空气桥立体电路及其制作方法

文档序号:7003059阅读:419来源:国知局
专利名称:空气桥立体电路及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体制造エ艺,特别是ー种空气桥立体电路及其制作方法。
背景技术
现代半导体器件制作过程中,随着电路结构越来越复杂,一次金属连线不能满足要求,因此往往采用多次金属进行互联。但是当金属线相互交叉或者重叠时,就会存在寄生电容。由于空气的介电常数比诸如ニ氧化硅和氮化硅的传统层间介质的介电常数低,以空气为介质的交叉或重叠的金属线寄生电容较低,因此在微电子器件、电路的制造过程中,一些关键金属线交叉或者重叠处,往往采用空气作为介质,这种结构称为空气桥。目前常用金属溅射或者化学镀的方法制作空气桥。采用上述两种方法制作的空气桥本体相对较薄,因此造成成品率和可靠性较差,而且形成的导体电路本身的保护性能较弱,部分设计的金属直接暴露在空气中。 因此,需要ー种空气桥的制作方法,以解决现有技术中存在的问题。

发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,这将在具体实施方式
部分中进一歩详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征,更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了解决现有的空气桥制作エ艺相对复杂,エ艺可控性和精度较差等问题,本发明提供了ー种空气桥立体电路的结构及其制作方法
ー种空气桥立体电路的制作方法,其特征在于包括
步骤1,提供半导体衬底和形成在所述半导体衬底上的至少两个焊垫;
步骤2,在所述衬底和所述焊垫表面形成第一光刻胶层,对所述第一光刻胶层进行曝光以在所述第一光刻胶层中形成第一待去除区,所述第一待去除区分别与各所述焊垫上方的区域对应;
步骤3,在所述第一光刻胶层上形成第二光刻胶层,对所述第二光刻胶层曝光以在所述第二光刻胶层中形成第二待去除区,所述第二待去除区为包括对应于各所述第一待去除区上方和相邻所述第一待去除区之间的区域;
步骤4,去除所述第一待去除区中的第一光刻胶层和所述第二待去除 区中的所述第二光刻胶层,以形成空气桥图案;
步骤5,在所述空气桥图案中填充金属以形成空气桥立体电路;
步骤6,去除剰余的所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层。所述步骤I和步骤2之间还包括在所述焊垫的边缘以及所述半导体衬底上未覆盖有所述焊垫的区域形成第一钝化层的步骤。还包括在所述第一钝化层和所述焊垫表面上形成凸点下金属层的步骤,以及在所述步骤6中去除未覆盖在所述焊垫之上的所述凸点下金属层。
各所述第一待去除区的边缘位于覆盖在所述焊垫边缘的所述第一钝化层上。所述步骤I与所述步骤2之间还包括清洗焊垫表面的步骤。所述第一光刻胶层采用负性光刻胶,所述第二光刻胶层采用负性光刻胶。所述第一光刻胶层采用正性光刻胶,所述第二光刻胶层采用负性光刻胶。所述金属为铜。所述填充金属的方法为电镀。所述焊垫的材料为铝。还包括在所述空气桥立体电路表面上形成第二钝化层的步骤,并在所述第二钝化层中对应至少一个所述焊垫的位置处形成开ロ,在所述开口中形成凸点。 还包括在所述凸点上形成导电层,所述导电层的材料是锡或者铜。所述步骤4中去除第一光刻胶层和第二光刻胶层的方法为显影和灰化。ー种空气桥立体电路,其特征在于所述空气桥立体电路包括
-半导体衬底;
-焊垫,所述焊垫的数量为至少两个,且所述焊垫形成于所述半导体衬底上;
-桥墩,所述桥墩形成于各所述焊垫上;和
-桥面,所述桥面形成于各所述桥墩顶部且相互连接,其中采用电镀的方法形成所述桥墩和桥面。所述焊垫的边缘以及所述半导体衬底上未覆盖有所述焊垫的区域形成有第一钝化层。所述焊垫和所述桥墩之间形成有凸点下金属层。所述桥面上形成有第二钝化层,且所述第二钝化层中对应至少ー个所述焊垫的位置处形成有开ロ,所述开ロ中形成有凸点。所述凸点上形成有导电层,所述导电层的材料是锡或者铜。所述空气桥立体电路的材料为铜。所述桥墩的厚度范围是3 20微米。所述桥面的厚度范围是f 15微米。本发明的空气桥立体电路的制作方法利用了多层光敏材料正、负性的差別,进行多次曝光,一次显影,形成需要的图形,エ艺简化,提高了生产效率且降低了生产成本。根据本发明提供的方法制成的空气桥立体电路具有高架桥式结构,结构稳定、可靠性较高,空气桥立体电路的下方是空气,能有效提高器件的电性能,尤其是高频条件下的电性能。且空气桥立体电路表面上覆盖有绝缘层,増加了电路的保护性能。


本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述,用来解释本发明的原理。在附图中,
图IA至图IK是根据本发明实施例一的制作空气桥电路的方法流程示意 图2A至图2K是根据本发明实施例ニ的制作空气桥电路的方法流程示意图。
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员来说显而易见的是,本发明可以无需ー个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本发明发生混淆,对于本领域公知的ー些技术特征未进行描述。为了彻底了解本发明,将在下列的描述中提出详细的步骤,以便说明本发明是如何对不同属性的光敏材料曝光、显影以解决现有的空气桥エ艺复杂、可控性较差的问题。显然,本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本发明还可以具有其他实施方式。实施例一
首先,如图IA所示,提供半导体衬底100和形成在半导体衬底100上的至少两个焊垫101,在焊垫101的边缘以及半导体衬底100上未覆盖有焊垫101的区域形成第一钝化层 102。覆盖在焊垫101边缘的第一钝化层102高于形成在衬底100上的第一钝化层102。再对上述步骤得到的器件结构进行清洗,通过清洗去除自然生长在器件结构上的氧化层,本领域技术人员可以理解的是,所述清洗可以采用氢氟酸等清洗剤。其中,衬底100可以为硅或者绝缘体上硅(SOI)。在衬底100中可以形成有隔离结构,所述隔离结构为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构。衬底100中还形成有各种阱(well)结构及衬底表面的沟道层。一般来说,形成阱(well)结构的离子掺杂导电类型与沟道层离子掺杂导电类型相同,但是浓度较栅极沟道层低,离子注入的深度范围较广,同时需达到大于隔离结构的深度。为了简化,此处仅以一空白衬底100图示。可以用作衬底100的含Si半导体材料的例证性例子包括Si、SiGe, SiC、SiGeC,绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上SiGe (SG0I),但不限于此。根据所制造的器件,衬底100可以是未掺杂的或掺杂的。如图IB所示,利用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition PVD)在上述衬底100上形成凸点下金属层103 (Under Bump Metal UBM),本领域技术人员可以理解的是,凸点下金属层103的结构包括粘附层和形成在所述粘附层上的种子层,所述粘附层的材料可以为金属钛(Ti)、铊(Ta)或者其合金,所述种子层可以是铜(Cu)或者铜合金。如图IC所示,在凸点下金属层103上形成第一光刻胶层104,第一光刻胶层104采用正性光刻胶。如图ID所不,对第一光刻胶层104进行曝光以在第一光刻胶层104中形成第一待去除区104a和第一保留区104b,第一待去除区104a为经过后续エ艺后需要被去除的区域,第一保留区104b为经过后续エ艺后仍然被保留的区域,第一待去除区104a对应于各个焊垫101上方的区域,且第一待去除区104a的边缘位于环绕焊垫101边缘的第一钝化层102上。本实施例中第一光刻胶层104采用正性光刻胶,则对第一待去除区104a进行曝光,第一保留区104b不进行曝光。如图IE所不,在第一光刻胶层104上形成第二光刻胶层105,第二光刻胶层105米用负性光刻胶。如图IF所示,对第二光刻胶层105进行曝光以在第二光刻胶层105中形成第二待去除区105a,第二光刻胶层105中其余的区域为第二保留区105b,第二待去除区105a为包括对应于各个第一待去除区104a上方和相邻第一待去除区104a之间的区域。即第二待去除区105a为图IF中所示第二光刻胶层105中阴影部分的区域。本实施例中第二光刻胶层105采用负性光刻胶,因此对第二保留区105b进行曝光,第二待去除区105a不进行曝光。如图IG所示,对第一光刻胶层104和第二光刻胶层105进行显影和灰化,以在第一光刻胶层104和第二光刻胶层105中形成空气桥图案106。通过显影、灰化分别去除第一光刻胶层104和第二光刻胶层105中的第一待去除区104a和第二待去除区105a部分。其中,所述灰化的方法为采用等离子体去除。去除的第一光刻胶层104中的第一待去除区104a形成空气桥图案106的桥墩部分,去除的第二光刻胶层105中第二待去除区105a形成空气桥图案106中的桥面部分。如图IH所示,向空气桥图案106中电镀金属,所述金属可以是铜,以在空气桥图案106中形成空气桥立体电路107。空气桥立体电路107包括桥墩部分107a和桥面部分107b,桥面部分107b位于桥墩部分107a的上方且将相邻桥墩部分107a连接起来。如图II所示,去除剰余的第一光刻胶层104和第二光刻胶层105以及去除未覆盖在焊垫101之上的凸点下金属层103。本领域技术人员可以理解的是,去除第一光刻胶层 104、第二光刻胶层105可以采用本领域常见的方法,例如剥离。去除部分凸点下金属层103可以采用湿法刻蚀。对凸点下金属层103进行刻蚀时,由于覆盖在焊垫101边缘的第一钝化层102的高度高于形成于半导体衬底100上的第一钝化层102,因此形成于焊垫101之上的第一钝化层102对凸点下金属层103有保护作用,进而避免位于焊垫101之上的凸点下金属层103被刻蚀去除。如图IJ所示,在空气桥立体电路107的桥面部分107b上形成第二钝化层108,在第二钝化层108中对应至少ー个焊垫101的位置处形成开ロ 109,再在开ロ 109中形成凸点110,凸点110与空气桥立体电路107的桥墩部分107a相连。本发明对开ロ 109的大小不作限定,并且可以根据实际电路的设计需求设置多个开ロ 109。凸点110的材料为铜,其作用在于将空气桥电路连接至外部电路。第二钝化层108的作用在于避免空气桥立体电路107受到潮湿空气腐蚀或者氧化。优选地,如图IK所示,为了使空气桥电路更加易于与外部电路的连接,在凸点110上形成导电层111,所述导电层111的材料可以是锡或者铜。实施例ニ
首先,如图2A所示,提供衬底200和形成在衬底200上的至少两个焊垫201,焊垫201的边缘以及焊垫201的周围形成有第一钝化层202。焊垫201边缘的第一钝化层202高于形成在衬底200上的第一钝化层202。再对上述步骤得到的器件结构进行清洗,通过清洗去除自然生长器件结构上的氧化层,本领域技术人员可以理解的是,所述清洗可以采用氢氟酸等清洗剂。其中,衬底200可以为硅或者绝缘体上硅(SOI)。在衬底200中可以形成有隔离结构,所述隔离结构为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构。衬底200中还形成有各种阱(well)结构及衬底表面的沟道层。一般来说,形成阱(well)结构的离子掺杂导电类型与沟道层离子掺杂导电类型相同,但是浓度较栅极沟道层低,离子注入的深度范围较广,同时需达到大于隔离结构的深度。为了简化,此处仅以一空白衬底200图示。可以用作衬底200的含Si半导体材料的例证性例子包括Si、SiGe, SiC、SiGeC,绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上SiGe (SG0I),但不限于此。根据所制造的器件,衬底200可以是未掺杂的或掺杂的。如图2B所示,利用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition PVD)在衬底200上形成凸点下金属层203(Under Bump Metal UBM),本领域技术人员可以理解的是,凸点下金属层203的结构包括粘附层和形成在所述粘附层上的种子层,所述粘附层的材料可以为金属钛(Ti)、铊(Ta)或者其合金,所述种子层可以是铜(Cu)或者铜合金。如图2C所不,在凸点下金属层203上形成第一光刻胶层204,第一光刻胶层204米用负性光刻胶。如图2D所不,第一光刻胶层204进行曝光以在第一光刻胶层204中形成第一待去除区204a和第一保留区204b,第一待去除区204a为经过后续エ艺后需要被去除的区域,第一保留区204b为经过后续エ艺后仍然被保留的区域,第一待去除区204a对应于各个焊垫201上方的区域,且第一待去除区204a对应于各个焊垫201上方的区域,且第一待去除区204a的边缘位于环绕焊垫201边缘的第一钝化层202上。本实施例中第一光刻胶层204 采用负性光刻胶,则对第一保留区204b进行曝光,第一待去除区204a不进行曝光。如图2E所不,在第一光刻胶层204上形成第二光刻胶层205,第二光刻胶层205米用负性光刻胶。如图2F所示,对第二光刻胶层205进行曝光以在第二光刻胶层205中形成第二待去除区205a,其余的区域为第二保留区205b,第二待去除区205a为包括对应于各个第一待去除区204a上方和相邻第一待去除区204a之间的区域。即第二待去除区205b为图2F中所示第二光刻胶层205中阴影部分的区域。本实施例中第二光刻胶层205采用负性光刻胶,因此对第二保留区205b进行曝光,第二待去除区205a不进行曝光。如图2G所示,对第一光刻胶层204和第二光刻胶层205进行显影和灰化,以在第一光刻胶层204和第二光刻胶层205中形成空气桥图案206。通过显影、灰化分别去除第一光刻胶层204和第二光刻胶层205中的第一待去除区204a和第二待去除区205a部分。其中,所述灰化的方法为采用等离子体去除。去除的第一光刻胶层204中的第一待去除区204a形成空气桥图案206的桥墩部分,去除的第二光刻胶层205中第二待去除区205a形成空气桥图案206中的桥面部分。如图2H所示,向空气桥图案206中电镀金属,所述金属可以是铜,以在空气桥图案206中形成空气桥立体电路207。空气桥立体电路207包括桥墩部分207a和桥面部分207b,桥面部分207b位于桥墩部分207a的上方且将相邻桥墩部分207a连接起来。如图21所示,去除剰余的第一光刻胶层204和第二光刻胶层205以及去除未覆盖在焊垫201之上的凸点下金属层203。本领域技术人员可以理解的是,去除第一光刻胶层204、第二光刻胶层205可以采用本领域常见的方法,例如剥离。去除部分凸点下金属层203可以采用湿法刻蚀。对凸点下金属层203进行刻蚀时,由于覆盖在焊垫201的边缘的第一钝化层202高于形成在半导体衬底200上的第一钝化层202,因此形成于焊垫201之上的第一钝化层202对凸点下金属层203有保护作用,进而避免位于焊垫201之上的凸点下金属层203被刻蚀去除。如图2J所示,在空气桥立体电路207的桥面部分207b上形成第二钝化层208,在第二钝化层208中对应至少ー个焊垫201的位置处形成开ロ 209,再在开ロ 209中形成凸点210,凸点210与空气桥立体电路207的桥墩部分207a相连。本发明对开ロ 209的大小不作限定,并且可以根据实际电路的设计需求设置多个开ロ 209。凸点210的材料为铜,其作用在于将空气桥电路连接至外部电路。第二钝化层208的作用在于避免空气桥立体电路207受到潮湿空气腐蚀或者氧化。优选地,如图2K所示,为了使空气桥电路更加易于与外部电路的连接,在凸点210上形成导电层211,所述导电层211的材料可以是锡或者铜。本领域技术人员可以理解的是,在上述两个实施例中,所述曝光可以通过紫外线照射被掩模板遮挡的光刻胶层来实现。根据上述实施例一和实施例ニ制作的空气桥立体电路的桥面部分的厚度为f 15微米,桥墩的厚度范围是Γ20微米。因此根据本发明的空气桥立体电路结构的成品率较高且可靠性较好。本发明的空气桥立体电路的制作方法利用了多层光敏材料正、负性的差別,进行 多次曝光,一次显影,形成需要的图形,该方法具有エ艺简化、生产效率高且生产成本较低的特点。根据本发明提供的方法制成的空气桥立体电路具有高架桥式结构,结构稳定、可靠性较高,空气桥立体电路的下方是空气,能有效提高器件的电性能,尤其是高频条件下的电性能。形成的空气桥立体电路表面上覆盖有绝缘层,増加了电路的保护性能。本发明已经通过上述实施例进行了说明,但应当理解的是,上述实施例只是用于举例和说明的目的,而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是,本发明并不局限于上述实施例,根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改,这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
权利要求
1.一种空气桥立体电路的制作方法,其特征在于包括 步骤1,提供半导体衬底和形成在所述半导体衬底上的至少两个焊垫; 步骤2,在所述衬底和所述焊垫表面形成第一光刻胶层,对所述第一光刻胶层进行曝光以在所述第一光刻胶层中形成第一待去除区,所述第一待去除区分别与各所述焊垫上方的区域对应; 步骤3,在所述第一光刻胶层上形成第二光刻胶层,对所述第二光刻胶层曝光以在所述第二光刻胶层中形成第二待去除区,所述第二待去除区为包括对应于各所述第一待去除区上方和相邻所述第一待去除区之间的区域; 步骤4,去除所述第一待去除区中的第一光刻胶层和所述第二待去除 区中的所述第二光刻胶层,以形成空气桥图案; 步骤5,在所述空气桥图案中填充金属以形成空气桥立体电路; 步骤6,去除剩余的所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层。
2.如权利要求I所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征在 于所述步骤I和步骤2之间还包括在所述焊垫的边缘以及所述半导体衬底上未覆盖有所述焊垫的区域形成第一 钝化层的步骤。
3.如权利要求2所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征在 于还包括在所述第一钝化层和所述焊垫表面上形成凸点下金属层的步骤,以及在所述步骤6中去除未覆盖在所述焊垫之上的所述凸点下金属层。
4.如权利要求2所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征在 于各所述第一待去除区的边缘位于覆盖在所述焊垫边缘的所述第一钝化层上。
5.如权利要求I所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征 在于所述步骤I与所述步骤2之间还包括清洗焊垫表面的步骤。
6.如权利要求I所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特在 于所述第一光刻胶层采用负性光刻胶,所述第二光刻胶层采用负性光刻胶。
7.如权利要求I所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特在 于所述第一光刻胶层采用正性光刻胶,所述第二光刻胶层采用负性光刻胶。
8.如权利要求I所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征在 于所述金属为铜。
9.如权利要求I所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征在 于所述填充金属的方法为电镀。
10.如权利要求I所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征在 于所述焊垫的材料为铝。
11.如权利要求I所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征在 于还包括在所述空气桥立体电路表面上形成第二钝化层的步骤,并在所述第二钝化层中对应至少一个所述焊垫的位置处形成开口,在所述开口中形成凸点。
12.如权利要求11所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征 在于还包括在所述凸点上形成导电层,所述导电层的材料是锡或者铜。
13.如权利要求I所述的一种空气桥立体电路的制作方法,其特征在 于所述步骤4中去除第一光刻胶层和第二光刻胶层的方法为显影和灰化。
14.一种空气桥立体电路,其特征在于所述空气桥立体电路包括 -半导体衬底; -焊垫,所述焊垫的数量为至少两个,且所述焊垫形成于所述半导体衬底上; -桥墩,所述桥墩形成于各所述焊垫上;和 -桥面,所述桥面形成于各所述桥墩顶部且相互连接,其中采用电镀的方法形成所述桥墩和桥面。
15.如权利要求14所述的一种空气桥立体电路,其特征在于所述 焊垫的边缘以及所述半导体衬底上未覆盖有所述焊垫的区域形成有第一钝化层。
16.如权利要求14所述的一种空气桥立体电路,其特征在于所述 焊垫和所述桥墩之间形成有凸点下金属层。
17.如权利要求14所述的一种空气桥立体电路,其特征在于所述 桥面上形成有第二钝化层,且所述第二钝化层中对应至少一个所述焊垫的位置处形成有开口,所述开口中形成有凸点。
18.如权利要求17所述的一种空气桥立体电路,其特征在于所述凸点上形成有导电层,所述导电层的材料是锡或者铜。
19.如权利要求14所述的一种空气桥立体电路,其特征在于所述空气桥立体电路的材料为铜。
20.如权利要求14所述的一种空气桥立体电路,其特征在于所述桥墩的厚度范围是3 20微米。
21.如权利要求14所述的一种空气桥立体电路,其特征在于所述桥面的厚度范围是Γ15微米。
全文摘要
本发明涉及一种空气桥立体电路及其制作方法,包括提供半导体衬底和形成在半导体衬底上的至少两个焊垫;在衬底和焊垫表面形成第一光刻胶层,对第一光刻胶层进行曝光以在第一光刻胶层中形成第一待去除区,第一待去除区分别与各焊垫上方的区域对应;在第一光刻胶层上形成第二光刻胶层,对第二光刻胶层曝光以在第二光刻胶层中形成第二待去除区,第二待去除区为包括对应于各第一待去除区上方和相邻第一待去除区之间的区域;去除第一待去除区中的第一光刻胶层和第二待去除区中的第二光刻胶层,以形成空气桥图案;在空气桥图案中填充金属以形成空气桥立体电路;去除剩余的第一光刻胶层和第二光刻胶层。本发明的方法提高了生产效率且降低了生产成本。
文档编号H01L23/522GK102832162SQ201110157240
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者丁万春 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
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