DE3886329T2

DE3886329T2 - Halbleiteranordnung mit Luftbrücken-Verbindungen.

Info

Publication number: DE3886329T2
Application number: DE3886329T
Authority: DE
Inventors: Yasumi C O Nec Corpo Kurashima
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-09-24
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2008-09-14
Also published as: JPS6481343A; DE3886329D1; EP0309805A1; US4916520A; EP0309805B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung und insbesondere eine darin enthaltene Luftbrückenverbindung.
Allgemein wird die Signalausbreitungszeitdauer in hohem Maße durch den Widerstand des Übertragungsweges und die Kapazität, die für den Übertragungsweg gilt, bestimmt. Deshalb wurden zur Verringerungen des Widerstandes oder der Kapazität Anstrengungen in Forschung und Entwicklung unternommen, um eine integrierte Halbleiterschaltung zu realisieren, die bei einer extrem hohen Geschwindigkeit arbeitet. Eine der Lösungen zur Reduzierung der für den Signal- Übertragungsweg geltenden Kapazität ist es, Luftbrückenmetallisierungen zu benutzen, wie sie in "A HIGH-YIELD GaAs MSI DIGITAL IC PROCESS", IEDM ("; Seiten 162 bis 165 beschrieben werden.
Eine typische Verfahrensfolge für die Herstellung einer Luftbrückenmetallisierung ist in den Fign. 1A bis 1D veranschaulicht. Wenn in einem Halbleitersubstrat 1 aktive Flächen für Transistorenkomponenten (nicht gezeigt), und erste Niveauverbindungen (nicht gezeigt) erzeugt wurden, überzieht ein erster Zwischenniveau-Isolationsfilm 2 die Oberfläche des Halbleitersubstrates 1. Auf dem ersten Zwischenniveau-Isolationsfilm 2 wird ein leitendes Material aufgebracht, welches geätzt und strukturiert wird, um zweite Niveauverbindungen 3, 4 und 5 zu bilden. Für die elektrische Isolation der zweiten Niveauverbindungen 3 und 5 wird auf die zweiten Niveauverbindungen 3, 4 und 5 ein zweiter Zwischenniveau-Isolationsfilm 6 aufgebracht, und dann werden in dem zweiten Zwischenniveau-Isolationsfilm 6 Kontaktfenster 7 und 8 hergestellt, um die Deckfläche der zweiten Niveauverbindungen 3 beziehungsweise 5 teilweise freizulegen. Die sich in diesem Stadium ergebende Struktur wird in Fig. 1A gezeigt.
Anschließend wird auf dein zweiten Zwischenniveau-Isolationsfilm 6 ein zeitweiliger Pfeiler 9 aus Polyimid ausgebildet, wie in Fig. 1B gezeigt wird, und es wird unter Verwendung einer Beschichtungstechnik ein leitendes Material aus Gold aufgebracht, um einen Leitungsstreifen zu erzeugen, der als dritte Niveauverbindung 10 dient und mit der Deckfläche der Struktur formgleich ist. Die dritte Niveauverbindung 10 ist mit ihrem einen Ende mit der zweiten Niveauverbindung 3 und mit ihrem anderen Ende mit der zweiten Niveauverbindung 5 verbunden, wie in Fig. 1C gezeigt wird, und folglich ist die zweite Niveauverbindung 3 dann über die dritte Niveauverbindung 10 elektrisch mit der zweiten Niveauverbindung 5 verbunden.
Schließlich wird der zeitweilige Pfeiler 9 unter Verwendung einer isotropen Ätztechnik entfernt, so daß die dritte Niveauverbindung 10 durch einen Zwischenraum von dem zweiten Zwischenniveau-Isolationsfilm 6 getrennt ist und sich zwischen der dritten Niveauverbindung 10 und dem zweiten Zwischenniveau-Isolationsfilm 6 ein Hohlraum 11 bildet. Dies führt dazu, daß die dritte Niveauverbindung 10 eine Luftbrückenverbindung wird.
Der zentrale Teil der dritten Niveauverbindung 10 besitzt keinen physischen Kontakt mit dem zweiten Zwischenniveau- Isolationsfilm 6, so daß die parasitäre Kapazität entscheidend verringert wird. Ein Problem haftet jedoch der Halbleiteranordnung mit Luftbrückenverbindungen nach dem Stand der Technik an, daß nämlich einige Luftbrückenverbindungen dazu neigen, während des Wafertrennverfahrens zu zerbrechen. Nachdem nämlich eine elastische Scheibe mit dem Wafer verbunden wurde, wird der Wafer mit einer Gummirolle feingeschliffen, um die Markierungslinien zu vertiefen, und dann wird die elastische Scheibe gedehnt, um die Halbleiterchips zu trennen. Wenn der Wafer aus Galliumarsenid besteht, besitzt der Wafer nach dem Polieren der Rückseite des Wafers wegen der Sprödigkeit eine Dicke von etwa 350 Mikrometern. Dann wird der Schleifschritt zur vollständigen Trennung ausgeführt. Im Ergebnis wird die Luftbrückenverbindung infolge des Schleifens einer Druckkraft unterworfen. Dies führt infolge der Trennung zu einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit, und infolge des physischen Kontaktes mit dem zweiten Zwischenniveau-Isolationsfilm 6 zu einem Anstieg der parasitären Kapazität. Der Grund, warum einige Luftbrückenverbindungen zerbrochen werden ist der, daß sich die Kraft auf den zentralen Teil der Luftbrückenverbindung 10 konzentriert, weil der zentrale Teil einige Mikrometer höher als die anderen Teile ist.
Die US-A-43 08 090 offenbart eine Halbleiteranordnung entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2. Die bekannte Anordnung besitzt eine Leiterbahn 7, die sowohl auf den Verbindungen 10 und 11 als auch auf den Pfeiler 20 aufliegt. Die Verbindungen 10 und 11 werden auf den Leiterzügen 3 und 6 so gestaltet, daß sich leitende Wege zwischen der Leiterbahn 7 und den Leiterzügen 3 und 6 ergeben. Der Pfeiler 20 wird jedoch auf einem Auflageteil 1 ausgebildet, und das Auflageteil 1 liegt niedriger als die Leiterzüge 3 und 6, weil die Leiterzüge 3 und 6 auf dem Auflageteil 1 aufgebracht sind. Ein derartiger Pfeiler 20 auf dem Auflageteil 1 muß höher sein als die Verbindungen 10 und 11, und es ist nicht einfach, einen höheren Pfeiler zu erzeugen, dessen Deckfläche mit der Deckfläche der Verbindungen 10 und 11 auf gleicher Höhe liegt. Wenn die Deckflächen nicht auf gleicher Höhe liegen, geht die Leiterbahn 7 viel leichter zu Bruch.
Es ist deshalb eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiteranordnung mit Luftbrückenverbindungen bereitzustellen, welche während des Wafertrennverfahrens kaum zerbrochen werden können.
Diese Aufgaben werden durch die Anordnungen erfüllt, wie sie in den Ansprüchen 1 und 2 definiert werden.
Vorzugsweise bildet die dritte Niedrigniveauverbindung eine Signalleitung, und die erste und zweite Niedrigniveauverbindungen und die Hochniveauverbindung stellen eine Versorgungsleitung dar, wie zum Beispiel eine VEE-Leitung, eine VEE-Leitung oder eine Masseleitung, welche in den meisten Realisierungen breiter als die Signalleitung sind. Die Niedrigniveauverbindung kann aus einer Titanschicht auf dem Isolationsfilm, einer Platinschicht auf der Titanschicht und einer Goldschicht auf der Titanschicht zusammengesetzt sein, und die Hochniveauverbindung kann mit Hilfe einer Beschichtungstechologie aus Gold hergestellt werden. Die Pfeiler werden aus Polyimid hergestellt.
Die Merkmale und Vorteile der Halbleiteranordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1A bis 1D Schnittansichten darstellen, die eine typische Prozeßfolge für die Erzeugung der Luftbrückenverbindung zeigen;
Fig. 2A, 2C, 2E 2G und 2I Draufsichten darstellen, die eine Prozeßfolge zeigen, die für die Herstellung einer Halbleiteranordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2B, 2D, 2F und 2H Schnittansichten darstellen, die entlang der Linien A-A, C-C, E-E und G-G der Fign. 2A, 2C, 2E beziehungsweise 2G verlaufen;
Fig. 3A eine Draufsicht darstellt, die die Struktur einer anderen Halbleiteranordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 3B eine Schnittansicht darstellt, die entlang der Linie X-X der Fig. 3A verläuft.

Erstes Ausführungsbeispiel

Eine Prozeßfolge für die Herstellung einer Halbleiteranordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung beginnt mit der Vorbereitung des Halbleitersubstrats oder des Halbleiterwafers 21. In dem Halbleitersubstrat 21 wird eine Vielzahl von aktiven Flächen (nicht gezeigt) erzeugt, wobei jede einen Teil eines integrierten Transistors bildet.
Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, wird auch eine Vielzahl von ersten Niveauverbindungen in dem Halbleitersubstrat 21 ausgebildet. Das Halbleitersubstrat 21 wird von einem ersten Zwischenniveau-Isolationsfilm 22 überzogen. Auf dem ersten Zwischenniveau-Isolationsfilm 22 werden der Reihe nach leitende Materialien aus einem Titanfilm (Ti), einem Platinfilm und einem Goldfilm abgeschieden, welche geätzt und strukturiert werden, um die zweiten Niveauverbindungen 23, 24, 25 und 26 zu erzeugen, von denen jede eine Dicke von etwa 0,5 Mikrometer besitzt. In diesem Beispiel dient die zweite Niveauverbindung 26 als Bondinsel, welche an den elektrischen Operationen der Halbleiteranordnung nicht beteiligt ist. Mit anderen Worten, an die Dummyinsel 26 sind keine Verbindungen angeschlossen. Zur elektrischen Isolation wird auf den zweiten Niveauverbindungen 23, 24, 25 und 26 ein zweiter Zwischenniveau-Isolationsfilm 27 abgeschieden, und dann werden die Teile 28, 29 und 30 des zweiten Zwischenniveau-Isolationsfilmes 27 weggeätzt, um die gesamten Deckflächenteile mit Ausnahme der Endteile 50 und 51 der zweiten Niveauverbindungen 23, 25 beziehungsweise 26 freizulegen. Die Verbindung 24 dient als Signalleitung und besitzt eine Breite W2 von etwa 2 Mikrometern, und die Verbindungen 23 und 25 dienen als Stromversorgungsleitung und besitzen eine Breite W1 von etwa 50 Mikrometern. Die Ruheinsel 26 besitzt eine quadratische Grundform von etwa 150 Mikrometer (W3) · etwa 150 Mikrometer (W3). Die sich in diesem Stadium ergebende Struktur wird in den Fign. 2A und 2B gezeigt.
Anschließend werden auf dem zweiten Zwischenniveau-Isolationsfilm 27, der die zweite Niveauverbindung 24 und die jeweiligen Deckflächen der zweiten Niveauverbindungen 25 und 26 bedeckt, die Pfeiler 31, 32 und 33 aus Polyimid ausgebildet, wie in den Fign. 2C und 2D gezeigt wird. Der Pfeiler 31 besitzt eine Breite W4, die größer als die Breite W1 (welche etwa 50 Mikrometer beträgt) der Verbindungen 23 und 25 ist, und der Pfeiler 32 besitzt eine Breite W4', die etwa 40 Mikrometer geringer ist als die Breite W1 der Verbindung 25, sowie eine Länge 11 von etwa 80 Mikrometer. Der Pfeiler 33 besitzt eine quadratische Form von etwa 140 Mikrometer (W5) · etwa 140 Mikrometer (W5). Alle Pfeiler 31, 32 und 33 sind untereinander annähernd gleich in der Höhe. Die Höhe der Zwischenverbindungen 23, 25 und 26 beträgt etwa 2,0 Mikrometer.
Ein leitendes Material aus Gold (nicht gezeigt) wird durch Sputtern in einer Dicke von etwa 50 nm auf der gesamten Oberfläche der Struktur abgeschieden, und ein Fotoresistmuster (nicht gezeigt) wird so aufgebracht, daß genau die Zwischenverbindungen 23, 25 und 26 und ein Abschnitt von etwa 50 Mikrometer Breite zwischen den Verbindungen 23 und 25 freigelegt sind. Damit sind die Polyimidpfeiler 32 und 33 vollständig freigelegt und der Polyimidpfeiler 31 ist teilweise in Richtung der Breite freigelegt. Danach wird unter Verwendung des Fotoresistmusters als Maske und des dünnen Goldfilms von etwa 50 nm Dicke als Strompfad eine Goldbeschichtung durchgeführt. Dann wird nach Entfernen des Fotoresistmusters insgesamt eine Plasma-Ätzung durchgeführt, um den dünnen Goldfilm von etwa 50 nm zu entfernen. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Oberfläche der durch Beschichtung aufgebrachten Goldfilmverbindung von etwa 2,5 Mikrometer Dicke in gewissem Umfang entfernt. Durch die Goldbeschichtungstechnik werden ein Leitungsstreifen von etwa 2,5 Mikrometer Dicke, der als dritte Niveauverbindung 34 dient, sowie ein isolierter Leitungsstreifen 35 erzeugt, welche die gleiche Form wie die Deckfläche der Struktur besitzen. Die dritte Niveauverbindung 34 liegt auf der zweiten Niveauverbindung 23 und auf der zweiten Niveauverbindung 25, wie in den Fign. 2E und 2F gezeigt wird, und die zweite Niveauverbindung 23 ist somit über die dritte Niveauverbindung 34 mit der zweiten Niveauverbindung 25 elektrisch gekoppelt. Die dritte Niveauverbindung 34 besitzt eine Breite von etwa 50 Mikrometer, so daß die seitlichen Flächen des Pfeilers 31 freigelegt sind, die gesamte Oberfläche des Pfeilers 32 jedoch mit der dritten Niveauverbindung 34 bedeckt ist. Der isolierte Leitungsstreifen ist so angeordnet, daß die gesamte Oberfläche des Pfeilers 33 vollständig bedeckt ist. Die dritte Niveauverbindung 34 und der isolierte Leitungsstreifen 35 werden gleichzeitig aus dem leitenden Material erzeugt, so daß der Teil der dritten Niveauverbindung 34, der den Pfeiler 31 bedeckt, annähernd in gleicher Höhe mit dem Teil der dritten Niveauverbindung 34, der den Pfeiler 32 bedeckt, und mit dem isolierten Leitungsstreifen 35 ist.
Der Pfeiler 31 wird unter Verwendung einer isotropen Ätztechnik entfernt, so daß die dritte Niveauverbindung 34 durch einen Zwischenraum von dem zweiten Zwischenniveau- Isolationsfilm 27 getrennt ist und zwischen der dritten Niveauverbindung 34 und dem zweiten Zwischenniveau-Isolationsfilm 27 ein Hohlraum 36 entsteht, wie aus den Fig. 2G und 2H ersichtlich ist. Dies führt dazu, daß die dritte Niveauverbindung 10 eine Luftbrückenverbindung bildet. Der zentrale Teil der dritten Niveauverbindung 34 ist nicht mit dem zweiten Zwischenniveau-Isolationsfilm 27 in physischem Kontakt, so daß die parasitäre Kapazität entscheidend verringert ist. Die Pfeiler 32 und 33 auf den zweiten Niveauverbindungen 25 und 26 bleiben jedoch übrig, weil beide Pfeiler 32 und 33 geschlossen von leitendem Material bedeckt sind.
Wenn der Herstellungsprozeß abgeschlossen ist, wird der Wafer mit dem Halbleitersubstrat 21 in eine Vielzahl von Chips getrennt. Bei diesem Wafertrennverfahren wird eine durch Gummirollen erzeugte Kraft auf den Wafer aufgebracht, um ihn in Chips zu zerteilen. Ein Teil der Kraft wirkt jedoch nicht nur auf den zentralen Abschnitt der dritten Niveauverbindung 34 oberhalb der zweiten Niveauverbindung 24, sondern auch auf die Abschnitte über den Pfeilern 32 und 33. Dann wird also die Luftbrückenverbindung 34 schwerlich durch die Einwirkung dieser Teilkraft zerbrochen. Dies führt zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit und verhindert, daß die Halbleiteranordnung eine unerwünscht große parasitäre Kapazität besitzt.
Nach der Trennung in einzelne Chips wird jeder Halbleiterchip in ein Keramikgehäuse oder ein mit Glas abgedichtetes Gehäuse 60 eingebaut, das mit einem inaktiven Gas wie Stickstoff (N2) 61 oder mit Luft gefüllt ist, wie in Fig. 2I gezeigt wird.
Außerdem besitzen die Schichten 34 und 35 annähernd die gleiche Breite wie die Verbindungen 23 bis 26 und überlappen sich gegenseitig.

Zweites Ausführungsbeispiel

Wenden wir uns den Fign. 3A und 3B der Zeichnungen zu, in denen die Struktur einer anderen Halbleiteranordnung gezeigt wird, die die vorliegende Erfindung verkörpert. Die Struktur in den Fign. 3A und 3b ist ähnlich der in den Fign. 2G und 2H gezeigten, mit Ausnahme der Pfeilerstützstreifen 41 und 42, die in dem ersten Zwischenniveau-Isolationsfilm 22 unter den zweiten Niveauverbindungen 25 und 26 eingelagert sind. Der Einfachheit halber wurden die Schichten, Verbindungen usw. durch Bezugszahlen gekennzeichnet, mit denen die entsprechenden Bauelemente, Schichtbestandteile und Verbindungen in den Fign. 2G und 2H veranschaulichten Halbleiteranordnung bezeichnet sind. Da in dem ersten Zwischenniveau-Isolationsfilm 22 die Pfeilerstützstreifen 41 und 42 mit einer Dicke im Bereich zwischen etwa 0,5 Mikrometer und 1,0 Mikrometer eingelagert sind, liegt der Abschnitt der dritten Niveauverbindung 34 oberhalb der zweiten Niveauverbindung 24 niedriger als der Abschnitt der dritten Niveauverbindung 34 über dem Pfeiler 32 und dem isolierten Leitungsstreifen 35. Dies führt dazu, daß die Teilkraft nur durch die Pfeiler 32 und 33 getragen wird. Dadurch kann die Luftbrücke der dritten Niveauverbindung 34 nicht zerbrochen werden.
Die Pfeilerstützstreifen 41 und 42 sind von jeder Verbindung elektrisch isoliert und nur unter den Verbindungen 34 und 35 angeordnet.

Claims

1. Halbleiteranordnung, die auf einem Halbleitersubstrat (21) überlagert mit einem ersten Isolierfilm (22) ausgebildet ist, mit

a) einer Vielzahl von Niedrig-Niveau-Verbindungen, die auf dem ersten Isolierfilm angeordnet sind, welche erste, zweite und dritte Niedrig-Niveau-Verbindungen (23, 24, 25) aufweisen, wobei die erste und zweite Niedrig-Niveau-Verbindung auf beiden Seiten der dritten Niedrig-Niveau-Verbindung angeordnet sind,

b) einer Hochniveau-Luftbrückenverbindung (34), die mit der ersten und der zweiten Niedrig-Niveau-Verbindung verbunden ist und sich über die dritte Niedrigniveau-Verbindung erstreckt, so daß sie einen Hohlraum über der dritten Niedrig-Niveau-Verbindung bildet, und

c) Pfeilern, die zwischen den Niedrig- und Hochniveau-Verbindungen ausgebildet sind und deren Kopfflächen mit dem Material der Hochniveauverbindung beschichtet sind, so daß die Luftbrücken-Hochniveauverbindung die gleiche Höhe hat, wie das Hochniveau-Verbindungsmaterial auf den Pfeilern, dadurch gekennzeichnet, daß die Niedrig-Niveau-Verbindungen zusätzlich Bonding-Kissen (26) aufweisen, die beim elektrischen Betrieb stromlos gehalten werden; daß

die Pfeiler gleiche Höhe haben, aus Polyimid gebildet sind und in einem Zentralteil der oberen Fläche der ersten und zweiten Niedrig-Niveau-Verbindungen und auf der oberen Fläche der stromlosen Bonding-Kissen vorgesehen sind;

daß die Breite der Pfeiler geringer ist als die der darunter liegenden Niedrig-Niveau-Verbindungen; und

daß die gesamte Oberfläche der Pfeiler mit dem Material der Hochniveau-Verbindung bedeckt ist.

2. Halbleiteranordnung, die auf einem Halbleitersubstrat (21) überlagert mit einem ersten Isolierfilm (22) ausgebildet ist, mit

c) Pfeilern, die zwischen den Niedrig- und Hochniveau-Verbindungen ausgeformt sind und deren Kopfflächen mit dem Material der Hochniveau-Verbindung bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Niedrig-Niveau-Verbindungen zusätzlich Bondingkissen (26) aufweisen, die im elektrischen Betrieb stromlos gehalten werden; daß die Pfeiler gleiche Höhe haben, aus Polyimid geformt sind und vorgesehen sind an Zentral teilen der oberen Fläche der ersten und zweiten Niedrig-Niveau-Verbindungen und auf der oberen Fläche der stromlosen Bondingkissen; daß die Breite der Pfeiler geringer ist, als die der darunter liegenden Niedrig-Niveau-Verbindungen; daß die gesamte Oberfläche der Pfeiler mit dem Material der Hochniveau-Verbindung bedeckt ist; und daß Kissenstreifen unter den Niedrig-Niveau-Verbindungen, auf welchen Pfeiler ausgebildet sind, vorgesehen sind, so daß die Hochniveau-Luftbrückenverbindung eine geringere Höhe hat, als das Hochniveau-Verbindungsmaterial auf der Kopffläche der Pfeiler.