CN107949904A - 钼层中的倾斜终端及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备钼层的倾斜终端的方法(800)，包括提供钼层(802)，并对钼层(804)施加光刻胶材料。光刻胶材料在散焦的条件下曝光生成掩膜(806)，曝光的光刻胶材料的边缘对应于倾斜终端。用蚀刻材料蚀刻钼层，其中蚀刻材料至少部分蚀刻在散焦条件下被曝光的光刻胶材料，且其中，蚀刻产生倾斜终端(808)。
Description
背景技术
在集成电路中的一些元件由包括钼(Mo)、钛钨(TiW)、氮化铝(AlN)的若干层制备。一种此类器件是体声波(BAW)器件，其具有由钼、钛钨和氮化铝层制备的堆叠。氮化铝与钼层形成声共振器，钼层用作声共振器两端的电极。
发明内容
在所描述的示例中，钼层的倾斜终端的制备方法包括提供钼层且对钼层施加光刻胶材料。在散焦的条件下曝光光刻胶材料，以生成具有边缘部分的光刻胶掩膜。钼层至少在光刻胶掩膜的边缘部分被蚀刻，以形成钼层的倾斜终端。
附图说明
图1为氮化铝压电基体声波器件的侧剖面图。
图2为图1的体声波器件内的钼终端的展开图。
图3为图1的体声波器件内的另一钼终端的展开图。
图4为在钼终端附近形成的接缝的展开图。
图5为在制备工艺中的图1的体声波器件的侧剖面图。
图6为在光刻步骤的应用以及光刻胶材料的剩余部分的移除之后的图5的器件的侧剖面图。
图7为蚀刻后的图6的器件的侧剖面图。
图8为图示说明用于在钼层中制备倾斜终端的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
在描述的示例中，元件通过具有多层的堆叠制备在集成电路上。这些器件易受堆叠中的钼层的终端处或终端附近的裂缝和接缝影响。例如，具有在堆叠中作为一层或多层的钼的器件易受裂缝或接缝的影响，其中，钼层在堆叠中的尖角处终止。尖角削弱在堆叠中的其他材料，并能够使裂缝形成，裂缝能够传播通过堆叠。在某些情形中，尖角使得接缝或褶皱形成，它们也传播通过接缝。裂缝和接缝都会造成堆叠所处位置处的元件故障。本文描述的器件和方法减小了在钼层的终端处的角度，这减小了在堆叠中形成裂缝和接缝的可能性。
用具有多个层的堆叠制备的元件的一个示例是体声波(BAW)器件。图1是用多层制备的氮化铝压电基BAW器件100的示例。BAW器件100可以是较大集成电路(未示出)的部分。层形成堆叠102，其导致在BAW器件100所处的区域附近的上升。声共振器106在堆叠102内形成。在图1的示例中，共振器106包括夹在顶部电极112和底部电极114之间的氮化铝(AlN)层110，顶部电极112由钼形成，且底部电极114也由钼形成。顶部电极110和底部电极112是在堆叠102内制备的层。本文描述的层有时指的是薄膜。在图1的示例中，氧化物层116位于顶部电极112和AlN薄膜110之间，并用作共振器106的温度补偿层。在一些实施例中，BAW器件100不包括氧化物层116。声波在顶部电极112和底部电极114之间反射(bounce)以在共振器106内共振。
堆叠102包括上布拉格(Bragg)镜120和下布拉格镜122。布拉格镜120和122阻止能量逃出(escape)共振器106，且用于实现传统的共振器规格。下布拉格镜122由多个交替层或薄膜形成，其在图1的示例中是交替的钛钨和氧化物的层。图1的下布拉格镜122具有第一氧化物层130，其邻近底部电极114并延伸BAW器件100的长度。第一钛钨层132位于第一氧化物层130和第二氧化物层134之间。第二氧化物层134像第一氧化物层130一样延伸BAW器件100的长度。第二钛钨层136位于第二氧化物层134和第三氧化物层138之间。衬底(未示出)位于第三氧化物层138下面，并且是一种诸如硅的材料，在其上制备BAW器件100。第一钛钨层132和第二钛钨层136二者位于共振器106下面，且靠近共振器106的边缘终止。在某些实施例中，种子层(图1中未示出)位于第一氧化物层130和底部电极114之间。
上布拉格镜120由多个交替层形成，其与形成下布拉格镜122的层相似或相同。在图1的示例中，上布拉格镜120包括第一氧化物层140，其位于邻近上部电极112且延伸BAW器件100的长度。BAW器件100有两个可连接到在图1中未示出的电路的连接器142和144。连接器142和144通过截面图显示，且它们可能相对很小。因此，在上布拉格镜120中的氧化物层部分在连接器142和144周围延伸。第一钛钨层146夹在第一氧化物层140和第二氧化物层148之间。第二氧化物层148延伸BAW器件100的长度。第二钛钨层150夹在第二氧化物层148和第三氧化物层152之间。第三氧化物层152也延伸BAW器件100的长度。第一钛钨层146和第二钛钨层150在共振器106的边缘终止。
顶部电极112在第一终端160和第二终端162处终止，且底部电极114在第一终端164和第二终端166处终止。在传统器件中，终端160-166使用传统制备技术制备，其造成陡峭的终止角。除了通常为陡峭的之外，在终端160-166处的终止角不能被保持通常在预定的范围内或低于预定的角度制备。图2为终端160的展开图，图3为终端162的展开图。角度α为终端160处的终止角。如图2所示，终止角α近似70度，并可能在40和90度之间的范围内。参照图3，在终端162处的终止角β也近似70度，且可能在40到90度的范围内。终端164和166的终止角与在终端160处的终止角α和在终端162处的终止角β相似。此处描述的制备方法将终止角α和β减小到小于预定的角度，例如30度，从而阻止在BAW器件100的层内的裂缝和接缝的形成。在某些实施例中，终止角α和β在12和30度之间。已经发现，在钼层中大的终止角造成了接缝和/或裂缝形成在BAW器件100的层中。
参照图1示出在终端160-166处的陡峭的终止角的影响。裂缝170从终端164形成，且通过AlN层110延伸进入上布拉格镜120。另外，接缝172在终端166上形成，如图4的展开图所示。裂缝170和接缝172妨碍共振器106和布拉格反射镜120和122，这可能改变在共振器106内共振的声波的共振和质量。而且裂缝170和接缝172能导致在共振器106和电触头142之间的顶部钼电极112的不连续。因此，裂缝170和/或接缝172能够引起BAW器件100故障，这取决于裂缝170和/或裂隙172的位置。裂缝和接缝可能靠近钼层以陡峭角度终止处的BAW器件100中或在其他器件上的任意钼终端。
此处被描述的器件不像传统的器件受裂缝和接缝形成的影响，这是因为制备技术维持在钼层中的终止角小于预定值，该值可能是12到30度。已经发现，在钼层的终端处的30度或更小的终止角减小缝隙和接缝在堆叠中发生的可能性。传统的钼层终端使用金属干燥或湿法蚀刻工艺制备，这些工艺使终端具有陡峭的角度，例如大于70度。一些工艺用倾斜金属湿法蚀刻技术，但此技术工艺产生不一致的终止角，其可能大于30度。此处描述的工艺导致在钼层中的终止角一致地小于30度。
图5是制备工艺中的器件500的侧面图。此处描述的制备工艺主要关于钼层的制备，故此工艺从在氧化物层504上制备钼层502开始。在一些实施例中，钼层502在非常薄的氮化铝种子层503上制备，其可延伸以覆盖氧化物层504。对于图1的BAW器件100，钼层502与底部电极114对应，且氧化物层504与第一氧化物层130对应。钼层502的厚度根据它所在的器件的类型变化。在一些示例中，钼层502约400nm。
光刻胶层510在钼层502上制备。蚀刻工艺蚀刻光刻胶层510的速度比钼层502快。例如，当光刻胶层510和钼层502暴露于蚀刻材料时，前者比后者蚀刻快约3倍，如下所述。光刻步骤在器件500上实施，其中，光刻胶层510在散焦条件下暴露以便产生光刻胶倾斜边缘514和516。在一些实施例中，散焦近似为+17um或-17um。在其他示例中，为了在完成的钼层502中实现期望的终止角，散焦介于+/-11um和+/-22um。参考图6，其为在应用光刻步骤以及光刻胶层510的剩余部分的移除之后的器件500的视图。光刻步骤从光刻胶层510生成了光刻胶掩膜600，其中，在随后的蚀刻步骤期间，被光刻胶掩膜600覆盖的钼层502的部分不会被蚀刻或者与覆盖钼层502的光刻胶掩膜600的厚度成比例地被蚀刻。
图6所示的光刻胶层510在光刻步骤期间被加工以去除光刻胶层510中在未曝光的多余的光刻胶材料。所得的光刻胶层510为光刻胶掩膜600。如图6显示，光刻胶掩膜600有倾斜边缘514和516，其位于将变成倾斜终端的钼层502的部分以上。在光刻中应用于光刻胶层510的散焦建立了倾斜边缘514和516的斜率，其确定上述最后的钼层502中的终止角。在传统的制备技术中，光刻胶暴露在最好聚焦条件下以提供近似垂直的光刻胶侧壁轮廓。
在光刻步骤中的散焦生成倾斜边缘514和516。蚀刻钼层502的蚀刻材料在蚀刻工艺期间消耗一些光刻胶掩膜600。然而光刻胶掩膜600的倾斜边缘514和516比光刻胶掩膜600的其他部分薄，且对蚀刻材料的抵抗也更小，因此他们消耗的更快。另外，参照图7，其是蚀刻后的图6的器件500的视图。倾斜边缘514和516的较厚的内部部分604和606消耗的比倾斜边缘514和516的较薄的外部边缘608和610慢。结果是，相比于内部部分604和606，接近倾斜边缘514和516的外部部分608和610的钼层502的蚀刻被蚀刻更多，这造成具有期望终止角710和712的钼层502的终端700和702。在一些实施例中，在3.5um光刻胶层510上的正或负17um的散焦生成28度的终止角。在一些实施例中，角度710和712小于30度，这减小了在钼层502所处器件中产生裂缝和接缝的可能性。
在一些实施例中，器件500的蚀刻包括将具有光刻胶掩膜600制备于其上的器件500放入等离子蚀刻腔内，其中，没有被光刻胶掩膜600遮掩的钼层502的部分被蚀刻。如上所述，光刻胶掩膜600覆盖的钼层502的部分将不被完全蚀刻。然而，如上所述，倾斜边缘514和516将被部分蚀刻，以产生预定的终止角710和712。在某些实施例中，执行蚀刻工艺，其中，包含氯气和氧气的流动的气体混合物进入蚀刻腔。已经发现，4:1的氧气和氯气的比例进一步使得上面所述的终止角712和714在钼层502中形成。更具体地，氯气和氧气混合物蚀刻光刻胶层510，使得邻近倾斜边缘514和516形成终止角710和712。在某些实施例中，氧气和氯气的比例在3:1和5:1之间。已经发现这个工艺提供在大于100:1下的钼相对氮化铝或者氧化物的高的蚀刻选择性。该工艺也生成了大体直的终端700和702而不是弯曲的终端。
蚀刻可能进一步使用约300W的低变换耦合等离子(TCP RF)。在某些实施例中，功率在275W和400W之间。在蚀刻期间，具有约-150V的峰值电压或在-125V和-175V之间的峰值电压的偏压RF被施加于器件500。散焦、气体比率和RF的组合使得钼层502一致地具有30度或更小的终止角710和712。
在上述的气体比率和/或RF功率下，蚀刻步骤在终点处终止。接着可以是使用相同的清理钼残留的工艺的定时的过度蚀刻步骤。在蚀刻钼层502后，器件500可被放入等离子灰室中，其中，使用该室将灰化工艺应用于光刻胶掩膜600。在某些工艺中，器件500被加热到大约175℃的温度来执行等离子灰化工艺，其中，使氧气流入该灰室。灰被控制，且此工艺之后是计时的过度灰化来移除任何光刻胶残留。
图7示出所得的终止角710和712。在图7中的终止角710与图2中的角α相对应，且终止角712与图3的角β相对应。终止角710和712在预定值之内，在文中描述的示例中此值小于30度。低的终止角710和712阻止上述裂缝和接缝形成在终端700和702附近。在器件500中所有的钼层可如上进行制备来阻止上述陡的终止角。
上述方法的不同的变化可以在制备工艺中实现。例如，光刻胶材料510可以在3.5μm和5.5μm之间。在5.5μm的光刻胶材料510和+/-17μm的散焦的情况下，终止角710和712可能近似为11度。蚀刻材料可具有高的选择性，如，大于100:1的钼相对氮化铝的选择性，和大于100:1的钼相对氧化物的选择性。在某些实施例中，终止角710和712被维持在钼层502定位在其上的器件的1％内。
图8的流程图800图示说明上述制备工艺的实施例。该工艺开始于步骤802，提供钼层。参照图5，提供的钼层可以是在氧化物层504上制备的钼层502或在氧化物层504上制备的种子层(未示出)。在步骤804处，光刻胶材料被施加于钼层。光刻胶材料可以是如图5中被描述的光刻胶层510。在步骤806中，光刻胶材料在散焦条件下曝光以生成带有边缘部分的光刻胶掩膜。光刻胶掩膜可对应于掩膜600，且曝光的光刻胶材料的边缘可对应于任一倾斜边缘514和516。在步骤808中，钼层在光刻胶掩膜的边缘部分被蚀刻以产生钼层的倾斜终端。
在权利要求范围内，在上述实施例中修改是可能的，且其他实施例是可能的。
Claims (20)
1.一种制备钼层的倾斜终端的方法，此方法包括：
提供所述钼层；
对所述钼层施加光刻胶材料；
在散焦条件下曝光所述光刻胶材料以生成光刻胶掩膜，曝光的光刻胶材料的边缘对应于所述倾斜终端；
用蚀刻材料蚀刻所述钼层，其中所述蚀刻材料至少部分蚀刻在所述散焦条件下被曝光的所述光刻胶材料，所述蚀刻产生所述倾斜终端。
2.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述钼层包括在氧化物层上提供钼层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻包括将所述钼层和所述光刻胶材料曝光于包括氯气与氧气的气体。
4.根据权利要求3所述的方法，其中氧气对氯气的比率在3∶1和5∶1之间。
5.根据权利要求3所述的方法，其中氧气对氯气的比率约为4∶1。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻包括施加275瓦特和400瓦特之间的低变换耦合等离子。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻包括施加约300瓦特的低变换耦合等离子。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻包括施加-125峰值伏特和-175峰值伏特之间的偏压RF。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻包括施加约-150伏特的偏压RF。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述散焦条件在+/-11μm和+/-22μm之间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述散焦条件约为+/-17μm。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻材料具有大于100∶1的钼相对氮化铝的选择性。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻材料具有大于100∶1的钼相对氧化物的选择性。
14.一种制备具有钼层的倾斜终端的布拉格镜的方法，所述方法包括：
在种子层上提供所述钼层；
对所述钼层施加光刻胶材料；
在散焦条件下曝光所述光刻胶材料以生成光刻胶掩膜，曝光的光刻胶材料的边缘对应于所述倾斜终端；
用蚀刻材料蚀刻所述钼层，其中所述蚀刻材料至少部分蚀刻在所述散焦条件下曝光的所述光刻胶材料，所述蚀刻产生所述倾斜终端。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述蚀刻包括将所述钼层与所述光刻胶材料曝光于包括氧气和氯气的气体，其中，氧气对氯气的比例在3∶1和5∶1之间。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述蚀刻包括施加在275瓦特和400瓦特之间的低变换耦合等离子。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述蚀刻包括施加在-125峰值伏特和-175峰值伏特之间的偏压RF。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述散焦条件在+/-11μm和+/-22μm之间。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述蚀刻材料具有大于100∶1的钼相对氮化铝的选择性，和大于100∶1的钼相对氧化物的选择性。
20.一种制备钼层的倾斜终端的方法，所述方法包括：
提供所述钼层；
对所述钼层施加光刻胶材料；
在+/-11和+/-22μm之间的散焦条件下曝光所述光刻胶材料以生成光刻胶掩膜，曝光的光刻胶材料的边缘对应于所述倾斜终端；
用蚀刻材料蚀刻所述钼层，其中所述蚀刻材料具有大于100∶1的钼相对氮化铝的选择性，和大于100∶1的钼相对氧化物的选择性，所述蚀刻材料至少部分蚀刻在所述散焦条件下曝光的所述光刻胶材料，所述蚀刻产生所述倾斜终端。
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