JP2004519867A - 電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、空気スペースによって相互に分離されているメタル領域を備える電子デバイスを製造する方法を提供する。当該方法において、メタル領域を設ける前に、第一の絶縁分離層、シード層、及び第二の絶縁分離層が設けられる。前記シード層及び前記第二の絶縁分離層は、前記メタル領域が設けられた後に除去されるのみである。前記方法は、有利なことに、多層相互接続構造の製造、及びマイクロエレクトロメカニカル素子の製造のために適用され得る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気スペースによって相互に分離されているメタル領域を備える電子デバイスを製造する方法であって、
−基体表面上に第一の絶縁分離層を形成するステップと、
−前記第一の絶縁分離層及び前記基体表面の露出した領域をカバーするようにメタルシード層を堆積するステップと、
−前記露出したシード層上に少なくとも一つのメタル領域を形成するステップとを有する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
当該方法は、米国特許US−A6037248から知られている。当該方法において、好ましくは、複数の絶縁分離層及びメタル領域が設けられ、前記絶縁分離層はフォトレジスト層である。メタル領域の各形成は、余分なメタル及び前記メタルシード層(metal seed layer)を除去するようにポリッシングステップ(polishing step)によって後続される。最終的に、前記絶縁分離層は、同時に除去される。
【0003】
複雑な構造であると共に、最終的な構造をもたらすために多数のメタル堆積及び処理ステップを使用することは、知られている方法の不利点である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の第一の目的は、最終的な構造をもたらすために低減された数の処理ステップを備える、冒頭の段落において記載されている種類の方法を提供することにある。
当該目的は、
−第二のパターニングされた絶縁分離層が、第二のパターンにより前記シード層上に形成され、前記第二のパターニングされた絶縁分離層の垂直な突起は、前記基体表面上において、前記第一の絶縁分離層とオーバラップを有するステップと、
−前記メタル領域が、前記第一の絶縁分離層及び前記第二の絶縁分離層によって規定される前記パターンを充填するように形成されるステップと、
−前記第二の絶縁分離層及び前記シード層が、前記メタル領域の形成後に除去され、それによって前記空気スペースを実現し、前記シード層は、前記メタル領域によってカバーされていない限り除去されるステップと
において達成される。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法において、メタル領域は、第一及び第二の絶縁分離層を設けた後に形成されるのみである。その後、又は、更なる絶縁分離層及び更なる層のメタル領域を設けた後、前記絶縁分離層は除去される。当該除去において、前記メタルシード層は、エッチング阻止層(etch stop layer)として作用する。それ故に、メタライゼイションステップ(metallisation step)の数及びポリッシングステップの数は、少なくとも半分に削減される。
【0006】
除去ステップの数は増加するが、エッチングが、特にポリッシングと比較して、うまく制御された、クリーン且つ迅速なプロセスステップなので劇的な増加とはならない。更に、本発明の方法は、いくつかの前記絶縁分離層が、所望されるならば、保持され得るという利点を有している。これにより、空気スペースで相互に分離されているメタル領域の構造内に機能性を有するエンティティの形成が可能となる。
【0007】
第一の実施例において、前記第一の絶縁分離層は、前記シード層の除去後に除去される。当該実施例において、前記知られている構造と同等の構造が実現される。当該実施例は、前記第一の絶縁分離層において形成される前記パターンが、前記基体表面に延在するビア又はコンタクトホールを含む場合、特に有利である。個別に信号を転送しなければならない前記ビアの間の容量性結合は、そのとき低減される。
【0008】
第二の実施例において、前記第一の絶縁分離層は除去されないで、保持される。好ましい場合において、メタライゼイション層(metallisation layer)は、前記第一の絶縁分離層の下部に設けられる。これにより、前記構造において薄膜コンデンサのような素子の規定が可能となる。従って、第一の絶縁分離層が、高い誘電率、例えば7.0又はそれより高い比誘電率を有することは有利である。当該誘電率を有する物質としては、例えばSi3N4、Ta2O5、及びBaZrTiO3がある。他の物質は、当業者に知られている。他の素子としては、例えば2層インダクタがある。それによって、第一の絶縁分離層が、例えばフェライト及びフェライト粉末による複合材料等のような、高い磁化率(magnetic susceptibility)を有する物質を含むことは有利となる。
【0009】
更なる実施例において、前記方法は、前記第二の絶縁分離層の除去前に、
−前記メタル領域上に第三のパターニングされた絶縁分離層を形成するステップと、
−前記第三のパターニングされた絶縁分離層及び前記メタル領域の露出した領域をカバーするように追加のメタルシード層を堆積するステップと、
−第四のパターンにより前記追加のシード層上に第四のパターニングされた絶縁分離層を形成するステップと、
−前記第三の絶縁分離層及び前記第四の絶縁分離層によって規定される前記パターンを充填するように、前記露出したシード層上に第二層のメタル領域を形成するステップと、
−前記第四の絶縁分離層、前記形成された第二層のメタル領域によってカバーされていない範囲の前記追加のメタルシード層、及び前記第三の絶縁分離層を除去するステップと、
−当該実施例において、多層構造が設けられるステップと
を有する。当該多層構造は、集積回路用の相互接続構造として使用され得る。
【0010】
前記多層構造において、マイクロエレクトロメカニカル素子(microelectromechanical element)が規定される場合、有利となる。その中において、前記素子は、
−前記メタライゼイション層における第一の電極と、
−前記第一の電極に対向すると共にほぼフリーな状態で立っているので前記第一の電極の方向に移動可能な、第二層のメタル領域における第二の電極と、
−前記第二層のメタル領域から前記メタル領域へ延在すると共に電気的な接続及び機械的な支持をもたらし、前記メタライゼイション層上の前記メタル領域の垂直な突起が前記第一の電極とほぼオーバラップしていない、少なくとも一つのビアと
を有する。
【0011】
マイクロエレクトロメカニカル素子自体は、例えば国際特許出願第WO−A01/61848号から知られている。当該素子は、例えば、RF領域における用途のための同調可能なコンデンサ及びスイッチとして提案されている。当該実施例の場合、当該素子は、ディスクリート素子として製造されてもよく、若しくは受動ネットワークにおいて、又は集積回路の相互接続構造の内側に設けられてもよい。それによって、前記シード層は、前記下部の第一の絶縁分離層を保護するエッチング阻止層として使用され得る。好ましくは、前記第一の絶縁分離層は除去されないで、誘電層として作用するように保持される。その場合、前記素子は、誘電層をもたない場合の実施例と比較して同調範囲が非常に向上された同調可能なコンデンサとなる。代わりに、前記第一の絶縁分離層は、保護層及び/又は非突出層(anti−sticking layer)として作用するように選択されてもよい。それから当該絶縁分離層は導電性粉末さえ含み得る。これは、前記素子がスイッチとして使用されるべき場合に適している。
【0012】
前記多層構造の前記実施例において、前記第二及び第三の絶縁分離層が、単一のステップにおいて除去されることは好ましい。従って、当該絶縁分離層が、同じ物質(好ましくはフォトレジスト)を含んでいることは好ましい。前記シード層は、他の除去ステップにおいて除去される。前記除去は、好ましくは、エッチングによって行われる。前記シード層が、銅のような、前記メタル領域と同じ物質を含んでいる場合、又は前記シード層に対するエッチング用腐食液が前記メタル領域もエッチングする場合、前記パターンの前記精細度がそれに対して修正されることは好ましい。すなわち、前記パターンは、前記除去ステップの間にサイズ縮減が可能となるように、より大きく設計される。
【0013】
形成される前記多層構造は、平坦化された基体上に設けられてもよい。代わりに、前記基体は、前記多層構造が設けられるキャビティ(cavity)を含んでいてもよい。当該基体は、前記構造上にキャップ(cap)を設けるために使用され得る。また、当該構造の側壁(sidewall)が、追加の機械強度を提供してもよい。更に、スペーサ(spacer)及びキャッピング層が、前記多層構造にカバーを設けるために前記基体上に設けられてもよい。前記キャッピング層は、前記絶縁分離層と、一つ又はそれ以上のシード層との除去前に、前記メタル領域上に設けられてもよい。その場合、エッチングは、使用される前記エッチング用腐食液に対して耐性がなければならない。好適な組み合わせは、例えば、高分子フォトレジスト及び銅のメタル層を備えるセラミック又はシリコン酸化物のキャッピング層となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付図面に関連して、例のみによって以下更に記載されている。
【0015】
図面に関連して記載されている特定の実施例の説明に移る前に、本発明が、有利なことに、単一のメタライゼイションステップによって、バックエンドコンタクト(back−end contact)及びメタライゼイション層を処理する方法を提供し得ることは評価されるべきである。例えば、まずコンタクトホールがパターニングされる。これは、絶縁分離する低k誘電物質又はフォトレジスト層、若しくは、層の段階で除去され得る、同等の特性を備える他のいかなる物質においてもなされ得る。当該パターニングされた層に加えて、メタルシード層が堆積される。それから、前記メタライゼイション層が、前記コンタクトホールと同様にパターニングされる。以下、前記シード層は、前記コンタクトホール及び前記メタライゼイション層が十分に充填されるまで、前記メタルを選択的に成長させるために使用される。当該プロセスは、後続するコンタクト−メタル相互接続層を規定するためにここでも使用され得る。全ての前記コンタクト−メタル相互接続層が規定された後、前記メタル相互接続を規定しているトップの絶縁分離層は選択的に除去され得る。次に、薄いシード層は、選択的に除去され、それから、前記コンタクトホールを規定している下部の絶縁分離層が、もう一度除去されなければならない。これは、全ての成長するコンタクト−メタル段階に対して繰り返されなければならない。その結果、誘電物質(dielectric material)として空気を含む、完成した相互接続スタック(complete interconnect stack with air)がもたらされる。
【0016】
当該プロセスは、この場合詳細に記載される。
まず図1に注意を向けると、本発明を具体化するプロセスにおける最初のステップが示されており、パターニングされた第一の絶縁分離層10が、基体12上に設けられている。第一の絶縁分離層10は、フォトレジスト物質、誘電物質、又は、実際同等の特性を備える他の何れかの適切な物質を有することが可能であり、当該示されている例において、第一の絶縁分離層10は、下方の基体12に延在するコンタクトホール14を含むように、パターニングされている。
【0017】
図2に関して、当該実施例における次のステップが示されており、メタルシード層16は、第一の絶縁分離層10の上、及びコンタクトホール14内に堆積されている。当該シード層16は、例えば、メタルの標準的なめっき技術(metal standard plating technique)に基づき得る、後続するメタル成長のために導電性シード層としての役割を果たす。
【0018】
図3に関して、本発明の当該実施例における次のステップは、前述のシード層16上に形成される、第二のパターニングされた絶縁分離層18の形成を含んでいる。当該第二の絶縁分離層18は、示されている実施例においてパターニングされているので、絶縁分離されている部分のみが、前記第一の絶縁分離層10の前記パターニングに後続して残されたままとなっている第一の絶縁分離層10の部分上に位置されたままとなる。
【0019】
当該方法における、第一及び第二の絶縁分離層10及び18と、シード層16との形成により、第二の絶縁分離層18の残存する領域が、シード層16の下部領域をカバーする役割を果たし、その結果、当該カバーされた領域上において、後続するメタル成長を妨げることは評価されるであろうという点で、本発明の特に有利な特徴がもたらされる。
【0020】
標準的なメタルめっき技術によって形成されるメタル層の前記形成のようなメタライゼイションは、電解物質がまだ到達し得るシード層16の当該領域上に前記メタルを選択的に成長させるように行われる。この態様は、図4に示されており、図3に関する上記議論から、前記メタルが、コンタクトホール14内に成長し、コンタクトホール14の間に延在するメタルライン20を形成する役割も果たすことは評価されるであろう。
【0021】
形成される構造によって評価されると共に図3に示されるように、第二のパターニングされた絶縁分離層18の前記残存する領域の上部表面上にメタル成長は発生しないので、図4に示されている前記メタルの前記成長は、コンタクトホール14を効果的に充填する役割を果たすと共に、コンタクトホール14内に成長する前記メタルの間のコンタクトをもたらすメタルラインを規定する役割を果たす前記領域を効果的に充填する役割も果たす。図4において示されているように、前記コンタクトホール及びメタルライン領域は、有利なことに、自己整合の(self−aligned)態様で充填されるので、図4において示されているメタライズされた構造を実現するために、別個の平坦化ステップ(planarisation step)を取り入れることを容易に回避することが可能である。このことは、本発明を具体化している半導体メタライゼイションプロセスを簡略化する役割を果たす。
【0022】
前記絶縁分離層は、所望されるならば、当該段階で除去され得るので、堆積されたメタル20を有するシャロースタック(shallow stack)構造が残る。
【0023】
しかしながら、上記図1乃至4において示されているステップは、効果的に繰り返され得るので、層間に形成されるシード層をここでも備える、第一の絶縁分離層と第二の絶縁分離層との更なるセットが、図4において示されている前記構造上に形成される。
【0024】
コンタクトホール14’の更なるセットを設けるように第三の絶縁分離層10’が形成されると共にパターニングされる図5に関して、このことが示されており、後続して、図6において示されているように、更なるメタルシード層16’が、当該第三の絶縁分離層10’上及びコンタクトホール14’内に形成される。
【0025】
図7において示されているように、第四の絶縁分離層18’は、図7において示されているように残るようにシード層16’上に形成されると共にパターニングされ、図4に示されているステップの場合のように、第三の絶縁分離層10’と第四の絶縁分離層18’との当該更なるセットによって規定される当該更なる構造は、そのとき標準的なメタルめっき技術による。図8において示されているように、当該更なる単一のメタライゼイションステップは、更なるコンタクトホール14’内のメタルの形成をもたらすと共に、前述のように、第二層のメタル領域20も設ける。評価されることに、前記メタル層は、ここでも前記シード層が電解質と接触している部分で成長し、当該更なるメタライゼイション構造は、ここでも有利なことに、図8において示されている前記構造をもたらすために追加の平坦化ステップを必ずしも必要としない自己整合の態様で形成される。
【0026】
図9乃至13において示されているステップは、第一の絶縁分離層と第二の絶縁分離層との二つのセットの除去に関する。
【0027】
まず図9に関して、最上層、すなわち第四又は更に上の絶縁分離層18’は、下部の第三の絶縁分離層10’をシールドする役割を果たしているシード層16’を露出させるまで、何れかの標準的な技術によって除去され得る。当該露出したシード層部分は、前記下部の第三の絶縁分離層10’を露出させるように選択的に除去される。前記シード層は実質的に同じ物質から構成されているため、前記シード層の前記除去が、前記メタライゼイション構造ももたらすことは当然評価されるであろう。しかしながら、前記シード層を十分に取り去るように除去される物質の量と、従って前記メタライゼイション構造から除去される、前記対応する量とは、もたらされるメタル構造に重大な影響を一切及ぼさないであろう。
【0028】
更なるシード層16’の除去に後続して、前記第三の絶縁分離層10’と、前記層の第一のセットの下部の第二の絶縁分離層18とは、それから、下部の最初の第一の絶縁分離層10をシールドしている最初のシード層16が、それから図11において示されているように露出するまで、除去される。
【0029】
ここでも前記露出した最初のシード層16は、図12に示されているように、図12において示されている態様で最初の第一の絶縁分離層10を露出させるように選択的に除去される。
【0030】
当該第一の絶縁分離層10の前記除去は、図13において基体12上に形成されていることが示されている、最終的なメタライゼイションスタック構造22をもたらす。
【0031】
当該もたらされる構造は、メタルから単独に構成されると共に、究極の絶縁分離として利用可能な空気を含む、完成したメタライゼイション構造を有している。
【0032】
評価されるように、図1乃至4において、及びそれから図5乃至8においても示されているステップのセットは、所望されるならば、図13において示されている、ずっとより複雑なスタックの相互接続構造を形成するように繰り返され得る。とにかく、コンタクトホール層及びメタル相互接続層の各々に対して、一つのメタライゼイションステップだけしか必要とされないので、図13において示されている前記構造に対して、示されている前記メタライゼイションスタックをもたらすために二つの当該メタライゼイションステップしか必要とされていないことは評価されるべきである。
【0033】
すなわち、第一のリソグラフィックステップ(lithographic step)は、前記構造におけるコンタクト層をパターニングするために使用され、それから前記シード層の供給に後続して、第二のリソグラフィックステップは、前記シード層が、メタル成長を妨げるよう所望される領域においてカバーされているため、自己整合の態様で成長する、いわゆる相互接続メタル層をパターニングするために使用され得る。
【0034】
図14は、本発明の方法の他の実施例における段階の断面図を示している。図15は、もたらされるデバイス24を示している。当該方法において、メタライゼイション層11は、基体12の表面1において規定されている。前記メタライゼイション層の堆積及びパターニングの後、前記もたらされる基体は平坦化される。しかしながら、このことは必要ではない。その後、第一の絶縁分離層10は、例えば化学気相成長法(Chemical Vapour Deposition)によって堆積される。第一の絶縁分離層10は、コンデンサ13が規定されるべき箇所のみにもたらされるようにパターニングされる。その後、シード層16がもたらされる。当該シード層16は、第一の絶縁分離層10をシールすると共に、露出しているメタライゼイション層11の領域上にもたらされる。フォトレジストとなる第二の絶縁分離層18が、スピンコーティング(spincoating)によって、シード層16の上にもたらされる。メタル領域20は、この場合例えば電気めっきで成長し得る。しかしながら、図14において示されているように、追加のシード層26及び追加の第二の絶縁分離層28がもたらされることは好ましい。追加のシード層26は、パターニングされないでもたらされる。追加の第二の絶縁分離層28は、第二の絶縁分離層18と同じパターンによりパターニングされる。すなわち、追加のフォトリソグラフィックマスクは必要とされない。
【0035】
メタル領域20を成長させた後、図示されていない第三及び第四の絶縁分離層10’及び18’と、図示されていない更なるシード層16’と、第二層のメタル領域20’とが設けられる。これは、図5乃至8に関して記載されているようにして実現される。その後、第二の絶縁分離層18及び28と、第三の絶縁分離層10’と、第四の絶縁分離層18’と、シード層16、26、及び16’とは、エッチングによって除去される。
【0036】
図15は、もたらされるデバイス24の断面図を示している。その中では、コンデンサ13が、前記メタライゼイション層における第一の電極111と、メタル領域における第二の電極201とで設けられている。第一の絶縁分離層10は、電極111と電極201との間の誘電体として設けられている。
【0037】
図16は、本発明の方法で製造される他のデバイス26の断面図を示している。当該実施例によれば、メタライゼイション層11は、基体12の表面1上に設けられる。その後、第一の絶縁分離層10及びシード層16が設けられる。図示されていない第二の絶縁分離層を設けた後、メタル領域20が形成される。メタル領域20を成長させた後、図示されていない第三及び第四の絶縁分離層10’及び18’と、更なるシード層16’と、第二層のメタル領域20’とが設けられる。これは、図5乃至8に関して記載されているようにして実現される。その後、第二の絶縁分離層18及び28と、第三の絶縁分離層10’と、第四の絶縁分離層18’と、シード層16、26、及び16’とは、エッチングによって除去される。その結果、マイクロエレクトロメカニカル素子が、第一の電極111と、第二の電極201’とで規定される。当該第二の電極201’は、第一の電極111に対向している。すなわち、メタライゼイション層11上の第二の電極201’の垂直な突起は、第一の電極111とほぼオーバラップしている。更に、前記突起はほぼフリーな状態で立っている(free−standing)ので、第一の電極111の方向に移動可能である。このことは、第四の絶縁分離層の適切なパターニングにおいて、すなわち、第二の電極201’が、ビア141は延在しない範囲で延在する、当該図の平面に対して垂直な方向において、実現される。当該ビア141は、第二層のメタル領域20’からメタル領域20へ延在する。メタル領域20が適切に規定されているので、メタライゼイション層11上のメタル領域20の垂直な突起は、第一の電極111をほぼフリーな状態にしている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化する半導体メタライゼイションプロセスにおける一つのステップを示している。
【図2】本発明を具体化する半導体メタライゼイションプロセスにおける他のステップを示している。
【図3】本発明を具体化する半導体メタライゼイションプロセスにおける他のステップを示している。
【図4】本発明を具体化する半導体メタライゼイションプロセスにおける他のステップを示している。
【図5】本発明の実施例による、更なる処理段階による類似のステップを示している。
【図6】本発明の実施例による、更なる処理段階による他の類似のステップを示している。
【図7】本発明の実施例による、更なる処理段階による他の類似のステップを示している。
【図8】本発明の実施例による、更なる処理段階による他の類似のステップを示している。
【図9】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る更なるステップを示している。
【図10】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る他の更なるステップを示している。
【図11】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る他の更なるステップを示している。
【図12】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る他の更なるステップを示している。
【図13】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る他の更なるステップを示している。
【図14】本発明の方法の第二の実施例におけるステップの断面図を示している。
【図15】第二の実施例からもたらされるデバイスの断面図を示している。
【図16】本発明の第三の実施例からもたらされるデバイスの断面図を示している。
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気スペースによって相互に分離されているメタル領域を備える電子デバイスを製造する方法であって、
−基体表面上に第一の絶縁分離層を形成するステップと、
−前記第一の絶縁分離層及び前記基体表面の露出した領域をカバーするようにメタルシード層を堆積するステップと、
−前記露出したシード層上に少なくとも一つのメタル領域を形成するステップとを有する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
当該方法は、米国特許US−A6037248から知られている。当該方法において、好ましくは、複数の絶縁分離層及びメタル領域が設けられ、前記絶縁分離層はフォトレジスト層である。メタル領域の各形成は、余分なメタル及び前記メタルシード層(metal seed layer)を除去するようにポリッシングステップ(polishing step)によって後続される。最終的に、前記絶縁分離層は、同時に除去される。
【0003】
複雑な構造であると共に、最終的な構造をもたらすために多数のメタル堆積及び処理ステップを使用することは、知られている方法の不利点である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の第一の目的は、最終的な構造をもたらすために低減された数の処理ステップを備える、冒頭の段落において記載されている種類の方法を提供することにある。
当該目的は、
−第二のパターニングされた絶縁分離層が、第二のパターンにより前記シード層上に形成され、前記第二のパターニングされた絶縁分離層の垂直な突起は、前記基体表面上において、前記第一の絶縁分離層とオーバラップを有するステップと、
−前記メタル領域が、前記第一の絶縁分離層及び前記第二の絶縁分離層によって規定される前記パターンを充填するように形成されるステップと、
−前記第二の絶縁分離層及び前記シード層が、前記メタル領域の形成後に除去され、それによって前記空気スペースを実現し、前記シード層は、前記メタル領域によってカバーされていない限り除去されるステップと
において達成される。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法において、メタル領域は、第一及び第二の絶縁分離層を設けた後に形成されるのみである。その後、又は、更なる絶縁分離層及び更なる層のメタル領域を設けた後、前記絶縁分離層は除去される。当該除去において、前記メタルシード層は、エッチング阻止層(etch stop layer)として作用する。それ故に、メタライゼイションステップ(metallisation step)の数及びポリッシングステップの数は、少なくとも半分に削減される。
【0006】
除去ステップの数は増加するが、エッチングが、特にポリッシングと比較して、うまく制御された、クリーン且つ迅速なプロセスステップなので劇的な増加とはならない。更に、本発明の方法は、いくつかの前記絶縁分離層が、所望されるならば、保持され得るという利点を有している。これにより、空気スペースで相互に分離されているメタル領域の構造内に機能性を有するエンティティの形成が可能となる。
【0007】
第一の実施例において、前記第一の絶縁分離層は、前記シード層の除去後に除去される。当該実施例において、前記知られている構造と同等の構造が実現される。当該実施例は、前記第一の絶縁分離層において形成される前記パターンが、前記基体表面に延在するビア又はコンタクトホールを含む場合、特に有利である。個別に信号を転送しなければならない前記ビアの間の容量性結合は、そのとき低減される。
【0008】
第二の実施例において、前記第一の絶縁分離層は除去されないで、保持される。好ましい場合において、メタライゼイション層(metallisation layer)は、前記第一の絶縁分離層の下部に設けられる。これにより、前記構造において薄膜コンデンサのような素子の規定が可能となる。従って、第一の絶縁分離層が、高い誘電率、例えば7.0又はそれより高い比誘電率を有することは有利である。当該誘電率を有する物質としては、例えばSi3N4、Ta2O5、及びBaZrTiO3がある。他の物質は、当業者に知られている。他の素子としては、例えば2層インダクタがある。それによって、第一の絶縁分離層が、例えばフェライト及びフェライト粉末による複合材料等のような、高い磁化率(magnetic susceptibility)を有する物質を含むことは有利となる。
【0009】
更なる実施例において、前記方法は、前記第二の絶縁分離層の除去前に、
−前記メタル領域上に第三のパターニングされた絶縁分離層を形成するステップと、
−前記第三のパターニングされた絶縁分離層及び前記メタル領域の露出した領域をカバーするように追加のメタルシード層を堆積するステップと、
−第四のパターンにより前記追加のシード層上に第四のパターニングされた絶縁分離層を形成するステップと、
−前記第三の絶縁分離層及び前記第四の絶縁分離層によって規定される前記パターンを充填するように、前記露出したシード層上に第二層のメタル領域を形成するステップと、
−前記第四の絶縁分離層、前記形成された第二層のメタル領域によってカバーされていない範囲の前記追加のメタルシード層、及び前記第三の絶縁分離層を除去するステップと、
−当該実施例において、多層構造が設けられるステップと
を有する。当該多層構造は、集積回路用の相互接続構造として使用され得る。
【0010】
前記多層構造において、マイクロエレクトロメカニカル素子(microelectromechanical element)が規定される場合、有利となる。その中において、前記素子は、
−前記メタライゼイション層における第一の電極と、
−前記第一の電極に対向すると共にほぼフリーな状態で立っているので前記第一の電極の方向に移動可能な、第二層のメタル領域における第二の電極と、
−前記第二層のメタル領域から前記メタル領域へ延在すると共に電気的な接続及び機械的な支持をもたらし、前記メタライゼイション層上の前記メタル領域の垂直な突起が前記第一の電極とほぼオーバラップしていない、少なくとも一つのビアと
を有する。
【0011】
マイクロエレクトロメカニカル素子自体は、例えば国際特許出願第WO−A01/61848号から知られている。当該素子は、例えば、RF領域における用途のための同調可能なコンデンサ及びスイッチとして提案されている。当該実施例の場合、当該素子は、ディスクリート素子として製造されてもよく、若しくは受動ネットワークにおいて、又は集積回路の相互接続構造の内側に設けられてもよい。それによって、前記シード層は、前記下部の第一の絶縁分離層を保護するエッチング阻止層として使用され得る。好ましくは、前記第一の絶縁分離層は除去されないで、誘電層として作用するように保持される。その場合、前記素子は、誘電層をもたない場合の実施例と比較して同調範囲が非常に向上された同調可能なコンデンサとなる。代わりに、前記第一の絶縁分離層は、保護層及び/又は非突出層(anti−sticking layer)として作用するように選択されてもよい。それから当該絶縁分離層は導電性粉末さえ含み得る。これは、前記素子がスイッチとして使用されるべき場合に適している。
【0012】
前記多層構造の前記実施例において、前記第二及び第三の絶縁分離層が、単一のステップにおいて除去されることは好ましい。従って、当該絶縁分離層が、同じ物質(好ましくはフォトレジスト)を含んでいることは好ましい。前記シード層は、他の除去ステップにおいて除去される。前記除去は、好ましくは、エッチングによって行われる。前記シード層が、銅のような、前記メタル領域と同じ物質を含んでいる場合、又は前記シード層に対するエッチング用腐食液が前記メタル領域もエッチングする場合、前記パターンの前記精細度がそれに対して修正されることは好ましい。すなわち、前記パターンは、前記除去ステップの間にサイズ縮減が可能となるように、より大きく設計される。
【0013】
形成される前記多層構造は、平坦化された基体上に設けられてもよい。代わりに、前記基体は、前記多層構造が設けられるキャビティ(cavity)を含んでいてもよい。当該基体は、前記構造上にキャップ(cap)を設けるために使用され得る。また、当該構造の側壁(sidewall)が、追加の機械強度を提供してもよい。更に、スペーサ(spacer)及びキャッピング層が、前記多層構造にカバーを設けるために前記基体上に設けられてもよい。前記キャッピング層は、前記絶縁分離層と、一つ又はそれ以上のシード層との除去前に、前記メタル領域上に設けられてもよい。その場合、エッチングは、使用される前記エッチング用腐食液に対して耐性がなければならない。好適な組み合わせは、例えば、高分子フォトレジスト及び銅のメタル層を備えるセラミック又はシリコン酸化物のキャッピング層となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付図面に関連して、例のみによって以下更に記載されている。
【0015】
図面に関連して記載されている特定の実施例の説明に移る前に、本発明が、有利なことに、単一のメタライゼイションステップによって、バックエンドコンタクト(back−end contact)及びメタライゼイション層を処理する方法を提供し得ることは評価されるべきである。例えば、まずコンタクトホールがパターニングされる。これは、絶縁分離する低k誘電物質又はフォトレジスト層、若しくは、層の段階で除去され得る、同等の特性を備える他のいかなる物質においてもなされ得る。当該パターニングされた層に加えて、メタルシード層が堆積される。それから、前記メタライゼイション層が、前記コンタクトホールと同様にパターニングされる。以下、前記シード層は、前記コンタクトホール及び前記メタライゼイション層が十分に充填されるまで、前記メタルを選択的に成長させるために使用される。当該プロセスは、後続するコンタクト−メタル相互接続層を規定するためにここでも使用され得る。全ての前記コンタクト−メタル相互接続層が規定された後、前記メタル相互接続を規定しているトップの絶縁分離層は選択的に除去され得る。次に、薄いシード層は、選択的に除去され、それから、前記コンタクトホールを規定している下部の絶縁分離層が、もう一度除去されなければならない。これは、全ての成長するコンタクト−メタル段階に対して繰り返されなければならない。その結果、誘電物質(dielectric material)として空気を含む、完成した相互接続スタック(complete interconnect stack with air)がもたらされる。
【0016】
当該プロセスは、この場合詳細に記載される。
まず図1に注意を向けると、本発明を具体化するプロセスにおける最初のステップが示されており、パターニングされた第一の絶縁分離層10が、基体12上に設けられている。第一の絶縁分離層10は、フォトレジスト物質、誘電物質、又は、実際同等の特性を備える他の何れかの適切な物質を有することが可能であり、当該示されている例において、第一の絶縁分離層10は、下方の基体12に延在するコンタクトホール14を含むように、パターニングされている。
【0017】
図2に関して、当該実施例における次のステップが示されており、メタルシード層16は、第一の絶縁分離層10の上、及びコンタクトホール14内に堆積されている。当該シード層16は、例えば、メタルの標準的なめっき技術(metal standard plating technique)に基づき得る、後続するメタル成長のために導電性シード層としての役割を果たす。
【0018】
図3に関して、本発明の当該実施例における次のステップは、前述のシード層16上に形成される、第二のパターニングされた絶縁分離層18の形成を含んでいる。当該第二の絶縁分離層18は、示されている実施例においてパターニングされているので、絶縁分離されている部分のみが、前記第一の絶縁分離層10の前記パターニングに後続して残されたままとなっている第一の絶縁分離層10の部分上に位置されたままとなる。
【0019】
当該方法における、第一及び第二の絶縁分離層10及び18と、シード層16との形成により、第二の絶縁分離層18の残存する領域が、シード層16の下部領域をカバーする役割を果たし、その結果、当該カバーされた領域上において、後続するメタル成長を妨げることは評価されるであろうという点で、本発明の特に有利な特徴がもたらされる。
【0020】
標準的なメタルめっき技術によって形成されるメタル層の前記形成のようなメタライゼイションは、電解物質がまだ到達し得るシード層16の当該領域上に前記メタルを選択的に成長させるように行われる。この態様は、図4に示されており、図3に関する上記議論から、前記メタルが、コンタクトホール14内に成長し、コンタクトホール14の間に延在するメタルライン20を形成する役割も果たすことは評価されるであろう。
【0021】
形成される構造によって評価されると共に図3に示されるように、第二のパターニングされた絶縁分離層18の前記残存する領域の上部表面上にメタル成長は発生しないので、図4に示されている前記メタルの前記成長は、コンタクトホール14を効果的に充填する役割を果たすと共に、コンタクトホール14内に成長する前記メタルの間のコンタクトをもたらすメタルラインを規定する役割を果たす前記領域を効果的に充填する役割も果たす。図4において示されているように、前記コンタクトホール及びメタルライン領域は、有利なことに、自己整合の(self−aligned)態様で充填されるので、図4において示されているメタライズされた構造を実現するために、別個の平坦化ステップ(planarisation step)を取り入れることを容易に回避することが可能である。このことは、本発明を具体化している半導体メタライゼイションプロセスを簡略化する役割を果たす。
【0022】
前記絶縁分離層は、所望されるならば、当該段階で除去され得るので、堆積されたメタル20を有するシャロースタック(shallow stack)構造が残る。
【0023】
しかしながら、上記図1乃至4において示されているステップは、効果的に繰り返され得るので、層間に形成されるシード層をここでも備える、第一の絶縁分離層と第二の絶縁分離層との更なるセットが、図4において示されている前記構造上に形成される。
【0024】
コンタクトホール14’の更なるセットを設けるように第三の絶縁分離層10’が形成されると共にパターニングされる図5に関して、このことが示されており、後続して、図6において示されているように、更なるメタルシード層16’が、当該第三の絶縁分離層10’上及びコンタクトホール14’内に形成される。
【0025】
図7において示されているように、第四の絶縁分離層18’は、図7において示されているように残るようにシード層16’上に形成されると共にパターニングされ、図4に示されているステップの場合のように、第三の絶縁分離層10’と第四の絶縁分離層18’との当該更なるセットによって規定される当該更なる構造は、そのとき標準的なメタルめっき技術による。図8において示されているように、当該更なる単一のメタライゼイションステップは、更なるコンタクトホール14’内のメタルの形成をもたらすと共に、前述のように、第二層のメタル領域20も設ける。評価されることに、前記メタル層は、ここでも前記シード層が電解質と接触している部分で成長し、当該更なるメタライゼイション構造は、ここでも有利なことに、図8において示されている前記構造をもたらすために追加の平坦化ステップを必ずしも必要としない自己整合の態様で形成される。
【0026】
図9乃至13において示されているステップは、第一の絶縁分離層と第二の絶縁分離層との二つのセットの除去に関する。
【0027】
まず図9に関して、最上層、すなわち第四又は更に上の絶縁分離層18’は、下部の第三の絶縁分離層10’をシールドする役割を果たしているシード層16’を露出させるまで、何れかの標準的な技術によって除去され得る。当該露出したシード層部分は、前記下部の第三の絶縁分離層10’を露出させるように選択的に除去される。前記シード層は実質的に同じ物質から構成されているため、前記シード層の前記除去が、前記メタライゼイション構造ももたらすことは当然評価されるであろう。しかしながら、前記シード層を十分に取り去るように除去される物質の量と、従って前記メタライゼイション構造から除去される、前記対応する量とは、もたらされるメタル構造に重大な影響を一切及ぼさないであろう。
【0028】
更なるシード層16’の除去に後続して、前記第三の絶縁分離層10’と、前記層の第一のセットの下部の第二の絶縁分離層18とは、それから、下部の最初の第一の絶縁分離層10をシールドしている最初のシード層16が、それから図11において示されているように露出するまで、除去される。
【0029】
ここでも前記露出した最初のシード層16は、図12に示されているように、図12において示されている態様で最初の第一の絶縁分離層10を露出させるように選択的に除去される。
【0030】
当該第一の絶縁分離層10の前記除去は、図13において基体12上に形成されていることが示されている、最終的なメタライゼイションスタック構造22をもたらす。
【0031】
当該もたらされる構造は、メタルから単独に構成されると共に、究極の絶縁分離として利用可能な空気を含む、完成したメタライゼイション構造を有している。
【0032】
評価されるように、図1乃至4において、及びそれから図5乃至8においても示されているステップのセットは、所望されるならば、図13において示されている、ずっとより複雑なスタックの相互接続構造を形成するように繰り返され得る。とにかく、コンタクトホール層及びメタル相互接続層の各々に対して、一つのメタライゼイションステップだけしか必要とされないので、図13において示されている前記構造に対して、示されている前記メタライゼイションスタックをもたらすために二つの当該メタライゼイションステップしか必要とされていないことは評価されるべきである。
【0033】
すなわち、第一のリソグラフィックステップ(lithographic step)は、前記構造におけるコンタクト層をパターニングするために使用され、それから前記シード層の供給に後続して、第二のリソグラフィックステップは、前記シード層が、メタル成長を妨げるよう所望される領域においてカバーされているため、自己整合の態様で成長する、いわゆる相互接続メタル層をパターニングするために使用され得る。
【0034】
図14は、本発明の方法の他の実施例における段階の断面図を示している。図15は、もたらされるデバイス24を示している。当該方法において、メタライゼイション層11は、基体12の表面1において規定されている。前記メタライゼイション層の堆積及びパターニングの後、前記もたらされる基体は平坦化される。しかしながら、このことは必要ではない。その後、第一の絶縁分離層10は、例えば化学気相成長法(Chemical Vapour Deposition)によって堆積される。第一の絶縁分離層10は、コンデンサ13が規定されるべき箇所のみにもたらされるようにパターニングされる。その後、シード層16がもたらされる。当該シード層16は、第一の絶縁分離層10をシールすると共に、露出しているメタライゼイション層11の領域上にもたらされる。フォトレジストとなる第二の絶縁分離層18が、スピンコーティング(spincoating)によって、シード層16の上にもたらされる。メタル領域20は、この場合例えば電気めっきで成長し得る。しかしながら、図14において示されているように、追加のシード層26及び追加の第二の絶縁分離層28がもたらされることは好ましい。追加のシード層26は、パターニングされないでもたらされる。追加の第二の絶縁分離層28は、第二の絶縁分離層18と同じパターンによりパターニングされる。すなわち、追加のフォトリソグラフィックマスクは必要とされない。
【0035】
メタル領域20を成長させた後、図示されていない第三及び第四の絶縁分離層10’及び18’と、図示されていない更なるシード層16’と、第二層のメタル領域20’とが設けられる。これは、図5乃至8に関して記載されているようにして実現される。その後、第二の絶縁分離層18及び28と、第三の絶縁分離層10’と、第四の絶縁分離層18’と、シード層16、26、及び16’とは、エッチングによって除去される。
【0036】
図15は、もたらされるデバイス24の断面図を示している。その中では、コンデンサ13が、前記メタライゼイション層における第一の電極111と、メタル領域における第二の電極201とで設けられている。第一の絶縁分離層10は、電極111と電極201との間の誘電体として設けられている。
【0037】
図16は、本発明の方法で製造される他のデバイス26の断面図を示している。当該実施例によれば、メタライゼイション層11は、基体12の表面1上に設けられる。その後、第一の絶縁分離層10及びシード層16が設けられる。図示されていない第二の絶縁分離層を設けた後、メタル領域20が形成される。メタル領域20を成長させた後、図示されていない第三及び第四の絶縁分離層10’及び18’と、更なるシード層16’と、第二層のメタル領域20’とが設けられる。これは、図5乃至8に関して記載されているようにして実現される。その後、第二の絶縁分離層18及び28と、第三の絶縁分離層10’と、第四の絶縁分離層18’と、シード層16、26、及び16’とは、エッチングによって除去される。その結果、マイクロエレクトロメカニカル素子が、第一の電極111と、第二の電極201’とで規定される。当該第二の電極201’は、第一の電極111に対向している。すなわち、メタライゼイション層11上の第二の電極201’の垂直な突起は、第一の電極111とほぼオーバラップしている。更に、前記突起はほぼフリーな状態で立っている(free−standing)ので、第一の電極111の方向に移動可能である。このことは、第四の絶縁分離層の適切なパターニングにおいて、すなわち、第二の電極201’が、ビア141は延在しない範囲で延在する、当該図の平面に対して垂直な方向において、実現される。当該ビア141は、第二層のメタル領域20’からメタル領域20へ延在する。メタル領域20が適切に規定されているので、メタライゼイション層11上のメタル領域20の垂直な突起は、第一の電極111をほぼフリーな状態にしている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化する半導体メタライゼイションプロセスにおける一つのステップを示している。
【図2】本発明を具体化する半導体メタライゼイションプロセスにおける他のステップを示している。
【図3】本発明を具体化する半導体メタライゼイションプロセスにおける他のステップを示している。
【図4】本発明を具体化する半導体メタライゼイションプロセスにおける他のステップを示している。
【図5】本発明の実施例による、更なる処理段階による類似のステップを示している。
【図6】本発明の実施例による、更なる処理段階による他の類似のステップを示している。
【図7】本発明の実施例による、更なる処理段階による他の類似のステップを示している。
【図8】本発明の実施例による、更なる処理段階による他の類似のステップを示している。
【図9】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る更なるステップを示している。
【図10】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る他の更なるステップを示している。
【図11】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る他の更なるステップを示している。
【図12】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る他の更なるステップを示している。
【図13】図5乃至8の前記ステップに後続して使用され得る他の更なるステップを示している。
【図14】本発明の方法の第二の実施例におけるステップの断面図を示している。
【図15】第二の実施例からもたらされるデバイスの断面図を示している。
【図16】本発明の第三の実施例からもたらされるデバイスの断面図を示している。
Claims (9)
- 空気スペースによって相互に分離されているメタル領域を備える電子デバイスを製造する方法であって、
−基体表面上に、パターニングされた第一の絶縁分離層を形成するステップと、
−前記第一の絶縁分離層及び前記基体表面の露出した領域をカバーするようにメタルシード層を堆積するステップと、
−前記露出したシード層上に前記メタル領域を形成するステップと
を有する方法において、
−第二のパターニングされた絶縁分離層が、第二のパターンにより前記シード層上に形成され、前記第二のパターニングされた絶縁分離層の垂直な突起は、前記基体表面上において、前記第一の絶縁分離層とオーバラップを有するステップと、
−前記メタル領域が、前記第一の絶縁分離層及び前記第二の絶縁分離層によって規定される前記パターンを充填するように形成されるステップと、
−前記第二の絶縁分離層及び前記シード層が、前記メタル領域の形成後に除去され、前記除去によって前記空気スペースを実現し、前記シード層は、前記メタル領域によってカバーされていない限り除去されるステップと
を有することを特徴とする方法。 - 前記シード層の除去後、前記第一の絶縁分離層が除去されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第一のパターニングされた絶縁分離層を形成する前に、メタライゼイション層がもたらされることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- コンデンサが、前記メタライゼイション層における第一の電極と、メタル領域における第二の電極と、7.0より高い比誘電率を有する中間誘電体としての前記第一の絶縁分離層とにより形成されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記第二の絶縁分離層の除去前に、
−前記メタル領域上に第三のパターニングされた絶縁分離層を形成するステップと、
−前記第三のパターニングされた絶縁分離層及び前記メタル領域の露出した領域をカバーするように追加のメタルシード層を堆積するステップと、
−第四のパターンにより前記追加のシード層上に第四のパターニングされた絶縁分離層を形成するステップと、
−前記第三の絶縁分離層及び前記第四の絶縁分離層によって規定される前記パターンを充填するように、前記露出したシード層上に第二層のメタル領域を形成するステップと、
−前記第四の絶縁分離層、前記形成された第二層のメタル領域によってカバーされていない範囲の前記追加のメタルシード層、及び前記第三の絶縁分離層を除去するステップと
を有することを特徴とする請求項1又は3に記載の方法。 - −前記メタライゼイション層における第一の電極と、
−前記第一の電極に対向すると共にほぼフリーな状態で立っているので前記第一の電極の方向に移動可能な、第二層のメタル領域における第二の電極と、
−前記第二層のメタル領域から前記メタル領域へ延在すると共に電気的な接続及び機械的な支持をもたらし、前記メタライゼイション層上の前記メタル領域の垂直な突起が前記第一の電極とほぼオーバラップしていない、少なくとも一つのビアと
を有するマイクロエレクトロメカニカル素子が規定されることを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 前記第二及び第三の絶縁分離層が単一のステップにおいて除去されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記第一の絶縁分離層において形成される前記パターンが、前記基体表面に延在するビア又はコンタクトホールを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記基体が複数の半導体素子を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
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