CN111063657B - 一种用于大电流的空气桥及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于大电流的空气桥及制作方法，其中方法包括如下步骤：在衬底上涂布桥墩光阻，在待做空气桥的桥墩处进行显影；在桥墩光阻上制作起始金属层；涂布桥面光阻，在桥墩和桥面处进行显影，并保留桥面上待做孔的位置上的桥面光阻；沉积空气桥金属到桥墩和桥面处，然后去除桥面光阻，空气桥金属上形成有孔；蚀刻孔内的起始金属层，使孔连通桥墩光阻。通过孔洞处蚀刻空气桥下的桥墩光阻，使得桥梁下的桥墩光阻可有效去除，进而可以加宽空气桥的宽度，使得空气桥可以具备负载大电流，并减少金属的用量，使得生产成本降低；其次制程时间及化学溶剂的用量，减少耗材的消耗及提升生产效率；再者可提高产品的良率及可靠度。

Description

一种用于大电流的空气桥及制作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件及集成电路制造工艺技术领域，尤其涉及一种用于大电流的空气桥及制作方法。
背景技术
空气桥是在MMIC(单片微波集成电路)中的一种高速互连技术，将两接点相连并横跨其他线路，相当于一种立交桥，如图1所示。为避免绕线导致电阻及功耗增加，其利用介电常数较低的空气作为电介质，大幅度地减少互连交叉处的单位寄生电容，有利于提高器件的频率特性，同时减少了器件面积，节约制造成本。为使空气桥成为具弧度的拱桥，光刻胶成形后须经过烘烤，这也使得光刻胶较难去除。当空气桥设计用于较大的电流通过时，需选择增加桥梁截面积。若选择增加金属厚度则增加成本；而选择增加宽度，由于桥梁底部的光刻胶(牺牲层)不易去除，并且在工艺流程中无法进行非破坏性检测，所设计的桥梁宽度因此受限，若光刻胶残留将导致产品的良率及可靠度降低。
发明内容
为此，需要提供一种用于大电流的空气桥及制作方法，解决光刻胶不易去除，使得空气桥的宽度受限的问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种用于大电流的空气桥的制作方法，包括如下步骤：
在衬底上涂布桥墩光阻，在待做空气桥的桥墩处进行显影，去除桥墩处的桥墩光阻；
溅镀金属，在桥墩和桥面处形成起始金属层；
涂布桥面光阻，在桥墩和桥面处进行显影，并保留桥面上待做孔的位置上的桥面光阻；
沉积空气桥金属到桥墩和桥面处，然后去除桥面光阻，空气桥金属上形成有孔，孔的底部为起始金属层；
蚀刻孔内的起始金属层，使孔连通桥墩光阻，然后通过孔湿法蚀刻去除桥墩光阻，形成空气桥。
进一步地，所述孔的数量为多个，所述孔均匀排布在所述空气桥金属上。
进一步地，两个所述孔之间的距离小于所述桥墩光阻的蚀刻距离的两倍；或者：所述孔与所述空气桥金属的边界之间的距离小于所述桥墩光阻的蚀刻距离的两倍；或者：所述孔与所述空气桥的桥墩的中点之间的距离小于所述桥墩光阻的蚀刻距离。
进一步地，还包括如下步骤：
对显影后的桥墩光阻进行烘烤，桥墩光阻定义空气桥的桥墩形状。
本发明提供了一种用于大电流的空气桥，所述空气桥由上述任意一项所述的用于大电流的空气桥的制作方法制得。
本发明提供了一种用于大电流的空气桥，包括空气桥金属和起始金属层，所述起始金属层作为空气桥的底结构层，所述空气桥金属在所述起始金属层上，所述空气桥金属作为空气桥的主体部分，所述空气桥上设置有贯穿空气桥的孔。
区别于现有技术，上述技术方案在空气桥上制作孔，增加溶液与桥墩光阻的接触区域，通过孔洞处蚀刻空气桥下的桥墩光阻，使得桥梁下的桥墩光阻可有效得去除，进而可以加宽空气桥的宽度，使得空气桥可以具备负载大电流，并减少金属的用量，使得生产成本降低；其次制程时间及化学溶剂的用量，减少耗材的消耗及提升生产效率；再者可提高产品的良率及可靠度。
附图说明
图1为背景技术所述空气桥的结构示意图；
图2为本发明所述空气桥的制作工艺流程图；
图3为本发明涂布桥墩光阻的剖面结构示意图；
图4为本发明图形化桥墩光阻的剖面结构示意图；
图5为本发明烘烤桥墩光阻的剖面结构示意图；
图6为本发明制作起始金属层的剖面结构示意图；
图7为本发明图形化桥面光阻的剖面结构示意图；
图8为本发明制作空气桥金属的剖面结构示意图；
图9为本发明去除桥面光阻的剖面结构示意图；
图10为本发明去除孔内的起始金属层的剖面结构示意图；
图11为本发明去除桥墩光阻的剖面结构示意图；
图12为本发明所述桥墩光阻的蚀刻距离的结构示意图；
图13为本发明所述孔的位置侧视图；
图14为本发明所述孔的位置俯视图；
附图标记说明：
1、衬底；
2、连接点；
3、桥墩光阻；
4、起始金属层；
5、桥面光阻；
6、空气桥金属；
7、孔。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图2至图14，本实施例提供了一种用于大电流的空气桥的制作方法，本制作方法可以在半导体器件上进行制作，半导体器件如晶圆或者衬底1等，本制作方法以衬底1为例，空气桥可以实现连接两个已经制备好的连接点2。包括如下步骤：在衬底上1涂布桥墩光阻3，然后图形化桥墩光阻3，即在待做空气桥的桥墩处进行曝光与显影，去除桥墩处的桥墩光阻3，对应图2中的工艺步骤S101和S103。请参阅图3和图4，具体的，可以使用步进式光刻机对待做空气桥的桥墩处进行曝光，而后对其进行显影，显影后桥梁下的桥墩光阻3作为牺牲层材料。桥墩处的桥墩光阻3去除后，对显影后的桥墩光阻3进行烘烤，此步骤对应图2中的工艺步骤S103，请参阅图5。由于桥墩光阻3定义空气桥的桥梁和桥墩形状，烘烤与休整使桥墩光阻3形成拱形或者平板形的形状，使得制作的空气桥可以为拱形的空气桥或者平板形的空气桥，图5给出的是拱形将桥墩光阻3烘烤形成拱形的形状。
然后在桥墩光阻上制作起始金属层4，此步骤对应图2中的工艺步骤S104。请参阅图6，可以采用溅镀、蒸镀或者电镀的方式镀上金属，在桥墩和桥面处(空气桥区域)形成起始金属层4。起始金属层4作为空气桥的底结构层，起始金属层4选用低电阻率的金属材料，与器件电极的金属粘附性稳定、坚固、易于腐蚀。
然后涂布桥面光阻5与图形化桥面光阻5，此步骤对应图2中的工艺步骤S105。请参阅图7、图8和图9，对桥墩和桥面处的桥面光阻5进行显影，去除桥墩和桥面上的桥面光阻，但保留桥面上待做孔7的位置上的桥面光阻5。接着沉积金属到桥墩和桥面处，此步骤对应图2中的工艺步骤S106。具体的，可以使用电镀机电镀上金属，在桥墩和桥面处形成空气桥金属6，空气桥金属6作为空气桥的主体部分并搭在起始金属层4上。空气桥金属6制作完毕后，去除所有的桥面光阻5，此步骤对应图2中的工艺步骤S107。保留桥面上待做孔7的位置上的桥面光阻5去除后，空气桥金属6上形成有孔7，孔7的底部为起始金属层4。
在后续的过程中，需要进一步蚀刻空气桥上孔7内的起始金属层4，使孔7连通桥墩光阻，便于后续桥墩光阻的清理，此步骤对应图2中的工艺步骤S108。请参阅图10，具体的，可以涂布一层光阻，然后对孔7的区域进行曝光显影，使得要蚀刻孔7内的起始金属层4的区域开口，而后以光阻为掩模蚀刻孔7内的起始金属层4至桥墩光阻3，蚀刻的方式可以是干法蚀刻(等离子刻蚀、反应离子刻蚀)或者湿法蚀刻，最后使孔7连通桥墩光阻3。
孔7暴露出桥墩光阻3后，可以从孔7的位置进行湿法蚀刻去除桥墩光阻3，此步骤对应图2中的工艺步骤S109。请参阅图11，具体的，先对孔7的区域光刻图形化，即对孔7的区域进行曝光显影，使得孔7的区域开口，保留孔7区域外的光阻作为掩模，而后将衬底1放入化学腐蚀液中进行腐蚀。首先这种去除桥墩光阻3的方式比传统从空气桥的两侧去除桥墩光阻3的方式更加高效且彻底；进而可以加宽桥梁的宽度，使得空气桥可以具备负载大电流，并减少金属的用量，使得生产成本降低；其次制程时间及化学溶剂的用量，减少耗材的消耗及提升生产效率；再者桥墩光阻的去除可提高产品的良率及可靠度。
在某些实施例中，制孔7的步骤可以在制作空气桥金属6完毕后再进行，而后在空气桥金属6上开始制作连通空气桥下的桥墩光阻3的孔7，具体步骤为，在空气桥金属6上涂布光阻，图形化光阻，即曝光显影使得要制孔7的部位开口，随后以光阻为掩模蚀刻空气桥金属6和起始金属层至桥墩光阻3，形成孔7。
由于桥墩光阻3位于桥底，在湿法刻蚀过程中，越深入缝隙中的桥墩光阻3越难去除，与桥墩光阻3反应后的化学腐蚀液不易代谢出来，新的化学腐蚀液也不易进入缝隙进行反应。因此在空气桥上制作适量的孔7，增加化学腐蚀液与桥墩光阻3的接触区域。请参阅图12、图13和图14，孔7的位置分布如下：桥墩光阻3的蚀刻距离x为桥墩光阻3可去除干净的距离(可以为一段预设时间内桥墩光阻在光阻蚀刻液中能蚀刻的距离)，即残留的桥墩光阻3与空气桥的边界之间的距离；孔7与孔7之间的距离为y1；孔7与空气桥的边界之间的距离为y2；孔7与空气桥的桥墩的中点之间的距离为y3。深入缝隙中的桥墩光阻3难以去除，因此在桥墩光阻3的蚀刻距离x的限制下，优选的，孔7与孔7之间的距离y1小于桥墩光阻3的蚀刻距离x的两倍，即y1＜2x，可以保证两个孔7之间的桥墩光阻3在两个孔7为中心的蚀刻范围内；优选的，孔7与空气桥的边界之间的距离y2小于桥墩光阻3的蚀刻距离x的两倍，即y2＜2x，可以保证孔与空气桥的边界之间的桥墩光阻3去除干净；孔7与空气桥的桥墩的中点之间的距离y3小于桥墩光阻3的蚀刻距离x，即y3＜x，也可以保证孔7与空气桥的桥墩的中点之间的桥墩光阻3去除干净。
其中空气桥通过的电流可通过的截面以最小截面积计算之，即扣除孔洞宽度后的空气桥的截面积，在有效地清除桥墩光阻的前提下，加宽空气桥的宽度，且不增加金属厚度及成本，使得空气桥可以具备负载大电流。
本发明提供了一种用于大电流的空气桥，所述空气桥由本制作方法任意一项所述的用于大电流的空气桥的制作方法制得。
本发明提供了一种用于大电流的空气桥，请参阅图11、图12、图13和图14，包括空气桥金属6和起始金属层4，所述起始金属层4作为空气桥的底结构层，所述空气桥金属6在所述起始金属层4上，所述空气桥金属6作为空气桥的主体部分，所述空气桥上设置有贯穿空气桥的孔7。所述空气桥通过起始金属层4连接衬底1上两个连接点2。
首先这种带孔7结构的空气桥可以通过在孔7的位置去除制程过程中的空气桥下的桥墩光阻，此种方式比传统从空气桥的两侧去除桥墩光阻的方式更加高效且彻底；进而可以加宽桥梁的宽度，使得空气桥可以具备负载大电流，并减少金属的用量，使得生产成本降低；其次制程时间及化学溶剂的用量，减少耗材的消耗及提升生产效率；再者桥墩光阻的去除可提高产品的良率及可靠度。
其中空气桥通过的电流可通过的截面以最小截面积计算之，即扣除孔洞宽度的空气桥的截面积，在有效地清除桥墩光阻的前提下，加宽空气桥的宽度，且不增加金属厚度及成本，使得空气桥可以具备负载大电流。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于大电流的空气桥的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
在衬底上涂布桥墩光阻，在待做空气桥的桥墩处进行显影，去除桥墩处的桥墩光阻；对显影后的桥墩光阻进行烘烤，形成弧形桥墩光阻，桥墩光阻定义空气桥的桥梁和桥墩的形状；
溅镀金属，在桥墩和桥面处形成起始金属层；
涂布桥面光阻，在桥墩和桥面处进行显影，并保留桥面上待做孔的位置上的桥面光阻；
沉积空气桥金属到桥墩和桥面处，然后去除桥面光阻，空气桥金属上形成有孔，孔的底部为起始金属层；
蚀刻孔内的起始金属层，使孔连通桥墩光阻，然后通过孔湿法蚀刻去除桥墩光阻，形成空气桥；
所述孔的数量为多个，所述孔均匀排布在所述空气桥金属上；两个所述孔之间的距离小于所述桥墩光阻的蚀刻距离的两倍；或者：所述孔与所述空气桥金属的边界之间的距离小于所述桥墩光阻的蚀刻距离的两倍；或者：所述孔与所述空气桥的桥墩的中点之间的距离小于所述桥墩光阻的蚀刻距离。
2.一种用于大电流的空气桥，其特征在于，所述空气桥由权利要求1所述的用于大电流的空气桥的制作方法制得。
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