(57)【要約】基板（１１０）と同基板の上方に設けられたエアブリッジ（８９０）を有する電子部品に関する。エアブリッジは、少なくとも第１の層と、第１の層上に設けられた第２の層とを有する。エアブリッジの第１の層の抵抗値がエアブリッジの第２の層の抵抗値より低い箇所ではエアブリッジは導電性を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
同半導体基板によって支持されている半導体デバイスと、
同半導体基板及び前記半導体デバイスを覆う第１の電気絶縁層と、
前記半導体基板の上方に設けられ、前記第１の電気絶縁層の上方に設けられ、かつ前記半導体デバイスに電気接続されたエアブリッジとからなり、
前記エアブリッジは第１の導電層を有し、
前記エアブリッジは同第１の導電層の上方に設けられた第２の電気絶縁層を有する半導体部品。
【請求項２】
前記エアブリッジの一部と前記第１の電気絶縁層との間に間隙が設けられ、
前記第２の電気絶縁層は前記第１の導電層より硬い保護層であり、
前記エアブリッジは、
前記第１の導電層の下に設けられ、同第１の導電層より高い抵抗値を有した導電バリア層をさらに有する、請求項１に記載の半導体部品。
【請求項３】
基板を提供する工程と、
エアブリッジの第１の部分を形成するために前記基板の上方に第１の層を形成する工程と、
前記基板の上方に前記エアブリッジの第２の部分を形成するために、前記第１の層の上方に第２の層を形成する工程とからなり、
前記エアブリッジは導電性を有し、
前記エアブリッジの前記第１の層は、前記エアブリッジの前記第２の層よりも抵抗値が低い、電子部品の製造方法。
【請求項４】
少なくとも一部が前記基板内に設けられる半導体デバイスを形成する工程と、
前記基板及び前記半導体デバイスの上方に絶縁層を形成する工程と、
前記第１の層を形成する工程の前における前記基板の一部の上方に犠牲層を形成する工程とをさらに有し、前記第１の層を形成する工程は、
前記犠牲層をリフローする工程と、
前記犠牲層をベーキングする工程とからなる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記エアブリッジが設計値の幅を有するようにデザインする工程をさらに有し、
前記第１の層を形成する工程は、
前記設計値の幅より広い第１の層の幅を有するように前記第１の層を形成する工程をさらに有し、
前記第２の層を形成する工程は、
前記第１の層の下に前記第２の層の一部を形成する工程と、
前記第１の層の前記設計値の幅を有した中央部分の下には前記第２の層が存在しない状態を維持する工程とをさらに有する請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は電子回路一般に関する。より詳細には、エアブリッジを有する電子部品及びエアブリッジを有する電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
相互接続を迅速に行うために、電子部品においてエアブリッジが使用される。空気が隣接相互接続層間の層間誘電体として使用されるため、エアブリッジは迅速な相互接続を提供する。空気は、二酸化シリコン及び窒化シリコンなどの従来の層間誘電体よりも低い誘電率を有する。低い誘電率は隣接する相互接続層の間の寄生容量を低減し、寄生容量が低減すると、相互接続を迅速に行い得る。
【０００３】
エアブリッジは典型的には、電気抵抗を少なくするために金から形成されるが、金は軟らかい材料である。軟らかく露出されたエアブリッジの金は、多くの場合自動製造プロセス中の半導体ウエハ処理、組立て、及びパッケージ作業の際に損傷を受ける。エアブリッジの損傷は、電子部品の製造歩留まりを低減させる。
【０００４】
製造歩留まりを改善する目的で、電子部品を製造する際に、特殊な処理及び手作業に重点を置いたプロセスを使用することがある。しかし、これらの特殊な技術は速度が遅く、コストが高い。
【０００５】
それ故、自動製造プロセスと互換性を有し、製造歩留まりが高いエアブリッジを備えた電子部品の製造方法の開発が待望されている。容易に製造可能、丈夫、かつ信頼性が高いエアブリッジを有した電子部品の開発もまた待望されている。
【０００６】
添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、本発明をより明確に理解することができる。
図面を簡単にし、見やすくするために、図面は、一般的な組立て方法だけを示し、本発明を分かり易くするために、周知の機能及び技術は省略してある。さらに、図面の部材の縮尺は、必ずしも正確なものではなく、いくつかの図面内の同じ参照番号は、同じ又は類似の部材を示す。
【０００７】
さらに、説明及び特許請求の範囲内に、第１、第２、第３、第４などの用語が使用されている場合には、それらの用語は、類似の部材を区別するためのものであって、必ずしも順番又は時間的な順序を示すものではない。さらに、このように使用する上記用語は、適当な状況下では互換性を持つこと、また、本明細書に記載する本発明の実施形態は、本明細書内で説明し、図示する順序とは別の順序で動作することができることを理解されたい。
【０００８】
さらに、説明及び特許請求の範囲内に前面、後面、頂部、底部、上、下等の用語が使用されている場合には、それらの用語は、説明の目的のためのものであって、必ずしも相対的な位置を示すものではない。このように使用する用語は、適当な状況下では互換性を有すること、また、本明細書に記載する本発明の実施形態は、本明細書内で説明し、図示する方向とは別の方向を向いて動作することができることを理解されたい。
【０００９】
（図面の詳細な説明）
図１〜図８は、いくつかの製造工程を行った後の電子部品１００の一部を示す断面図である。電子部品１００は、基板及び基板の上方に設けられたエアブリッジからなる。エアブリッジは、少なくとも第１の層と、第１の層の上方の第２の層とを有する。エアブリッジは導電性を有し、エアブリッジの第１の層の抵抗値は、エアブリッジの第２の層の抵抗値より低い。エアブリッジの第２の層は、導電性のものであっても、又は電気絶縁性のものであってもよい。好適な実施形態の場合には、エアブリッジは３つの層、即ち、薄く、硬く、導電性を有した底部のバリア層と、厚く、軟らかく、導電性を有した中央部の層と、厚く、硬く、電気絶縁性を有した頂部の保護層とからなる。一例を挙げると、エアブリッジは、設計値で約３〜３００ミクロンの幅、及び設計値で約３〜３０ミクロンの長さを有し得る。長さの設計値は、エアブリッジを支持している脚の間の距離である。
【００１０】
図１に示すように、電子部品１００は、基板１１０、導電層の一部１２０、及び任意の半導体デバイス１３０を有する。好適な実施形態の場合には、基板１１０は半導体基板であり、導電層及び電気絶縁層を有していてもよい。他の実施形態の場合には、基板１１０は、多層パーソナル・コンピュータ・ボード（ＰＣＢ）から形成可能である。
【００１１】
任意の半導体デバイス１３０は、少なくともその一部が基板１１０の内部に設けられるように、或いは基板１１０によって支持されるように形成される。一例を挙げると、デバイス１３０は、相補形ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）集積回路、バイポーラ集積回路、又はバイポーラＣＭＯＳ（ＢｉＣＭＯＳ）集積回路であってもよい。
【００１２】
デバイス１３０及び任意の必要な電子的導電層及び／又は絶縁層を形成した後で、導電層を基板１１０及びデバイス１３０上に形成することができる。一例を挙げると、導電層としては、オーム金属又は相互接続金属を使用することができる。次に、任意の絶縁層（図１に図示せず）を導電層上に形成可能である。導電層の一部１２０を露出するために任意の電気絶縁層内に孔を形成可能である。導電層の一部１２０を半導体デバイス１３０に電気接続することができる。他の実施形態の場合には、任意の電気絶縁層を形成した後で、導電層を形成し得る。
【００１３】
図２に示すように、犠牲層２４０は、基板１１０及びデバイス１３０の一部の上方に形成される。一例を挙げると、犠牲層２４０としては、ポジ又はネガのホトレジスト材料を使用可能である。犠牲層２４０の厚さは好適には、次に蒸着される金属層の厚さより厚い。一例を挙げると、ホトレジストは約３．５ミクロンの厚さにコーティングし得る。次に、ホトレジストをソフトベーキングし、その後で、ホトレジスト内にパターンを形成すべく、化学線を照射し得る。次に、図２に示す犠牲層２４０のプロファイルを形成するために、ホトレジストの現像が行われる。
【００１４】
図３は、リフロー工程及びベーキング工程を行った後の犠牲層２４０を示す。ホトレジストを現像した後で、犠牲層２４０の縁部を丸くし、平滑にするためにホトレジストがリフローされる。犠牲層２４０の外形が丸くなり、平滑にすることにより、この後により信頼性の高いエアブリッジを形成可能である。このリフロー工程は、第１の期間中に第１の温度から第２の温度へ温度を急上昇させる工程と、犠牲層２４０を、第１の期間中に第１の温度から第２の温度へ加熱する工程とを含むことができる。リフロー工程は、第１の期間後の第２の期間中に、第２の温度で犠牲層２４０をリフローすることにより継続可能である。一例を挙げると、ホトレジストを、約３０秒間に約１００℃から約１３０℃に加熱し、次に、ホトレジストを、約６０秒間約１３０℃で直ちにリフローすることができる。好適な実施形態の場合には、このリフロー工程では、深紫外線（ＤＵＶ）放射又は光を、使用しないか、又は使用を回避する。
【００１５】
次に、犠牲層２４０を新しい形状へと硬化させるために、犠牲層がベーキングされる。また、ベーキング工程により、犠牲層２４０のホトレジストが、以降の金属層成膜の際に、好適でない網目形状の形成が防止される。このベーキング工程は、第３の期間中に第３の温度から第４の温度へベーキング温度を急上昇させる工程と、犠牲層２４０を、第３の期間中に第３の温度から第４の温度へ加熱させる工程とを含み得る。ベーキング工程は、第４の期間中に第４の温度で犠牲層２４０をベーキングすることにより継続可能である。好適な実施形態の場合には、ベーキング工程の第３の温度は、リフロー工程の第２の温度と等しい。一例を挙げると、ホトレジストを、約３０秒間に約１３０℃から約１５０℃に加熱し、次に、ホトレジストを、約１８０秒間約１５０℃で直ちにベーキングすることができる。好適な実施形態の場合には、このベーキング工程では、深紫外線（ＤＵＶ）放射又は光を、使用しないか、又は使用を避ける。
【００１６】
図４について説明すると、層４６０及び層４６０の下に位置する層４５０は、エアブリッジの一部を形成するために、犠牲層２４０、基板１１０、及びデバイス１３０の上方に形成される。好適には、層４５０は導電バリア層であり、層４６０は好適には導電シード層である。また、好適な実施形態の場合には、層４５０の抵抗値は層４６０の抵抗値よりも高く、層４５０の剛性及び硬さは層４６０の剛性及び硬さよりも高い。
【００１７】
一例を挙げると、層４５０は、約１００〜２００ナノメートルの厚さにスパッタ成膜することができる。好適な実施形態の場合には、層４５０をスパッタ成膜する前に、スパッタ・エッチングを行わない。層４５０の厚さは好適には、以降のメッキ除去プロセス中に十分な電流を供給するために、１００〜１２０ナノメートルである。また、好適な実施形態の場合には層４５０は約１５０ナノメートルの厚さを有する。一例を挙げると、層４５０は、チタン、チタン・タングステン、窒化チタン・タングステン、又はこれらの層の任意の組合わせからなる。
【００１８】
層４６０は、層４５０上に、約５０〜２００ナノメートルの厚さにスパッタ成膜可能である。好適には、層４６０は、以降のメッキ・プロセスに対して適当なシード厚さにするために、少なくとも５０〜６０ナノメートルの厚さを有する。一例を挙げると、層４６０は金からなり得る。好適な実施形態の場合には、好適には層４５０及び４６０の成膜はリフローを行いながら、犠牲層２４０に関して上記したベーキング温度で行う。
【００１９】
次に、図５の場合には、メッキ・マスク５５５が、層４５０，４６０上に形成される。マスク５５５は、メッキ領域を形成するために、層４６０の一部を露出する。マスク５５５は、メッキする金属層の厚さよりも厚い。一例を挙げると、マスク５５５は、約３．５ミクロンの厚さを有し得る。マスク５５５は、層４５０及び４６０上にホトレジストの層をコーティングし、ホトレジストをソフトベーキングし、化学線照射のパターンでホトレジストを露出し、ホトレジストを現像することにより形成可能である。好適な実施形態の場合には、マスク５５５はＤＵＶ照射又は光に対して露出されない。さらに好適には、マスク５５５に対して露出工程と現像工程との間にベーキング工程を行わない。好適にはマスク５５５に対して現像工程後にハード・ベーキング工程又は硬化プロセスを行わない。マスク５５５を形成した後で、層４６０の露出した部分が除去される。
【００２０】
図６に示すように、層４５０上に導電層６６０がメッキされる。一例を挙げると、層６６０を約２．６ミクロンの厚さにメッキし得る。層６６０のメッキにより、エアブリッジのもう１つの部分が形成される。好適には層６６０は、上記の設計値による幅より広い幅を有する。層６６０は、図５の層４６０を有する。それ故、図６の層６６０は図５の層４６０と同一の材料からなる。
【００２１】
層６６０をメッキした後で、マスク５５５（図５）が除去される。次に、層４６０（図５）の露出した部分のメッキが除去され、次に、層４５０の露出した部分がエッチングにより除去される。好適な実施形態の場合には、層４５０のエッチングはエッチングの終点を検出するのが困難であるため、時間を決め、終点を指定しないで行う。また、好適な実施形態の場合には、層４５０のエッチングは層４５０のアンダーカットを最小限度まで低減するために、ウェットエッチングではなく、ドライエッチングで行われる。
【００２２】
次に図７を参照する。層６６０，４５０の下、及び層４５０と基板１１０との間の間隙７７０を形成するために犠牲層が除去される。一例を挙げると、カリフォルニア州サニーベール所在のエーゼット　クラリアント（ＡＺ　Ｃｌａｒｉａｎｔ）社が市販している、クイック（Ｋｗｉｋ）ストリップ化学薬剤により犠牲層を除去可能である。一例を挙げると、約９０℃の温度で約３０分間、クイックストリップ化学薬剤内に浸すことにより犠牲層を除去することができる。他の実施形態の場合には、犠牲層を除去するためにアセトンを使用可能である。好適な実施形態の場合には、犠牲層は層６６０をメッキした後、エアブリッジの以降の部分を形成する前に除去される。
【００２３】
次に、図８の場合には、電子部品１００は、エアブリッジの他の一部を形成している層８８０を有する。図８において、部材番号８９０がエアブリッジを示す。好適な実施形態の場合には、層８８０は電子部品１００の以降の処理、組立て、パッケージ及び処理作業中に、下の軟らかい層６６０内の掻き傷又は他の欠陥を防止する保護層である。それ故、層８８０の硬度は層６６０の硬度より高い。層８８０は、また、エアブリッジを強化する。それ故、層８８０は、層６６０よりも堅い。一例を挙げると、層８８０は、ポリイミド、二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコン・オキシニトライド、又はテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）などの電気絶縁材料からなり得る。従って好適には、層８８０の抵抗値は、層４５０，６６０の抵抗値より高い。他の実施形態の場合には、層８８０は導電性の層であってもよい。
【００２４】
層８８０の厚さは、層４５０、層４６０及び間隙７７０全体の厚さより薄い。間隙７７０の厚さは、図８の間隙７７０の高さ、又は層４５０と基板１１０の表面との間の距離である。好適な実施形態の場合には、層８８０の厚さは、層４５０及び６６０及び間隙７７０全体の厚さの約５０％、又は層６６０と間隙７７０全体の厚さより薄い。一例を挙げると、層８８０は、約８００ナノメートルの厚さを有し得る。層８８０は薄いため層８８０は間隙７７０を密封しない。好適な実施形態の場合には、間隙７７０は部分的にも層８８０により密封されない。
【００２５】
好適には、層８８０は、約３５０℃以下の低温で、また約１．５Ｔｏｒｒ以下の低圧で行われる化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスにより成膜する。これらの成膜パラメータは、層８８０に対して約０〜２００メガパスカル（ＭＰａ）のかなり低い圧縮応力レベルを提供し、そのため、エアブリッジは強化される。層８００の平均圧縮応力は約１００ＭＰａである。
【００２６】
ＣＶＤプロセスは好適には、ほぼ垂直、かつほぼ共形に層８８０を成膜する。成膜を垂直に行うことにより、エアブリッジの幅の中心部分がエアブリッジの上記設計値による幅を形成するエアブリッジの幅の中心又は中心部分の下に層８８０が形成されることを防止する。それ故、好適な実施形態の場合には、エアブリッジの設計幅部分は、エアブリッジの下に位置する層８８０の一部のどの部分とも重ならない。しかし、層８８０の一部は、エアブリッジの周縁部の下に設け得るが、好適には、エアブリッジの有意の部分はエアブリッジの下に位置する層８８０の一部とは重ならない。一例を挙げると、実際には、エアブリッジの幅の約３〜１０％の重なり部分は、エアブリッジの下に設けられる層８８０の一部と重なり得る。
【００２７】
次に、エッチング・マスク（図８に図示せず）が、層８８０の上方に形成される。好適な実施形態の場合には、各マスクは、層８８０の一部、層６６０及び４５０の側面、及びエアブリッジの下に位置する基板１１０の頂部面の一部を直接保護し、ネガではない、ポジのホトレジストからなる。一例を挙げると、エッチング・マスクは、約３．５ミクロンの厚さを有し得る。各マスクのホトレジストは化学線照射のパターンに対して露出され、現像され、ベーキング温度を急上昇させてソフトベーキングした層８８０上にコーティングされ得る。好適な実施形態の場合には、ホトレジストは、ＤＵＶ照射又は光に対して露出もされないし、露出又は現像後にベーキングも硬化も行われない。
【００２８】
ソフトベーキング工程は、室温の範囲内で、又はより高い圧力下で行われる。例えば、ホトレジストを第五の期間中、ある温度範囲に加熱することができる。一例を挙げると、電子部品１００を、約１２０℃の温度に加熱される加熱面より約１ミリ低く位置させることができる。次に、約９０秒以上、電子部品１００を直線速度で下降させて加熱面と接触させ得る。直後に、電子部品１００を１２０℃に維持されている加熱面と接触させながら、約５秒間ベーキング可能である。
【００２９】
次に、層８８０の露出面部分をエッチングして、下の接合パッドを露出させる。次に、エッチング・マスクが除去され、基板１１０を薄板化することができる。基板を薄くするプロセスは、電子部品１００を倒置して、サファイアから形成された支持ウエハ上に装着する工程、基板１１０の背面を機械的に研磨する工程、基板１１０の背面の湿式及び乾式エッチングを行う工程、及び支持ウエハから電子部品１００を離脱する工程を含むことができる。次に、基板１１０を鋸で切断して、基板１１０内又は上に形成された他の電子部品から１つの電子部品１００を分離し得る。次に、組立て及びパッケージ作業を行うために、電子部品１００を拾い上げて、リードフレーム上に載置し得る。パッケージ工程中に、エアブリッジの下の間隙７７０に空気又は他のガスを充填可能である。
【００３０】
図９は、図１〜図８を参照しながら説明した電子部品１００の製造方法のフローチャートである。製造方法９００の工程９１０において、基板が提供され、製造方法９００の工程９２０において、少なくとも一部が基板内に設けられた状態で半導体デバイスが形成される。次に工程９３０において、基板上に導電層が形成され、工程９４０において基板上に電気絶縁層が形成される。次に、製造方法９００の工程９５０において、犠牲層が電気絶縁層及び導電層上に形成される。好適な実施形態の場合には、工程９５０は、上記急激な温度リフロー工程及びベーキング工程を含む。その後、製造方法９００の工程９６０において、エアブリッジの一部を形成するために、導電バリア層が犠牲層上に形成される。好適な実施形態の場合には、工程９６０は、スパッタを蒸着する工程及び以降のバリア層のパターンを形成する工程を含む。次に、製造方法９００の工程９７０において、エアブリッジの他の部分を形成するために、導電層がバリア層上に形成される。好適な実施形態の場合には、工程９７０は、シード層をスパッタ蒸着する工程、メッキ層をメッキする工程、及び以降のシード層のパターンを形成する工程又はメッキを除去する工程を含む。次に、製造方法９００の工程９８０において、エアブリッジのさらにもう１つの部分を形成するために、保護層が導電層上に形成される。好適な実施形態の場合には、工程９８０は、保護層を蒸着する工程及び以降の保護層のパターンを形成する工程を含む。保護層のパターン形成工程は、保護層内にパターンを形成するために使用するホトレジストの温度を急激に変化させるソフトベーキング・工程を含む。次に、工程９９０において、基板が薄く削られ、組立てられ、半導体又は電子部品内にパッケージされる。
【００３１】
以上より本発明は、従来技術の欠点を克服する改良形の電子部品及び製造方法を提供する。実際、図１〜図８に示す電子部品１００の製造方法は、多くの明確ではない長所を提供する。例えば、エアブリッジの一部として層８８０（図８）を使用すると、エアブリッジ形成後の処理工程中にエアブリッジが保護される。また、好適には、層８８０は、層６６０と８８０（図８）の熱膨張係数の違いによるすべての問題を最小限度に低減するために、応力レベルが低いことが好適な。さらに、好適には、層８８０は、エアブリッジと下に位置する相互接続層間の寄生容量を最小限度に低減するために、エアブリッジの実質的な部分の下に設置しない。さらに、層８８０上の各マスクをソフトベーキングするために温度を急激に上昇すると、電子部品１００の製造歩留まりが改善される。さらに、層８８０上に位置する各マスクに対する露出後のベーキング、及び現像後のベーキングを行わないと、電子部品１００の製造歩留まりが改善される。本明細書に記載する電子部品の電気的試験により、エアブリッジの信頼性が高いこと、丈夫であることが分かった。
【００３２】
特定の実施形態を参照しながら、本発明を説明してきたが、当業者であれば本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに種々の変更を行うことができることを理解することができるだろう。例えば、材料の組成及び層の厚さなどの、本明細書に記載する多くの詳細な点は、本発明の理解を助けるためのものであって、本発明の範囲を制限するものではない。さらに、エアブリッジの金属部分の製造工程は、スパッタ及びメッキに限定されないで、蒸着又は任意の他の周知の技術を含むことができる。それ故、本発明の実施形態の開示は、本発明の範囲を説明するためのものであって、本発明を制限するものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってだけ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による多様な製造工程後における電子部品の一部を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態による多様な製造工程後における電子部品の一部を示す断面図。
【図３】本発明の一実施形態による多様な製造工程後における電子部品の一部を示す断面図。
【図４】本発明の一実施形態による多様な製造工程後における電子部品の一部を示す断面図。
【図５】本発明の一実施形態による多様な製造工程後における電子部品の一部を示す断面図。
【図６】本発明の一実施形態による多様な製造工程後における電子部品の一部を示す断面図。
【図７】本発明の一実施形態による多様な製造工程後における電子部品の一部を示す断面図。
【図８】本発明の一実施形態による多様な製造工程後における電子部品の一部を示す断面図。
【図９】本発明の一実施形態の電子部品の製造方法を示すフローチャート。
【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004514271.tif 000029
2004514271.tif 000030