DE4002352A1 - Verfahren zum herstellen von luftbruecken-metall-zwischenverbindern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Herstellung von Halbleitervorrichtungen und insbesondere auf ein Verfahren zum Anfertigen von Luftbrücken-Metall-Zwischenverbindern auf Halbleitervorrichtungen.

Luftbrücken-Metall-Zwischenverbinder werden in typischer Weise bei Gallium-Arsen-Metall-Vorrichtungen angewendet, und zwar bei integrierten Schaltungen für Höchstfrequenzen oder Mikrowellen. Gallium-Arsen-Metall-Vorrichtungen werden in Hochfrequenzanwendungen eingesetzt. Die Brauchbarkeit von integrierten Schaltungen für die Hochfrequenz ist signifikant eingeschränkt, wenn hohe Streukapazitäten auftreten. Die Luftbrückentechnologie reduziert solche Streukapazitäten und gestattet es damit integrierten Schaltungen für die Hochfrequenz, und zwar höher als 1 GHz, mit geringeren Verlusten und einer höheren Ausbeute zu arbeiten als dies mit integrierten Schaltungen möglich ist, die nicht nach der Luftbrückenmethode hergestellt wurden. Ein Luftbrücken-Metall-Zwischenverbinder zeichnet sich in der Regel dadurch aus, daß die typische dieletkrische Schicht durch Luft ersetzt ist. Ein Nitridoxid als eine dielektrische Schicht zu benutzen, ist bei Hochfrequenzvorrichtungen nicht akzeptabel, da die hohen Streukapazitaten von Nitrid oder Oxid zu unvertretbar hohen Verlusten und einer niedrigen Ausbeute führen.

In der Vergangenheit wurden Luftbrücken durch Anbringen einer unteren Fotoresist-Schicht auf der Oberfläche eines Vorrichtungsbauteils hergestellt. Darauffolgend wurde die untere Fotoresistschicht gemustert, ehe eine dünne Metallgrundebene auf diese Oberfläche aufgedampft wurde. Danach wurde eine weitere Fotoresistschicht auf die Metallgrundebene aufgebracht und gemustert. Eine dicke Schicht aus Metall ist dann in die Öffnungen der oberen Fotoresistschicht elektroplatiert worden. Beim Entfernen der oberen Fotoresistschicht trat jedoch dann ein Problem auf, weil der Entwickler oder das Lösungsmittel zum Entfernen der oberen Fotoresistschicht auch die untere Fotorestistschicht über die Seitenbereiche des Bauteiles und durch die dünne Metallgrundebene auflöste. Das Metall der Grundebene, das typischerweise aus Titan und Gold bestand, wird dann mit Flußsäure und einer Technistrip genannten, auf einem Cyanid basierenden Säure entfernt. Flußsäure ist ein Ätzmittel für Titanium; jedoch ätzt sie auch Nitrid. Aus diesem Grund wird jedes Nitrid auf der darunterliegenden Vorrichtungsoberfläche ebenfalls geätzt, sofern es in der unteren Fotoresistschicht Bereiche gibt, die aufgelöst sind. Die auf einem Cyanid basierende Säure ätzt Gold; jedoch wird auch anderes Gold auf dem darunterliegenden Vorrichtungsbauteil geätzt. Dies führt zu einer geringen Ausbeute an fehlerlosen Halbleitervorrichtungen. Aus diesem Grund besteht ein Bedarf zur Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen von Luftbrücken-Metall-Zwischenverbindern, bei denen das darunterliegende Halbleiter-Vorrichtungsbauteil nicht beeinflußt wird.

Ein solches Verfahren benutzt einen Ionen-Fräs-Prozeß zum Entfernen der oberen Fotoresistschicht und des grundebenen Metalls. Das Ionenfräsen ätzt nur in der vertikalen Richtung und greift deshalb die untere Fotoresistschicht durch die Seitenbereiche nicht an. Das Anwenden eines Ionen-Fräs-Prozesses ist zwar sehr effektiv; jedoch ist es teurer als die Verwendung von Lösungsmitteln und flüssigen Ätzmitteln zum Entfernen der oberen Fotoresistschicht und des grundebenen Metalls. Zusätzlich kann ein Ionen-Fräs-Prozeß potentiell Metallrückstände auf der Platte zurücklassen. Andere Verfahren zum Herstellen von Luftbrücken-Metall-Zwischenverbindern verwenden eine Fotoresistabhebetechnik. Solche Abhebetechniken haben jedoch keine ausreichende Anwendbarkeit für dicke Metalle. Es besteht deshalb der Bedarf, zum Erhöhen des Ausstoßes andere Methoden als die Abhebetechniken zu finden.

Es liegt auf der Hand, daß es vorteilhaft wäre, ein Verfahren zum Herstellen von Luftbrücken-Metall-Zwischenverbindern mit einem erhöhten Prozeßausstoß zu schaffen.

Konsequenterweise ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Luftbrücken-Metall-Zwischenverbindern anzugeben, mit dem stabile Luftbrückenstrukturen erzeugbar sind.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen von Luftbrücken-Zwischenverbindern, bei dem die darunterliegenden Vorrichtungsstrukturen nicht geätzt oder angeätzt werden.

Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Methode zum Herstellen von Luftbrücken-Zwischenverbindern, die eine große Prozeßanwendungsbreite hat und es ermöglicht, höhere Ausstoßzahlen an einwandfreien Vorrichtungen für die Herstellung von Hochfrequenzvorrichtungen zu erreichen.

Erfindungsgemäß werden die vorgenannten und weiteren Ziele und Vorteile mit einem Verfahren zum Herstellen eines Luftbrucken-Metall-Zwischenverbinders erreicht, bei dem zwei Fotoresiste verwendet werden, die unterschiedliche Löslichkeitscharakteristika besitzen. Eine erste Fotoresistschicht wird auf ein Halbleitervorrichtungs-Bauteil aufgebracht und danach gemustert. Auf der Oberfläche der ersten Fotoresistschicht und auf dem Vorrichtungsbauteil wird dann eine Metallgrundebene geformt. Eine von der ersten Fotoresistschicht unterschiedliche zweite Fotoresistschicht wird dann aufgebracht und gemustert. Darauffolgend wird auf der freiliegenden Metallgrundebene ein metallischer Zwischenverbinder geformt. Die zweite Fotoresistschicht wird entfernt, ohne die erste Fotoresistschicht aufzulösen, da diese eine andere Löslichkeitscharakteristik hat. Die Metallgrundebene wird dann naß geätzt, ohne den daruntertliegenden Halbleiterbauteil zu ätzen. Auf diese Weise werden stabile Metallzwischenverbindungsschichten mit hohen Ausstoßzahlen gebildet.

Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1-7 vergrößerte Querschnittsan­ sichten eines Abschnitts einer Halbleiterstruktur, um die ver­ schiedenen Schritte bei der Ent­ wicklung zu verdeutlichen.

Aus Fig. 1 ist eine Halbleitervorrichtungsstruktur während eines Zwischenschrittes im Herstellungsverfahren ersichtlich. Die Vorrichtungsstruktur 10 besteht aus einem Substrat 11, auf dessen Oberfläche ein Polymer 12 in einem Muster aufgebracht ist. Das Substrat 11 ist eine integrierte Schaltungsstruktur bei den Endschritten seiner Herstellung. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Polymer 12 einen positive Fotoresistschicht. Der Begriff "positive Fotoresistschicht" wird hier nur im Hinblick auf eine einwandfreie Definition verwendet. Es ist durchaus möglich, auch eine negative Fotoresistschicht zu verwenden. Im vorliegenden Fall ist eine positive Fotoresistschicht der Bezeichnung S 2400-33 verwendet, die von der Firma Shipley Company erhältlich ist. Die Dicke der Fotoresistschicht 12 bestimmt den Abstand des Luftbrücken-Metall-Zwischenverbinders, der geformt werden soll. Im vorliegenden Fall wird eine Dicke von annähernd 2 bis 3 Mikron verwendet.

Fig. 2 verdeutlicht die Bauteilstruktur 10 gemäß Fig. 1 mit einer metallischen Grundebene 13, die auf der Oberfläche geformt ist. Die metallische Grundebene 13 kann mit passenden und bekannten Techniken geformt werden, wie z.B. durch Aufdampfen oder Zerstäuben oder dgl. Die metallische Grundebene 13 besteht zweckmäßigerweise aus einer Titanschicht und einer Goldschicht. Das Titan stellt eine gute Haftung an der Oberfläche des Halbleitersubstrates 11 her. Das Gold ist ein guter Leiter. Die Gesamtdicke der metallischen Grundebene 13 ist mit annähernd 800 Angström gezeigt. Es können jedoch auch andere Dicken eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt die Vorrichtungsstruktur 10 von Fig. 2 mit einem zweiten Polymer 15, das auf die Oberfläche des Substrates 11 aufgebracht und gemustert ist, um Abschnitte der metallischen Grundebene 13 freizulassen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Polymer 15 ebenfalls eine positive Fotoresistschicht. Die Fotoresistschicht 15 muß andere Löslichkeitscharakterstika haben als die Fotoresistschicht 12. Zum Entfernen der Fotoresistschicht 15 werden passende Lösungsmittel oder Entwicklerlösungen benutzt, die jedoch nicht in der Lage sind, irgendeinen Abschnitt der Fotoresistschicht 12 zu entfernen. Beispielsweise ist eine solche Fotoresistschicht 15, die eine andere Löslichkeitscharakteristika hat als die Fotoresistschicht 12 ein positiver Fotorresist, der unter der Bezeichnung AZ 43 30 von der American Hoechst Corporation vertrieben wird. Die Dicke der Fotoresistschicht 15 wird durch die Dicke der in Fig. 4 gezeigten Metallschicht 16 bestimmt. Beispielshalber ist die Dicke der Fotoresistschicht 15 mit annähernd 3 Mikron gezeigt.

Fig. 4 verdeutlicht die Vorrichtungsstruktur 10 der Fig. 3 mit der auf die freiliegende Oberfläche der metallischen Grundebene 13 aufgebrachten Metallschicht 16. Die Metallschicht 16 ist zweckmäßigerweise auf die freiliegenden Abschnitte der Metallgrundebene 13 durch Elektroplatieren aufgebracht. Die Metallschicht 16 kann aus Gold oder aus einem anderen Metall gebildet sein, das ein guter Leiter ist. Die Dicke der Metallschicht 16 wird durch den Anwendungszweck der Halbleitervorrichtung 10 bestimmt. Für Anwendungsfälle mit niedrigeren Frequenzen hat die Metallschicht 16 eine Dicke von ca. 3 Mikron.

Fig. 5 verdeutlicht die Vorrichtungsstruktur 10 von Fig. 4 mit der bereits entfernten Fotoresistschicht 15. Die Fotoresistschicht 15 wurde mit einem passenden Entwickler oder Lösungsmittel entfernt. Beispielsweise ist ein Entwickler mit dem Namen Microposit verwendet, der von der Firma Shipley Company erhältlich ist, und der benutzt wurde, die Fotoresistschicht 15 zu entfernen, ohne die Fotoresistschicht 12 anzugreifen.

In Fig. 6 ist die Vorrichtungsstruktur 10 gezeigt, bei der ein freiliegender Abschnitt der Metallgrundebene 13 entfernt ist. Die Grundebene 13 ist zweckmäßigerweise mit einem nassen Ätzmittel entfernt. Die Goldschicht in der Grundebene 13 kann mit einer auf Cyanid basierenden Säure entfernt sein, die unter dem Namen Technistrip bekannt ist. Das Titan kann hingegen in Flußsäure entfernt werden. Erfindungsgemäß sind weder die Flußsäure noch die auf Cyanid basierende Säure in der Lage, die Oberfläche des Substrates 11 anzugreifen, da die Fotoresistschicht 12 voll intakt blieb. Andere Ätzmittel können ebenfalls verwendet werden, ohne die Oberfläche des Substrates 11 anzugreifen.

Fig. 7 zeigt die Vorrichtungsstruktur 10 von Fig. 6, nachdem die Fotoresistschicht 12 entfernt ist. Die Fotoresistschicht 12 kann durch die Verwendung eines passenden Entwicklers oder Lösungsmittels entfernt sein. Beispielsweise kann Aceton verwendet werden, um die Fotoresistschicht 12 zu entfernen.

Was schließlich entsteht, ist ein stabiler Luftbrücken-Metall-Zwischenverbinder, der aus den Metallschichten 13 und 16 besteht und mit hohem Ausstoß und hoher Festigkeit hergestellt wird. Der Luftbrücken-Zwischenverbinder ist in der gezeigten Ausführung in der Lage, einen Kontakt an der Oberfläche des Substrates in zwei Stellen herzustellen, wobei der Zwischenraum zwischen den Kontakten Luft ist, anstelle der typischen dielektrischen Schichten wie Nitrid oder Oxid. Die Länge des Luftbrücken-Metall-Zwischenverbinders beträgt typischerweise ca. 150 Mikrons. Damit wird eine sehr geringe Streukapazität gewährleistet, was die Brauchbarkeit der Halbleitervorrichtung verbessert.

Mit dem vorbeschriebenen Verfahren ist es möglich, Luftbrücken-Metall-Zwischenverbinder großer Stabilität, hoher Festigkeit und mit großer Ausstoßzahl herzustellen, die in integrierten Schaltungen für Hochfrequenzanwendungen brauchbar sind.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen eines Luftbrücken-Metall-Zwischenverbinders, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Anordnen eines Halbleitersubstrates;
Aufbringen eines ersten Polymers auf das Substrat;
Mustern des ersten Polymers zur Schaffung von darin liegenden Öffnungen;
Formen einer ersten Metallschicht auf dem ersten Polymer und auf dem Substrat durch die Öffnungen des ersten Polymers;
Aufbringen eines zweiten Polymers auf die erste Metallschicht, wobei das zweite Polymer eine andere Löslichkeitscharakteristik hat als das erste Polymer;
Mustern des zweiten Polymers, um darin Öffnungen zu schaffen;
Formen einer zweiten Schicht aus Metall auf einem Abschnitt der ersten Metallschicht durch die Öffnungen des zweiten Polymers;
Entfernen des zweiten Polymers mit einer Lösung, die das erste Polymer nicht aufzulösen in der Lage ist;
Entfernen der ersten Metallschicht, jedoch nicht unterhalb der zweiten Metallschicht; und;
Entfernen des ersten Polymers, um dabei den Luftbrücken-Metall-Zwischenverbinder zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Polymer eine Dicke von ca. 2 bis 3 Mikron besitzt, die die Dicke des Luftbrücken-Metall-Zwischenverbinders bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung zum Entfernen des zweiten Polymers ein Entwickler ist, der das erste Polymer nicht entfernt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Losung zum Entfernen des zweiten Polymers eine Lösung ist, die das erste Polymer nicht entfernt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht aus Titan und Gold besteht und eine Gesamtdicke von ca. 800 Angström hat, und daß die zweite Metallschicht aus Gold besteht und eine Dicke von ca. 3 Mikron besitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Polymer positive Fotoresistschichten sind.