专利名称：盖片的空气跨接线的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路的空气跨接线(air bridge)结构及其制法，这类结构使集成电路及其元件在圆片一级的组合变得更为容易。本发明适用于构成气密的集成电路，以及保护集成电路和互连导线(称作“空气跨接线”)、电感器或电容器等任何元件免受来自器件外部的损伤或沾污。
在高性能和高频工艺中，为降低互连电容，往往采用空气跨接线。典型的空气跨接线是在一牺牲材料层上再沉积一互连金属层并刻成图形而构成。然后除掉牺牲材料，留下其周围为空气而非诸如氧化物等介质的金属线。这样一来，就降低了与衬底和其他金属线之间的电容，因为与二氧化硅或氮化硅等固体绝缘体相比，空气具有较低的介电常数。
然而，传统的空气跨接线制造工艺和结构具有几个缺点。空气跨接线的长度往往受限于两通路之间金属线的曲率。因此，较长的空气跨接线只能通过多根短空气跨接线相互接合来制造。另一问题是用空气跨接线制造的电路不能进行钝化。在标准工艺中，钝化层沉积在集成电路的顶部。通常的钝化层为氧化硅或氮化硅。然而，对于空气跨接线结构来说不得有钝化层，否则钝化层将填充跨接线下面的空间，从而提高空气跨接线的电容或损坏跨接线。
因此，对空气跨接线的要求是制成金属长度大于以往工艺所得空气跨接线所能提供的长度，并要求空气跨接线能应用于具有钝化层的集成电路。
本发明的一个目的是提供其中有元件的集成电路空气跨接线结构，所述元件能与集成电路有源元件分开形成，并形成在所述结构的与其分离的一部分上，但最终键合于其上而构成一组件，并且提供构成这种结构的制造方法，该结构能在圆片一级(waferlevel)制造，实质上不增加集成电路和任何元件占有的体积。
本发明包括在集成电路之上形成一空气跨接线的方法，其工序有腐蚀玻片使之有一腔，在腔内形成金属导体，玻片与一集成电路接合，从而将该集成电路封装在玻片的腔内。
本发明还包括具有空气跨接线腔的集成电路，其组成为具有一集成电路的衬底、具有至少封装所述集成电路一部分的腔的玻片、在所述腔内并在所述集成电路被封装部分之上的一金属导体、使腔内金属导体与集成电路连接的金属触点，其中金属导体最好是一电感器。
有利的是，一集成电路结构配有一制作在石英或玻璃覆盖衬底(lid substrate)上的空气跨接线，覆盖衬底与具有一个或多个集成电路的器件圆片相接合。器件圆片为一半导体材料衬底，其上可制作有源集成电路。盖片与器件圆片相接合的表面上形成腔。腔内有电感器或电容器，并有引线或焊柱用于使盖片的电容器或电感器与器件圆片内的集成电路相连接。空气跨接线的导线可以在盖片内单独形成，其形成温度低于形成有源集成电路使用的温度。因为无需用高温接合构成接合的组件，故可以用金属焊盘或焊柱、氧化层甚至聚合物塑料等低温材料连接盖片和器件圆片的接触表面区。
现将参照附图举例介绍本发明，其中
图1为一集成电路器件截面图，该器件在其暴露的一空间内有一构成电感器的导电件，并构成一封装和接合的多层器件，能防止暴露空间内封装物的损坏和沾污；图2至6为图1器件在其依次制造阶段的截面图；图6是类似于图1的另一个密封、被连接的多层器件，一导电元件提供一跨接器件内的一自由空间的空气跨接线，所示为图7中沿线6-6的截面图；图7为图6所示器件的平面图；图8至12为图13和14所示器件在其相继的制造阶段的示意图；图13为与图1和6类似的截面图，系沿图14中的13-13线截取，示出器件内构成一电感的导电件，器件为一密封的多层结构，便于加工和减少沾污；图14为图13所示器件的平面图，该图被截开以示出构成一线圈的导电件的结构；
图15至17为截面图，用以说明由导电件分别构成一电容器和电感器的一器件的形成工序。
图18和19为局部示图，示出可用来构成图17所示器件的电容器部分的不同导体结构。
图1示出在器件片82上形成的一集成电路结构80，器件片内的有效电路区延伸到具有连接焊区86、88、90和92的交界面。盖片84由玻璃或具有一绝缘(氧化)表面的半导体材料(例如硅)制成。盖片84具有孔101和103用于连接焊区86和92的连接线。一环形腔96环绕在腔96内构成芯柱98的柱体，该腔延伸到对着衬底82的表面83的交界面100。腔与表面83有足够的间距以降低集成电路80中的寄生电容。腔敷有形式为一金属线圈102的导电电感元件(一电感器)。金属淀积在腔的表面上并刻出图形以取得分别从线圈102外端和中心端引出的端头104和106。端头104和106连接焊区88和90，并通过这两个焊区连接衬底82上的集成电路。连接可采用玻片84与半导体片82的“倒装焊接法”。此外，通过接合可形成图6和7所示环绕腔96的边沿密封，封装导电元件(电感器102)和衬底82上的集成电路。
图2至5示出结构的制造工序。制造工艺从盖片84开始，盖片84宜由玻璃材料制成，其热膨胀系数与衬底片82的材料(硅)相近。腔96和局部通道孔101和103是在用光刻胶层108掩蔽并腐蚀盖片84的暴露表面100后形成。可以用湿式或干式腐蚀法形成腔96，101和103。
图3所示为均匀淀积在腔96表面上的金属层，经构图和腐蚀，产生构成电感器的线圈形式的导线102。
图4所示为再一次掩模操作，用于在线圈102的端头104和102上形成焊接点。实现这些焊接点的一种可行方法是掩模操作，随后无电敷镀一适当材料。
图5示出盖片84与衬底片82的接合(叠合和对准)。焊柱108和110在约200℃的较低温度下焊接，而衬底82上形成有效集成电路区则使用高温(≥700℃)。图5未示出的最后操作是确定和腐蚀表面99上的通道区，当与图1上先前形成的腔101和103相组合时，能与82的焊区和划片区重叠，从而能芯片分离和焊接。
图6和7示出的结构亦具有玻璃等绝缘材料盖片112和半导体材料衬底层114。层112和114是两个圆片，有源集成电路可在衬底层114上单独形成并与盖片112的制造分开。腔116的表面118亦是盖片112的表面，将确定与衬底片表面120的交界面，该腔与集成电路有足够的空隙，从而降低了空气跨接线或互连导电元件122与衬底114上集成电路(通过寄生电容)的耦合。空气跨接导线122通过焊区或焊柱126连接焊区，焊区连接由空气跨接导线122互连的集成电路。另一金属焊区或焊柱区128给腔116加了框，并为腔下面的空气跨接线和有源电路元件提供了边缘封接。该封接可能是密封，可保护空气跨接线不受沾污和(或)损伤。圆片112和114也保护腔和空气跨接导线122。
通道130使焊区132和134外露。这些通道130可扩充成没有盖片112的区域。设置了多个这样的焊区132和134，以为连接至衬底片114上的有源集成电路的引线提供足量的连接点。腔116和其中的导体由连接密封128加以保护。
图13和14示出的结构具有包含有源集成电路与焊区的衬底片140和盖片142，与盖片一同示出了由金属线圈144构成的一电感器。焊区146和148延伸至线圈的端头，并由焊柱点焊到半导体材料衬底片140的交界面156的焊区152和154。其他焊区160和158用作与边缘密封128(图6和7)类似的边缘密封。该边缘密封称为150。另一些焊区162设在表面156上，用于连接衬底140上的有源集成电路。
图8至12示出在盖片142上构成线圈144的空气隔离跨接电感元件的工艺过程。从圆片142着手，在腐蚀前用光刻胶掩蔽，腐蚀出至少数微米深的沟。腐蚀可以用干式腐蚀法。腐蚀的图形的螺旋电感线圈144的形状，图9的金属系采用回流溅射和CMP(化学机械抛光)淀积于沟中以填满沟。也可以使用淀积的多晶硅或其他任何通道注满(“填充”)材料。
图10中是淀积第二层金属并用光刻法构图以产生连接点146和148。边缘密封用的焊区164亦在淀积的金属上构图。图形用光刻胶或其他掩模和湿式或干式腐蚀刻出。
图11所示接点(金属凸起)是此后由构成金属连接焊区146、148和焊区164所用相同的另一淀积和掩膜工艺过程加上的。
图12为淀积一层焊柱金属以形成柱状金属点。一圈金属凸起划定了边缘密封150。焊柱形成后把光刻胶构图和氧化物腐蚀工序用于产生容纳电感器的腔147。腐蚀剂选择性蚀除衬底材料142而不蚀除金属144。腐蚀受到控制，不到线圈144的端头便停止。留下的材料构成腔147，并留有圆片的一个区域来装线圈144。腔147减小了线圈匝之间以及线圈与衬底层140上集成电路之间的电容。这步玻璃去除减小了电感器之间的电容这时还能同时制作前面所述的可供划片线和焊区孔选用的腔149。按联系图6所作的说明把玻片142连接到器件片82上。图13示出玻璃上空气跨接线连接器件片后的完整结构。
图8至12的镶嵌工艺可在用于电感器的同一玻璃衬底上形成电容器。电容器的形成工艺如图15所示从玻片完全敷有金属和填平沟开始。金属176将构成电容器板极，金属180将构成电感器的线圈。电容器或者可制成梳状导电沟，或者可制成两个盘绕的长沟。在用非玻璃介质的场合，采用光刻胶和腐蚀工序刻出围绕电容器金属176的一个腔。电感器的金属180用适当的光刻胶182掩蔽，并蚀除电容器板极176之间的玻璃，以暴露出板极的侧面(图16)。腐蚀在暴露出板极176的两端前停止，因此板极176的两端仍然埋在玻璃衬底170内。可在板极176之间的缝隙内淀积适当的介质以构成电容器。采用低压化学气相淀积、化学气相淀积、自旋或其他淀积法淀积介质，并把电容器腔填平。典型的介质有氮化硅和二氧化硅。视应用而定，板极间的空气隙也可用作介质。因此，此结构既可用作电容器，也可用作电感器。如果像在电源的情况下那样需要去耦电容器，可采用适用于PZT(钛锆酸铅)或PLT(Pb-La-Ti-O)膜的多重自旋/烘烤作业被覆PZT或PLT膜。这时需要高温沟道金属。高单位面积电容很适用于芯片电源的去耦。沟和电容器板极图形既可以是图18所示的梳状，也可以是图19所示的螺旋缠绕状。电容器实际上是薄膜器件。关于这种器件的特性叙述，见Sandwip K.Dey和Jon-Jan Lee题为“用于UlsiDram和去耦电容器的高电容率立方顺电(非铁电)钙钛矿PLT薄膜”的论文(IEEE Trans.ED.，vol.39，No.7，July 1992，第1607-1613页)和Reza Moazzarmi，Chemming Hu和William H.Shepard题为“Dram应用的铁电PZT薄膜的电特性”的论文(IEEE Trans.ED.，vol.39，No.9，Sep.1992，第2044-2049页)。
在填平介质后，继续进行的工艺是互连金属的淀积和构图、金属凸起和电感腔的掩蔽和腐蚀以产生图17所示结构。该图所示盖片170有分开的腔172和174它们装入不同的无源元件，尤其是电容器178和电感线圈180。腔174中的电感线圈可以用联系图8-12介绍的同样方法构成。此外，可以绕腔172和174各自的周边设置单独的边缘密封。可以按上面图1-13示出的同样方法使图17的结构与集成电路拼接。可选择除去电感器周围的玻璃。
在玻璃覆盖衬底的一个腔内形成一空气跨接线结构。该空气跨接线结构与器件衬底82上的集成电路接合，构成与集成电路连接的空气跨接线结构。
权利要求
1.在集成电路上构成空气跨接线的方法，其组成步骤为腐蚀玻片使之有一腔；在腔内形成金属导体；使玻片与集成电路接合而把集成电路封在玻片的腔中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述玻片的表面上形成金属触点，所述金属触点连接腔中的导体，腔中金属触点对准电连接集成电路的其他触点。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于腔内有一螺旋状槽。
4.一种用空气跨接线封装的集成电路，它包含有具有一集成电路的一衬底；具有一个至少封装所述集成电路一部分的腔的一玻片；所述腔内的、在所述集成电路被封装的部分上面的一金属导体；使腔内的金属导体连接集成电路的金属触点，其中金属导体最好是一电感器。
5.如权利要求4所述的集成电路，其特征在于所述腔有一螺旋槽。
6.具有一空气跨接线的集成电路的制造方法，其工序有除去绝缘盖片的一些部分以在盖片表面上形成一个或多个腔；至少在一个腔的表面上形成一条或多条金属引线；盖片与有一个或多个集成电路的器件片接合，其中盖片有二氧化硅，器件片有硅。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于包含在盖片表面上形成一个或多个金属凸起的工序，所述金属凸起至少连接所述的一条金属引线，其中有一条在腔内形成的连续的金属引线构成电感器。
8.如权利要求1至3中任何一项或权利要求6或7所述的方法，其特征在于中至少在一个腔内有一金属层，形成一电容器的一个极板，并有围绕所述的至少一个腔的金属边缘密封，使盖片与器件片接合。
9.具有一空气跨接线的集成电路的制造方法，其工序有除去绝缘盖片的一些部分而在盖片的表面至少形成一个槽；用金属填满所述的至少一个槽；使盖片与有一个或多个集成电路的器件片接合；以及在盖片表面上形成一个或多个金属凸起，所述金属凸起连接填充槽的金属，其中槽最好具有连续的螺旋状图形并构成一电感器。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于至少有两个槽，每个槽与另一个槽相距一被控制的距离，这些槽充填金属而形成一电容器，而且它们彼此成交指型，或最好是同心的螺旋型。
全文摘要
在玻璃覆盖衬底的一个腔内形式一空气跨接线结构102。该空气跨接线结构与器件衬底82上的一集成电路接合,构成连接集成电路的空气跨接线结构。
文档编号H01L23/64GK1170961SQ9711141
公开日1998年1月21日 申请日期1997年5月19日 优先权日1996年5月20日
发明者乔斯·A·德加道, 斯蒂芬·J·高尔 申请人:哈里公司