TW550636B - Semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents

Description

550636 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） I：發明戶斤屬之技術領域3 相關申請案之交叉參考 本申請案係根據並主張2001年三月30所提出之曰本 5 專利申請案第2001-101442號的優先權，其中内容於此併 入本案以為參考資料。 發明領域 本發明係有關於一種半導體元件以及其之製造方法， 特定言之，其係較佳地應用在使用一砷化鎵（GaAs)基板或 10 類似物的一種高頻合成半導體元件。 I：先前技術3 相關技藝之說明 傳統地*當構成在半導體基板上的金屬電半導體場效 應電晶體（MESFETs)之線路或類似元件係為連接時，就用 15 於連接大體上係構成在相同表面上之線路的方法而言，特 別地，所提出的是一種構成空氣橋接線路的方法。 在第5圖中係顯示具有空氣橋接構造的一種半導體元 件的實例。 於此，一電路區域其中複數之金屬電半導體場效應電 20 晶體（MESFET)s(具有一源極102、一汲極103以及一伸出 形狀的閘極104)大體上係配置在與構成之半導體基板101 同平面，相鄰之金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)s的 源極102係藉由空氣橋接線路105而互相連接，以及一中 空部分107係構成在空氣橋接線路105與位在空氣橋接線 5 550636 玖、發明說明 路105下方金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)s的組成 元件之間。 友卫氣橋接構造之製備降低了線路（在此例中係為源 ° )]的寄生電谷，因此在向頻區域可獲得低噪音與高 '曰里的特ϋ。因此，空氣橋接構造可較佳地應用在需要一 鬲頻特性的一種合成半導體元件上。 在具有如第5圖中所示之空氣橋接構造的半導體元件 中為了優先職予高頻特性而使空氣橋接線路1 〇5暴露。 然而，在測量製造半導體晶片之不同的特性中，當受 1〇刮傷時，例如，一金屬塵或類似物係易於發生，假設金屬 塵在aa圓加工之後黏附在空氣橋接線路上，將導致如不良 連接或切斷般之故障。 為了抑制上述的故障發生並且改良元件的可靠性，在 構成如第5圖中所示之複數的不同線路與類似元件後，如 第6圖中所示，需構成一厚的空氣橋接防護薄膜！ 〇6，以 覆蓋包括空氣橋接線路1〇5的整個表面。 然而，於此例中，存在著一問題，即，介於線路間的 邛伤被埋入在δ亥空氣橋接防護薄膜中電路區域之線路圖 案呈饴集的區域内，即使該部分係於該線路之間；或儘管 20構成厚的空氣橋接防護薄膜，亦未並埋入電路區域之線路 圖案呈稀疏的區域中。 特別地，如第5及6圖中所示，在構造之形狀相對複 雜的例子中，例如，閘極1〇4之一伸出的形狀係構成在電 路區域中，該空氣橋接防護薄膜的膜厚在覆蓋構造的一部 6 550636 玖、發明說明 份中變得不足，導致整個空氣橋接防護薄膜的膜厚變得不 均勻。 換言之，因為空氣橋接防護薄膜之膜厚的成長係根據 電路區域中構造的圖案而變化，控制膜厚變得困難，有時 5無法確保空氣橋接防護薄膜之精確度，且無法製造高精確 度的兀件，如此一來，導致一欲獲得所期望之高頻特性係 甚為困難的問題。 就以上所述，目前，儘管採用一空氣橋接構造以實現 一南頻元件，但形成防護薄膜以防止如空氣橋接線路之不 1〇良連接及切斷等問題，將會導致損害高頻的特性。 【明内】 發明之概要說.明^ 本發明係考量上述的問題而作成，且本發明之目的在 於提供-種半導體元件及其製造方法，其係採用一種空氣 15橋接的結構，而能夠確實地防止如空氣橋接線路之不良連 接或切斷等問題，俾實現元件之高頻特性及可確保其高可 靠性。 基於透徹的研究，以下將說明發明人所思考的發明形 式。 2〇 树明標的之半導體元件，係-在半導體基板上構成 具有多數線路的電路區域所組成者，其係於電路區域中配 置一空氣橋接裝置以在線路間與預定的線路作電氣連接， 並構成一空氣橋接防護薄膜以覆蓋空氣橋接裝置，且電路 區域中空氣橋接裝置的至少一較低部分係覆蓋未形成有空 7 玖、發明說明 氣橋接防護薄膜的一區域。 本發明之半導體元件的另一構造係包含：一半導體美 板；1路區域，係配置在半導體基板上並具有複數的線 二氣橋接裝置，係在電路區域中的線路間與預定的 線路作電氣連接；以及一空氣橋接防護薄膜，係僅覆蓋該 空氣橋接裝置。 根據本發明之一製造半導體元件的方法，其係包括以 下步驟’即··構成一防護圖案，其形狀可覆蓋半導體基板 上的預定區域’並使其一端之一空氣橋接部位暴露；構成 -傳導性薄膜’以覆蓋該防護圖案；加工該料性 係依該防護圖案之形狀構成與該空氣橋接部位連接之空氣 橋接線路；構成-絕緣薄膜，以覆蓋該傳導性薄膜；加工 该絕緣薄膜’以構成—具有預定形狀的空氣橋接防護薄膜 ’並覆蓋該空氣橋接線路；及，移除防護圖案以於空氣 橋接線路與預定的區域間構成—令空部分。 本發明之製造半導體元件之方法的另一組成方式係包 括以下步驟：構成-防護圖案，其形狀可覆蓋在位於—半 導體基板上的預定區域，並使其一端之一空氣橋接部位暴 露:構成-傳導性薄膜’以覆蓋該防護圖案；構成一絕緣 薄膜’以覆蓋該傳導性镜胺. ^ 溥胰，加工該絕緣薄膜及該傳導性 薄膜’以使空氣橋接線路與空氣橋接部位以防護圖案之形 狀連π並形成-覆盍該空氣橋接線路之空氣橋接防護膜 ，·及，移除防護圖案，以於处* Α人 :工乳橋接線路與預定的區域間 構成一中空部分。 550636 玖、發明說明 圖式之簡要說明 第1A至1D圖為概略的橫截面視圖，顯示根據本發明 之第一具體實施例中用於製造一金屬電半導體場效應電晶 體（MESFET)之方法的步驟順序； 5 第2A至2C圖為概略的橫截面視圖，顯示依第一具體 實施例中用以製造一金屬電半導體場效應電晶體（MESFET) 之方法的步驟順序，並接替第ID圖； 第3A至3C圖係概略的橫截面視圖，顯示依第二具體 實施例中用以製造一金屬電半導體場效應電晶體（MESFET) 10 之方法的步驟順序； 第4A及4B圖為概略的橫截面視圖，顯示根據第二具 體實施例中用以製造一金屬電半導體場效應電晶體 (MESFET)之方法的步驟順序，並接替第3C圖； 第5圖為概略的橫截面視圖，顯示具有傳統的空氣橋 15 接構造之金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)的一實例； 以及 第6圖為概略的橫截面視圖，顯示具有傳統的空氣橋 接構造之金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)的另一實例 20 【實施方式】 較佳具體實施例之詳細說明 以下參照圖式，說明本發明所應用之較佳具體實施例 〇 第一具體實施例 9 550636 玖、發明說明 於此具體實施例中，具有高頻特性的一金屬電半導體 場效應電晶體（MESFET)其係使用如砷化鎵（GaAs)基板或類 似元件的一種合成的半導體元件，並對其加以說明以作為 例示。為了方便起見，此後金屬電半導體場效應電晶體 5 (MESFET)之組成元件係連同用以製造該元件之方法一起說 明之。 第1A至1D圖及第2A至2C圖為概略的橫截面視圖 ，顯示用於製造此具體實施例之金屬電半導體場效應電晶 體（MESFET)的方法之步驟順序。 10 為了製造此金屬電半導體場效應電晶體(MESFET)，首 先將各種結構構成在一半導體基板上。 特別地，如第1A圖中所示，金屬電半導體場效應電 晶體（MESFET)的一源極2、一汲極3、一閘極4，一未顯 示的電容器、電阻器以及類似元件係被圖案化在一半導體 15 基板1(如砷化鎵（GaAs)基板）上，以構成一電路區域11。 於此，因元件係製成較精細，故閘極4被構成呈伸出的形 狀，以實現電極之低電阻。 其次，一絕緣材料係以膜厚約50nm程度被沈積在包 括電路區域11之金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)的 20 整個表面上，以構成一薄的表面防護薄膜5。表面防護薄 膜5可確保位在包括電路區域11之半導體基板1上每一構 造的最小抗濕氣能力。之後，位於連結後述之空氣橋接線 路的部位上之表面防護薄膜5(此例中為源極2)，係藉微影 成像術及後續的乾蝕刻法而去除，而構成一開孔6以使源 10 550636 玖、發明說明 極2之部分表面暴露。 接著’構成一防護圖案以覆蓋電路區域11之一預定區 域。 特別地，如第1B圖中所示，抗蝕劑係施用在半導體 5 基板1上並被圖案化，以構成一防護圖案7，該防護圖案7 之形狀可至少覆蓋電路區域11中組成複雜之結構，即，此 例中的伸出狀閘極4以及汲極3。於此，需構成防護圖案7 ’使源極2暴露以作為與位在其端部之部分連接的空氣橋 接裝置。 10 接著，構成一空氣橋接構造。 特別地’首先在半導體基板1上構成金質的金屬薄膜 12 ’以覆蓋防護圖案7，如第1C圖所示。 於此’金屬薄膜12係藉電鍍法構成於金屬（一待電鍍 之物件）上，並藉一從濺鍍法、蒸汽沈積法以及其類似方法 15中選出之適當方法而成長。 接著，如第1D圖所示，金屬薄膜12係藉由微影成像 術及後續的乾蝕刻法圖案化以構成空氣橋接線路8,並經 由開孔6與成對之源極2做電性連接，而在半導體基板上 構成金質線路9。 2〇 接著，構成一覆蓋空氣橋接線路的空氣橋接防護薄膜 ,以防止線路發生不良的連接、切斷以及類似的情況。 特別如第2A圖所示，首先，藉化學氣體沈積（CVD)法 並以lOOnm或更厚之膜厚在半導體基板i上沈積氮化矽 (S^N)或類似原料製成的絕緣薄膜13，以覆蓋空氣橋接線路 11 550636 玖、發明說明 8以及金質線路9。 接著，如第2B圖所示，將-抗钱劑塗佈在絕緣薄膜 13上，並藉微影成像術處理抗蝕劑，而留在覆蓋空氣橋接 線路8表面的一區域及覆蓋金質線路9表面的一區域上， 5 而構成一抗餘劑圖案14。 接著，藉作為光罩用之抗蝕劑圖案14乾蝕刻絕緣薄膜 13，而構成一覆蓋空氣橋接線路8表面之空氣橋接防護薄 膜21，以及一覆蓋金質線路9表面之線路防護薄膜22。 再者，移除抗蝕劑圖案14後，如第2C圖所示，實行 10使用臭氧電漿之灰化處理，以藉蝕刻將防護圖案7選擇性 地去除。此時，在空氣橋接線路8及電路區域u間構成一 中空部分23，且該電路區域11及已被防護圖案7覆蓋之 區域係處在僅有表面防護薄膜5覆蓋該結構之狀態。 金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)係經由上述的步 15 驟完成。 如同上述說明，根據此具體實施例，採用空氣橋接構 造以降低線路間以及至閘極的寄生電容，可實現具有高頻 特性的金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)。此外，由於 空氣橋接線路8被厚的空氣橋接防護薄膜21牢固地覆蓋及 20防護，而可防止因外在物質（如灰塵）的附著而造成的不同 故障（如線路短路）或是因裂隙而發生損壞。再者，空氣橋 接防瘦薄膜21至J並未在電路區域11中結構組成複雜者 之部分上形成，即，此例中的伸出狀閘極4與汲極3，因 此可製成膜厚均句之空氣橋接防護薄膜21，而能夠如期望 12 550636 玖、發明說明 地控制膜厚並確保金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)之 極高可靠性。 第二具體實施例 此具體實施例中，具有一空氣橋接構造的一金屬電半 5 導體場效應電晶體（MESFET)係如第一具體實施例中的一實 例，但在製造步驟上稍有不同。 第3A至3C圖及第4A及4B圖為概略的橫截面視圖 ，顯示用於製造此具體實施例之金屬電半導體場效應電晶 體（MESFET)之方法的步驟順序。 10 為了製造此金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)，首 先將各種結構構成在一半導體基板上。 特別地，如第3A圖所示，金屬電半導體場效應電晶 體（MESFET)的一源極2、一汲極3、一閘極4，一未顯示 的電容器、電阻器及類似元件係在一半導體基板1(如砷化 15 鎵（GaAs)基板）上被圖案化，以構成一電路區域11。於此， 因為元件製成較精細，閘極4係構成呈一伸出的形狀，以 實現電極之低電阻。 再者，一絕緣材料係以約50 nm之膜厚沈積在包括電 路區域11之金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)的整個 20 表面上，以構成一薄的表面防護薄膜5。表面防護薄膜5 可確保位在包括電路區域11之半導體基板1上每一構造的 最小的抗濕氣能力。於是，位於與後述之空氣橋接線路（此 例中為源極2)連接之部分上的表面防護薄膜5係藉微影成 像術及後續的乾蝕刻法被去除，而構成一開孔6，以使源 13 550636 坎、發明說明 極2表面的一部分暴露。 接著’構成一防護圖幸， 、 文間系以覆盍電路區域11之預定區 域0 抗韻劑被塗佈在半導 符別地，如第3B圖中所示 :土板1上並被圖案化，以構成一防護圖案7,該圖案之 心狀可至少覆盍在該等電路區域u中結構組成複雜之部分 上，即，此例中的伸出狀間極4及沒極3。於此，需構成 防4圖案7以使源極2暴露’以作為與其端部之-部分連 接的空氣橋接裝置。 10 之後’空氣橋接防護薄膜形成一空氣橋接結構並覆蓋 空氣橋接線路，以防止線路發生不良的連接、切斷及類似 狀況。 特別地，如第3C圖所示，首先在半導體基板丨上形 成金質的金屬薄膜12，以覆蓋防護圖案7。 15 於此，金屬薄膜12係藉電鍍法構成於金屬（一待電鍍 之物件）上，並藉一從濺鍍法、蒸汽沈積法以及其類似方法 中選出之適當方法而成長。 接者藉化學氣體沈積（CVD)法並以lOOnm或更厚之 膜厚沈積氮化矽（SiN)或類似原料製成的絕緣薄膜13，以覆 20蓋金屬薄膜12。 接著’如第4A圖所示，將一抗餘劑塗佈在絕緣薄膜 13上’並且藉微影成像術處理抗蝕劑，而使抗蝕劑以空氣 橋接線路之形狀及金質線路之形狀留存，而構成一抗蝕劑 圖案31。 14 550636 玖、發明說明 著x抗姓劑圖案31作為光罩而乾蝕刻該絕緣薄膜 13以及金屬薄膜12，以構成空氣橋接線路8,並經開孔6 而與成對的源極2電性連接，並在半導體基板上構成金質 線路9。此時，可藉乾關構成一覆蓋空氣橋接線路8表 5面之空氣橋接防護薄膜21，及-覆蓋金質線路9表面之線 路防濩薄膜22，而形成線路8及9。 再者，在抗蝕劑圖案31移除後，如第4B圖所示，實 仃使用臭氧電漿之灰化處理而藉蝕刻將防護圖案7選擇性 地去除。此時，-中空部分23形成在空氣橋接線路8及電 10路區域11間，且電路區域n及—被防護圖案7覆蓋之區 域係處在僅表面防護薄膜5覆蓋該結構之狀態。 金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)係經上述步驟而 完成。 如同上述說明，根據此具體實施例，採用空氣橋接構 15造以降低線路間及至閘極的寄生電容，因此可實現具有高 頻特性的金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)。此外，由 於空氣橋接線路8被厚的空氣橋接防護薄膜21牢固地覆蓋 及防濩，故可防止因外在物質（如灰塵）之附著而造成的不 同問題（如線路短路）或是因裂隙而發生的損壞。再者，空 20氣橋接防護薄膜21至少並未形成在電路區域n中該等構 造間組成複雜者上，即，此例中的伸出狀閘極4與汲極3 ，因此可製成膜厚均勻的空氣橋接防護薄膜21，而能夠如 所期望地控制薄膜厚度並確保金屬電半導體場效應電晶體 (MESFET)之高度可靠性。 15 550636 玖、發明說明 再者，空氣橋接線路8(金質線路9)以及空氣橋接防護 薄膜21(線路防護薄膜22)係於利用同一防蝕劑圖案31的 步驟中被圖案化，而能夠簡化步驟並減少步驟數。 附帶地，儘管金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)在 5 第一與第二具體實施例中被解釋為半導體元件的一實例， 但本發明並不限於此，而可應用在多種半導體元件上，如 ，一高電子遷移率電晶體（HEMT)及其類似元件。 根據本發明，採用空氣橋接結構可防止如空氣橋接線 路之不良連接、切斷以及短路等問題，俾實現高頻特性同 10 時確保元件之高度可靠性。 【圖式簡單說明】 第1A至1D圖為概略的橫截面視圖，顯示根據本發明 之第一具體實施例中用於製造一金屬電半導體場效應電晶 體（MESFET)之方法的步驟順序； 15 第2A至2C圖為概略的橫截面視圖，顯示依第一具體 實施例中用以製造一金屬電半導體場效應電晶體（MESFET) 之方法的步驟順序，並接替第ID圖； 第3A至3C圖係概略的橫截面視圖，顯示依第二具體 實施例中用以製造一金屬電半導體場效應電晶體（MESFET) 20 之方法的步驟順序； 第4A及4B圖為概略的橫截面視圖，顯示根據第二具 體實施例中用以製造一金屬電半導體場效應電晶體 (MESFET)之方法的步驟順序，並接替第3C圖； 第5圖為概略的橫截面視圖，顯示具有傳統的空氣橋 16 550636 玖、發明說明 接構造之金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)的一實例； 以及 第6圖為概略的橫截面視圖，顯示具有傳統的空氣橋 接構造之金屬電半導體場效應電晶體（MESFET)的另一實例 〇 【圖式之主要元件代表符號表】 1…半導體基板 31...抗#劑圖案 2…源極 101...半導體基板 3…沒極 102···源極 4...閘極 103···沒極 5...防護薄膜 104…閘極 6…開孔 105...空氣橋接線路 7...防護圖案 106…防護薄膜 8…空氣橋接線路 107…中空部分 9...金質線路 11...電路區域 12…金屬薄膜 13…絕緣薄膜 14...抗#劑圖案 21…空氣橋接防護薄膜 22…線路防護薄膜 23...中空部分 17

Claims (1)

1. 550636 拾、申請專利範圍 1· 一種用於製造半導體元件的方法’其係包括以下步驟 構成一防護圖案，其形狀可覆蓋一半導體基板上 的預定區域，並使與位在其一端部之部分連接的一空 氣橋接裝置暴露出； 構成一傳導性薄膜，覆蓋該防護圖案； 構成一絕緣薄膜，覆蓋該傳導性薄膜； 10 加工該絕緣薄膜以及傳導性薄膜，以構成空氣橋 接線路，該線路係依該防護圖案之形狀，並構成一覆 蓋該空氣橋接線路之空氣橋接防護薄膜；以及 移除該防護圖案’以在該空氣橋接線路與該預定 的區域間構成一中空部分。 2.如申請專利第丨項之製造半導體元件的方法，其中 15 位於該半導體基板上的該預定區域係—具有複數線路 的電路區域，且 的一對線路 該空氣橋接連接部分為該電路區域中 3. 如申請專利範圍第2項之製造半導體—的方法，直中 §亥電路區域包括-伸出形狀的電極。 20 4. 如申請專利範圍第丨 導體兀件的方法，其更 包括以下的步驟： 構成一較該空氣橋接 4 4膜為4的表面防護薄 在構成該防護圖案之前覆蓋該預定的區域。 5. 如申請專利範圍第i項之製造半導體元件的方法，其中 18 550636 拾、申請專利箪泡圍 該預定的區域以及該处名i 二礼橋接連接部分大體上係構成 在相同的平面上。 6. —種用於製造半導體元 的方法其係包括以下的步 驟： 構成一防護圖案，其形狀可覆蓋-半導體基板上 的一預定區域，並使與位在其一端部之部分連接的一 空氣橋接裝置暴露出； 構成-傳導性薄膜，覆蓋該防護圖案； ίο 加工傳導性薄膜，以構成空氣橋接線路，並與依 防護圖案之形狀的部分連接； 構成一絕緣薄膜，覆蓋該傳導性薄膜； 加工該絕緣薄膜，用以構成具有—預定形狀的空 氣橋接防護薄膜以覆蓋該空氣橋接線路；以及 15 移除該防護圖案，用以在該空氣橋接線路與該預 疋的£域間構成一中空部分。 7. 如申請專利範圍第6項之製造半導體元件的方法，其位 於該半導體基板上的該預定區域係一具有複數之線路 的電路區域，且 20 該空氣橋接連接部分為在該電路區域中的一對線 路0 8·如申請專利範圍第7項之製造半導體元件的方法，其中 該電路區域包括一呈伸出形狀的電極。 9.如申請專利範圍第6項之製造半導體元件的方法，其進 一步包括以下的步驟： 19 550636 拾、申請專利範圍 構成一較該空氣橋接防護薄膜為薄的表面防護薄 膜’並在構成該防護圖案之前覆蓋該預定的區域。 ίο·如申請專利範圍第6項之製造半導體元件的方法，其中 該預定的區域以及該空氣橋接連接部分大體上係構成 在相同的平面上。 11· 一種半導體元件，其具有複數線路的電路區域係構成 在半導體基板上；其在該電路區域中配置一空氣橋 接裝置’以在線路間與預定的線路作電氣連接，並構 成覆蓋5亥空氣橋接裝置之空氣橋接防護薄膜，且該 10 電路區域中至少該空氣橋接防之較低部位係一未形成 覆蓋有該空氣橋接防護膜之區域。 12.如申請專利範圍第丨丨項之半導體元件，其中該空氣橋 接線路係連接大體上係構成在與其相同的平面上的該 線路。 15 I3·如申請專利範圍第11項之半導體元件，其令該電路區 域包括一伸出形狀的電極。 14.如申請專利範圍第11項之半導體元件，其構成一較該 工氣橋接防護薄膜為薄的表面防護薄膜並覆蓋該電路 區域。 20 I5· 一種半導體元件，其係包括·· 一半導體基板； 一電路區域’其係配置在該半導體基板上並具有 複數之線路； 空氣橋接裝置’其係與該電路區域内之該等線 20 550636 拾、申請專利範圍 路_之預定線路作電性連接；以及 一空氣橋接防護薄膜，其僅覆蓋該空氣橋接裝置 〇 16. 如申請專利範圍第15項之半導體元件，其中該空氣橋 接線路連接至大體上係構成在與其相同的平面上的該 等線路。 17. 如申請專利範圍第15項之半導體元件，其中該電路區 域包括一呈伸出形狀的電極。 1S.如申請專利範圍第B項之半導體元件，其係形成有一 較该空氣橋接防護薄膜為薄並覆蓋該電路區域的表面 防護薄膜。 21