの伝搬特性にとって重要ではない、
伝送ラインのインピ−タンス特性は一生に寸法ＷとＧに
よって決定される。マイクロス１−リンズの場合、ウェ
ーハの厚さ１１は重要な寸法である。この寸法は上部導
電体の幅Ｗと共に伝送ラインのインピータンス特性を決
定する。この場合、基板の厚さは通常１００ミクロンの
オーダーである。この薄い基板によって、」二部面の部
品を底部面のアースに接続するためウェーハにブアイア
・ポールをエツチングすることが可能になる。

第２図に示すように、マイクロストリップ２０は、ウェ
ーハの底部面に金属薄膜の接地面２２を有する。ウェー
ハの一方の面は完全に金属化されている。これはウェー
ハの底部面である。金属化はマイクロストリップ・ライ
ンの接地面として便用されるにれら２つの異なった伝送
ラインの間の遷移部の役割は２つの線の接地面を電気的
に接続し、また共面導波管の中央導電体をマイクロスト
リップの」二部導電体に接続することである。

１００Ｈ７，以下の周波数において幾つかのアプローチ
が行われ、これらは第３図ないし第５図に示されている
。第３区−に小ずように、共面によるアプローチの場合
、固有の狭い帯域になる。このような狭い帯域の遷移部
は、分散された増幅器のような広帯域の部品と組み合わ
せて使用することはできない。また、狭い４１２域の相
互接続によって、速度の速いディジタル回路では信号の
歪みが発生ずる。第４図ないし第５図に示すように、非
共面によるアプローチでは、接地面または中央導電体の
いずれかを接続するためにろう付は線（断面の小さい金
線）が使用される。周波数が高い場合、ろう付は線のイ
ンダクタンスが共面線に外来（ｅｘｔｒａｎｅｏｕｓ）
モードを誘起する可能性がある。

＜ＭＭＩＳ用共面導波管、ｆｔｌａｚｉａｔ等著、Ｍｉ
ｃｒｏｗａｖｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　、　Ｊｕｎｅ　１９
８７　　ｐｐ、　１２５−１３１；共面導波管の単独モ
ード動作、ＲｉａＺｉａｊ等著、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ　　１．ｅｔｔｅｒｓ、　　Ｖｏｌ、２３．　　Ｎｏ
、２４．　　Ｎｏｖ、　　１９８７、　ｏｐ、１２８１
−１２８参照）このインダクタンスを減少させるために
ろう付は線の代わりにブアイア・ホールを使用すること
ができる。しかし、共面導波管を使用する利点の１つは
、ＧａＡｓ７″ロセスにおいてブアイア・ンＬノールを
設けなくてもよい可能性にあるから、このことは魅力あ
る解決策ではない、ＧａＡｓモノリシック回路の場合の
ブアイア・ポールのプロセスはコストが高く歩留りが限
定される工程である。セラミック基板に設げられなブア
イア・ポールは、より実用的であるが、その理由は、こ
れらの穴がレーザまたは超音波を用いて開けられ、その
プロセスがモノリシック回路のプロセスから独立してい
るからである。広帯域遷移部は、セラミック中のブアイ
ア・ポールを使用して設計することができる。第６−７
図は、この装置の例を示す、しかし、ブアイア・ポール
３０のインダクタンスは、一般的に本発明で使用してい
る傾斜面のインダクタンスよりも一般的に高いため、こ
れらの遷移部は広帯域の遷移部と同じ程度ではない。

本発明によるアプローチでは、傾斜面を得るためにＧａ
Ａｓ基板の異方性エツチングを利用している。この傾斜
面は、金属化された場合、第８図に示すように、２つの
接地面の間を低いインタフタンスで接続する。＼第＊国
の装置の組み立て方法を理解するためには、第９−１１
図および第１４１５図を順に検討しなければならない。

第９図は、第８図の装置の上部面の単純化した概略平面
図である。第１０図は、半導体基板上に第９図の装置の
アレイをバッチで組み立てる場合のレイアウトである。

第１１図はエツチングした領域を斜線で示す、エツチン
グは半導体基板全体で連続していなければならない、も
しＧａＡｓが選択された材料であれば、ＧａＡｓのＦＥ
Ｔの場合、メサおよびゲートの凹部を形成するためいず
れのエツチングが使用されてもよい、事実上いずれのウ
ェットエツチングに対しても［１１１］面がなだらかで
あるため、ウェーハは第１１図および第１２図の断面１
１１２に示すように、垂直方向に「Ｖ字形Ｊを形成する
ように位置合わせしなければならない、また、第１１図
および第１３図の断面１．３−１３に示すように、「バ
チ形」（ｄｏｖｅｔａ　ｉ　ｌ　）は直角方向に形成さ
れる。この「バチ形Ｊは、本発明の装置の動作にとって
は必要ではない、もしこれがあへ虻、複雑なものとなる
。第１２図に示す角度θは約５５度である。

（−Ｉ′　　　党ム１１．８１１８頁、１．９７　］、
　。

＝”１２８．８７４頁、１．９８１　＞エツチングのタ
イプは、なによりも長期間に渡ってこれの効力を失わせ
ないために使用されるマスク（フォトレジスト）の能力
によって決められる。角度θを４０度ないし７０度の範
囲にすることに注意すれば、ドライ・エツチングを使用
することも可能である。角度が４０度よりも小さければ
、装置が大きくなり過ぎ、６０度よりも大きければ、金
属被膜が薄くなって共面からマイクロストリップに突然
発生ずる遷移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｒ＋）によって疑似
モードが生じたり大きな放射損失が生じたりする。第１
４図は、エツチングの工程の後で、第１１図のアレイ上
に重ねられた金属パターンを斜線によって示す、第１５
図は、個別の装置に分割するためにアレイがダイヤモン
ドまたはレーザー光線のけがきによってダイ・カットさ
れる様子を点線で示す。

遷移部の組み泣！てには、２つの光学的マスクが使用さ
れる。第１６図に示す第１マスクは、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ２
０２−Ｈ２０の溶液 を使用してエツチングする基板に使用される。第１７図
は、上部面の金属化に使用する第２マスクを示す、写真
製版の工程の詳細の例は下記の通りである。

（１）ＧａＡｓのウェーハをＴＣＥ、アセトンおよびＩ
ＰＡを使用して洗浄する。

（２）ウェーハの裏面をＴ　ｉ　／　Ｐ　ｔ　／　Ａ　
ｕの蒸着によって２５０／１５０／２６００オングスト
ロームに金属化する。

（３）ウェーハの裏面を３００ＯＲＰＭでＡＺ１３５０
Ｊのフォトレジスｌ−によってコーテングし、これを３
０分間８０℃で焼成する。

（４）表面に６０００ＲＰＭ”Ｃ″ＨＭＤＳを使用して
液体を下塗りし、次に工程（３）にしたがってフォトレ
ジストをコーテングする。

（５）第１６図に示すように、マスクＮｏ、１を使用し
てウェーハの前面を１０秒間２０ｍＷ／ｄでＵＶ４．Ｏ
Ｏの光゛線誓使用して露出する。長方形の長で側はウェ
ーハ上で［０１１］の方向に対して平行に位置合わぜさ
れなければならない。

（６）レジストをＡＺ３５１の現像液（５：　１．　）
で約３０秒間現像し、１００°Ｃで１時間焼成する。

（７）ウェーハを１分間１００Ｗで灰化（ａｓｈ）する
。

（８）ＧａＡｓをＨ２ＳＯ４、Ｈ２０２Ｈ２０の１＋８
：１の溶液で３５分間 エツチングする。（エツチング率：常温で１０μｍ／分
） （９）フォトレジストをアセトンで剥離するく１０）ウ
ェーハの前面を３０００ＲＰＭ”ｌ（ＡＺ１３５０Ｊを
使用してコーテングし、３０分間８０°Ｃで焼成する。

（１１）第１７図に示すマスク２を１３秒間露出し、工
程６にしたがって現像する。

（１２）　Ｔ　ｉ　／　Ｐ　ｔ　／　Ａ　ｕの層を表面
に１５０１５０／３００オングストロームの厚さに蒸着
する。

（１３）工程１０と１１を繰り返す２ （１４）ウェーハを３０分間１００℃で焼成する。

（１５）２ミクロンのＡｕを表面に電気めっきする。

（１６）フォトレジストと余分な金属を４−ブチロール
・アセトン内のりフトオフ工程によって除去する。

２つの背面対背面の遷移部に対する挿入損失と反射減衰
損失を測定したところ、第１．８図に示す結果となった
。これかられかるとうり１５ｄＢの反射減衰損失が帯域
幅２３ＧＨｚで達成される。

このような大きな帯域幅は上述した他のいずれの遷移部
の案でも得られなかった。

本発明は、上述した好適な実施例とこれに対する代替例
に限定されるものではなく、種々の変更と改良が可能で
あり、これらの変更と改良には構成部品に対する機械的
および電気的に等価な変形が含まれ、これらは、本発明
による特許請求の範囲および本発明の精神から逸脱する
ものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、共面導波管の概略図を示す。 第２図は、マイクロストリップの概略図を示ず６第３図
は、マイクロストリップの遷移部に対する共面導波管の
共面によるアプローチの概略図である。 第４図は、マイクロストリップの遷移部に対する共面導
波管の共面の接地面によるアプローチの概略図である。 第５図は、マイクロストリップの遷移部に対する共面導
波管の共面中央導電体によるアプローチの概略図である
。 第６図は、セラミック上での共面導波管の遷移部に対す
るテーバ状マイクロストリップの概略斜視図である。 第７図は、セラミック上での共面導波管の遷移部に対す
るテーバ状マイクロストリップの詳細レイアウトである
。 第８図は、本発明によるＧａＡｓ上で異方性工ッチング
を使用した共面導波管の遷移部に対するマイクロストリ
ップの概略図である。 第９図は、第８図の装置の上部面の単純化した平面図で
ある。 第１０図は、半導体基板上での第１１図の装置のアレイ
の図である。 第１１図は、ハツチングで示したエツチングを行うべき
領域を有する第１０図と同じアレイの図である。 第１２図は、第１１図の断面線１１−１．１に沿ったエ
ツチングの断面である。 第１３図は、第１１図の断面線１．３−１３に沿ったエ
ツチングの断面である。 第１４図は、ハツチング部のエツチングを行った後、上
部面に行われた金属化のパターンを強調した第１１図の
アレイを示す。 第１５図は、第１１図のアレイを個々の装置にダイスに
よて分割した状態を点線で示す。 第１６図は、本発明による遷移装置の基板のエツチング
のために使用されるサンプル・マスクを示す８ 第１７図は、本発明による遷移装置の上部面の金属化の
ために使用するサンプル・マスクを示す。 第１８図は、２つの背面対背面の遷移部に対して測定し
た挿入損失と反射減衰損失を測定したグラフである。 １０・・・共面導波管、１２・・・共面導波管の接地面
、１４・・・ウェーハ、２０・・・マイクロストリップ
、２２・・・マイクロストリップの接地面、３０・・・
ブアイア・ポール 特許出願人　　パリアン・アソシエイツ・インコーホレ
イテッド

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．マイクロストリップと共面導波管との間の相互接続
   に使用する広帯域相互接続装置であって、上部面の第１
   端部に形成され、導電体と一対の接地面とを有する共面
   導波管、前記上部面の反対側の端部に形成されたマイク
   ロストリップ、および底部面のマイクロストリップの接
   地面を有するモノリシック半導体装置であって、前記共
   面導波管の前記導電体が前記のマイクロストリップの前
   記の導電体に電気的に接続されている前記モノリシック
   半導体装置と、 前記モノリシック半導体装置の一対の傾斜面であって、
   前記面は前記上部面の前記共面導波管の一対の接地面か
   ら底部面のマイクロストリップの前記接地面に傾斜し、
   前記一対の傾斜面は高導電性金属によつて金属化され、
   前記高導電性金属は前記マイクロストリップの前記接地
   面と前記共面導波管の前記の接地面とに接触していると
   ころの一対の傾斜面とから成る広帯域相互接続装置。
2. ２．前記傾斜面が異方性エッチングによって形成される
   、ところの請求項１記載の装置。
3. ３．前記傾斜面が前記接地面と相対し、その角度が４０
   度以上および７０度以下である、ところの請求項１記載
   の装置。
4. ４．マイクロストリップと共面導波管との間に広帯域の
   相互接続を形成する方法であって、上部面と底部面とを
   有する半導体ウェーハの基板を洗浄する工程； 前記底部面を金属化する工程； 前記ウェーハを介して一対の独立した傾斜面をエッチン
   グし、前記傾斜面を前記上部面から前記底部面の前記金
   属化部分に傾斜させる工程であって、前記傾斜面がほぼ
   平行であるところの工程；前記底部面の前記の金属化部
   分から前記上部面に導電性径路を形成するために前記底
   部面を金属化する工程；および 前記上部面の前記傾斜面の間に導電性ストリップを形成
   する工程から成る方法。
5. ５．前記傾斜面が前記底部面の前記金属化部分に対して
   ４０度以上および７０度以下の角度で形成される、とこ
   ろの請求項４記載の方法。