JP5578012B2 - エアブリッジの製造方法 - Google Patents
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Description
半導体素子が形成された基板の上において、エアブリッジの下方に位置すべき構成を覆うように、前記エアブリッジ下方の空間が伸びる方向である幅方向の幅および前記エアブリッジが前記基板上において前記エアブリッジの下方に位置すべき前記構成を跨ぐ方向である長さ方向の第1の長さを有する第1スペーサ層を設ける第1スペーサ工程と、
前記第1スペーサ層の上に、前記第1スペーサ層の前記第1の長さよりも小さい第2の長さを有する第2スペーサ層を、当該第1スペーサ層と当該第2スペーサ層の積層構造の前記エアブリッジの前記幅方向に見た断面形状が段状となるように設ける第2スペーサ工程と、
前記積層構造を変形させる熱処理を行うことなく、前記構成を跨ぐ立体的な配線を形成するように前記エアブリッジを形成するための導電性材料の層を前記段状の形状の前記積層構造の上に積層するエアブリッジ材料積層工程と、
前記エアブリッジを形成する前記導電性材料を設けた後、前記段状の形状の前記積層構造を除去するスペーサ除去工程と、
を有し、
前記第1スペーサ層よりも前記第2スペーサ層のほうが薄いことを特徴とする。
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1にかかるエアブリッジ10の構成を示す図である。図1は、基板2に設けられたエアブリッジ10を奥行方向に見た図であり、基板2およびエアブリッジ10の断面形状を示す図である。エアブリッジ10は図1に示す如く紙面左右対称の形状である。エアブリッジ10は、図1の断面が図1の紙面貫通方向に連続的に延びた構造を有している。実施の形態1では、エアブリッジ10を形成するためのエアブリッジ形成用導電性材料としてAu(金)を用いるものとする。
となる。これより、容量C=2πε/(log r2/r1)となる。2πε=24.1、r1=8um、r2=14umあるいはr2=20umを代入し、比を取ればおおよそ0.6倍となる。
以下、図3乃至9を用いて、本発明の実施の形態1にかかるエアブリッジの製造方法を説明する。この実施の形態1にかかるエアブリッジの製造方法により、エアブリッジ10を製造することができる。
特に、実施の形態1では、エアブリッジの下方に位置すべきトランジスタ素子20の活性領域全体を覆うように(具体的には、図2に示したように、ドレイン24とソース26を覆うように)、レジスト層100をパターニングする。
実施の形態1においては、レジスト層102についての露光現像を、レジスト層102がレジスト層100の上にレジスト層100の寸法Wよりも小さい寸法W2となるように、レジスト層100とレジスト層102の積層構造のエアブリッジの長さ方向についての断面形状が段状となるように、行うものとする。なお、実施の形態1では、この露光現像の工程において、エアブリッジ10の幅方向の寸法Lについてはエアブリッジ材料積層工程においてエアブリッジ10を形成する材料の層106と同じ位置となるように、レジスト層102をパターニングする。パターニング後、レジスト層102の上にレジスト層104を塗布する。
なお、これ以降は、各種の半導体装置の製造工程に従って最終工程(パッケージ等)までの一連の製造工程が進められる。
図13乃至15は、実施の形態1の効果を説明するための比較例を示す図である。図13は、矩形状のエアブリッジ510を示している。このような矩形状(直方形状)では、上部から下方にかかる力が曲げモーメント(たわみ)やせん断力としてかかる。これに対し、エアブリッジ10はよりアーチ形状に近い断面形状を有している。アーチ形状に近い断面形状を有するエアブリッジ10では、上部から下方にかかる力が圧縮力としてブリッジ端まで力が加わるようになるため、上部からの力を横方向に分散させることができる。
実施の形態1では、トランジスタ素子20を跨ぐようにエアブリッジ10を製造した。しかしながら本発明はこのようなエアブリッジ構造に限られるものではない。実施の形態1にかかるトランジスタ素子20は、電界効果トランジスタ(FET)以外の様々な構成に変更されることができる。すなわち、本発明においてエアブリッジ10の下方に位置すべき構成は、種々の半導体能動素子(FET以外のトランジスタや、ダイオードを含む)や、受動素子、あるいは配線であってもよい。この受動素子は、例えば、エアブリッジをMIM(Metal Insulation Metal)キャパシタと配線の接続用に用いた場合におけるMIMキャパシタの一部でもよい。配線の場合は、基板2表面において、橋脚部12a直下と橋脚部12b直下のそれぞれの位置に、配線が延びていてもよい。
HBTは、エミッタ電極、ベース電極、コレクタ電極の3端子で構成されている。例えば、InP系HBTのコレクタ電極材料には、AuGe/Ni/Auが使われる。この電極材料をInP半導体と馴染ませる(熱処理)ことにより、電流を流しやすくなる特性(オーミック特性)が得られる。このオーミック特性の付与により、電極に電圧を印加したとき、電流が半導体能動素子に流れるようになる。
しかし、熱処理のパラメータ(熱処理時間や温度)が過剰になりすぎると馴染みすぎてしまい、反対に特性の悪化(例えば、十分な増幅作用が得られないなど)を招く。このことから、最適な熱処理パラメータの範囲を超えるような加熱などの熱処理プロセスは、半導体能動素子の信頼性を悪化させる可能性がある。
以上のことから、InP系HBTについてコレクタ電極を形成した後にエアブリッジを形成するというプロセスを踏む場合、コレクタ電極形成時には最適なオーミック特性が得られていたのにエアブリッジ形成時の熱処理によって多少なりとも特性が悪化する、という事態が発生するおそれがある。この点、本実施形態によれば、そのような事後的なオーミック特性の変化を避けつつ、被覆面積の大きなエアブリッジを製造することができる。
例えば、特開平10−065006号公報あるいは特開2008−270617号公報などに記載されているような、曲線形状を有する断面構造を作製する場合、レジストを塗布し加熱(例えば、300℃以下の所定温度)を行い、レジストを曲面形状、半球形状などに形成することで曲線形状のエアブリッジを得る。
エアブリッジを製造する際に用いるレジスト(スペーサ材料)の決定の際に、加熱変形を前提とする場合には、そうでない場合と比較してレジストの材料選択の幅が不可避的に狭まる。これに対し、実施の形態1にかかるエアブリッジの製造方法によれば、レジストの熱変形の温度によらないため、レジスト材料の選択の自由度つまりスペーサ材料の選択の自由度が高い。
図10は、本発明の実施の形態2にかかるエアブリッジの製造方法を説明するために示す模式図である。実施の形態2にかかるエアブリッジ310は、実施の形態1にかかるエアブリッジ10と同様の構成を備えるのに加えて、ひさし部312、314を有している。なお、図10では便宜上エアブリッジ310の内表面の段状の凹凸(段差)は図示を省略している。また、図10ではエアブリッジ310の下方の構成は詳細に図示していないが、実施の形態2にかかるエアブリッジ310の下方の構成も実施の形態1又は実施の形態1の変形例と同様の構成であるものとする。
図11および図12は、本発明の実施の形態3にかかるエアブリッジの構成を説明するための図である。本発明の実施の形態3にかかるエアブリッジ410は、図11に示すように、エアブリッジ10と同様の構成に対して、外表面にリブ412を備えている。また、図12は、エアブリッジ410の変形例を示す図である。図12にかかる変形例では、図11とは異なり、内表面にリブ414を備えている。これらのリブにより、エアブリッジ410の強度を高めることができる。
実施の形態3についても、実施の形態1にかかるエアブリッジの製造方法の発明のほか、「エアブリッジにリブを設ける」という技術的思想が含まれている。実施の形態3についても、上記と同様に、この後者の技術的思想を、実施の形態1にかかる構成とは別に、単独で、実施しても良い。すなわち、実施の形態1で述べたエアブリッジ以外のエアブリッジ(従来技術も含む)に対して、リブ412、414を形成してもよい。
10、310、410、510、512 エアブリッジ
12a 橋脚部
12b 橋脚部
20 トランジスタ素子
22 ゲート
24 ドレイン
26 ソース
100、102、104 レジスト層
106 エアブリッジ形成材料の層
312、314 ひさし部
412、414 リブ
530 剥き出しのトランジスタ領域
550 エアブリッジ
Claims (13)
- 半導体素子が形成された基板の上において、エアブリッジの下方に位置すべき構成を覆うように、前記エアブリッジ下方の空間が伸びる方向である幅方向の幅および前記エアブリッジが前記基板上において前記エアブリッジの下方に位置すべき前記構成を跨ぐ方向である長さ方向の第1の長さを有する第1スペーサ層を設ける第1スペーサ工程と、
前記第1スペーサ層の上に、前記第1スペーサ層の前記第1の長さよりも小さい第2の長さを有する第2スペーサ層を、当該第1スペーサ層と当該第2スペーサ層の積層構造の前記エアブリッジの前記幅方向に見た断面形状が段状となるように設ける第2スペーサ工程と、
前記積層構造を変形させる熱処理を行うことなく、前記構成を跨ぐ立体的な配線を形成するように前記エアブリッジを形成するための導電性材料の層を前記段状の形状の前記積層構造の上に積層するエアブリッジ材料積層工程と、
前記エアブリッジを形成する前記導電性材料を設けた後、前記段状の形状の前記積層構造を除去するスペーサ除去工程と、
を有し、
前記第1スペーサ層よりも前記第2スペーサ層のほうが薄いことを特徴とするエアブリッジの製造方法。 - 前記エアブリッジの下方に位置すべき前記構成が、前記半導体素子を含むことを特徴とする請求項1記載のエアブリッジの製造方法。
- 前記半導体素子は、コレクタ電極を有するトランジスタを含み、前記コレクタ電極と前記トランジスタの半導体材料とのオーミック特性を調節するための熱処理を経て形成されたものであることを特徴とする請求項1または2に記載のエアブリッジの製造方法。
- 前記トランジスタは、InP系ヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項3に記載エアブリッジの製造方法。
- 前記エアブリッジの下方に位置すべき前記構成が、前記半導体素子を含み、
前記第1スペーサ層は、前記半導体素子の活性領域全体を覆い、
前記エアブリッジの前記長さ方向に見たときに、前記第2スペーサ層の寸法は、前記第1スペーサ層よりも小さく、
前記エアブリッジの前記幅方向に見たときに、前記第2スペーサ層の寸法は、前記エアブリッジ材料積層工程における前記導電性材料の層の寸法以上であり、
前記エアブリッジ材料積層工程で形成される前記導電性材料の層は、前記活性領域全体を覆う程度の面積を有し、開口の無い連続した表面を有し、かつ前記第1スペーサ層と前記第2スペーサ層の前記積層構造上に形成されることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載のエアブリッジの製造方法。 - 前記第2スペーサ層は、前記長さ方向の寸法が前記第1スペーサ層から上の層ほど小さくなり、かつ前記第1スペーサ層から上の層ほど薄い層となるように形成された複数の層からなることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項記載のエアブリッジの製造方法。
- 前記エアブリッジ材料積層工程は、前記第1スペーサ層および前記第2スペーサ層の前記積層構造における前記エアブリッジの前記幅方向に沿う方向の少なくとも一端について、前記エアブリッジの開口断面積を相対的に大きくするように当該一端の縁部を形成する縁部形成工程を含むことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項記載のエアブリッジの製造方法。
- 前記縁部形成工程は、
前記エアブリッジにおける前記少なくとも一端の開口断面積が前記エアブリッジの中央部の開口断面積よりも大きくなるように、前記積層構造における前記少なくとも一端の側の端部を、前記積層構造の中央部よりも幅広に又は/および高くすることを特徴とする請求項7に記載のエアブリッジの製造方法。 - 前記縁部形成工程は、前記第1スペーサ層および前記第2スペーサ層の前記積層構造における前記エアブリッジの前記幅方向の両端の開口断面積を、前記エアブリッジの前記幅方向の中央部における開口断面積よりも大きくするように当該両端の縁部を形成することを特徴とする請求項7または8に記載のエアブリッジの製造方法。
- 前記スペーサ除去工程は、
前記第1スペーサ層および前記第2スペーサ層を除去するための除去剤を前記第1スペーサ層と前記第2スペーサ層の前記積層構造に供給する工程と、
前記除去剤の供給の際に前記基板を当該エアブリッジの前記幅方向に振る工程と、
を含むことを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載のエアブリッジの製造方法。 - 前記第1スペーサ工程および前記第2スペーサ工程は、フォトレジストを前記第1スペーサ層および前記第2スペーサ層の材料として用いることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のエアブリッジの製造方法。
- 前記エアブリッジにおける前記基板と接続する部分にリブを設ける工程を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のエアブリッジの製造方法。
- 請求項1〜12のいずれか1項にかかるエアブリッジの製造方法によりエアブリッジを製造する工程を有する半導体装置の製造方法。
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