JP3630305B2 - 音響ミラーおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、限定周波数領域の音響波を反射する音響ミラーに関するものである。
【0001】
このような音響ミラーは、例えば「薄膜バルク音響共鳴装置梯子フィルターの感度分析」1997年、737頁(B.Olutade et al., IEEE International Frequency Control Symposium 1997,737)において記述されている。音響ミラーは、交互に高低の音響インピーダンスを有する薄膜の堆積から構成されている。薄膜の厚さは、例えば、各薄膜で反射するべき音響波の波長の1/4である。音響ミラーを他の構成素子と共にチップに集積できるように、音響ミラーの製造は、シリコンプロセス技術とできるだけ互換性があるのが好ましい。
【0002】
「層間絶縁膜の表面平坦化のための窒化物マスク研磨(NMP)技術」1992年、533頁(Y.Hayashi et al., Ext. Abstr. of the 1992 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials, Tsukuba (1992)533)から、硼素・リンけい酸ガラス(BPSG)が、隆起したセルアレイとメモリーセル配列の周辺部とを被覆しており、この硼素・リンけい酸ガラスの層をできる限り平坦な面で実現するために、窒化シリコンの阻止層を、周辺部上にあるBPSG層の1部分上に付着させ、続いて化学機械研磨によって平坦化することが周知である。平坦化の前に、セルアレイの上のBPSGから成る層の1部は隆起している。この部分は、平坦化の時に、阻止層によって、周辺部上のBPSG層の部分に対して選択的に除去される。
【0003】
本発明の課題は、シリコンプロセス技術と互換性のある音響ミラーの製造方法と、従来技術と比較して特に高い反射率を示すことができる音響ミラーを提供することである。このような音響ミラーの製造方法をさらに説明する。
【0004】
本課題は、請求項1による音響ミラーと、請求項7による音響ミラーの製造方法とによって解決される。
【0005】
本発明の実施形態はさらに従属請求項に基づく。
【0006】
音響ミラーの層の音響インピーダンス間の差が大きければ大きいほど、反射率は一層高くなる。金属層は、特に高いインピーダンスを示す。金属層の使用により、音響ミラーの反射率は特に高いこともある。
【0007】
音響波は、絶縁層と金属層とから構成されている1つの堆積によって反射される。層の厚さによって満たされる反射条件は、例えば、特定の角度で基板に入射する特定の周波数の音響波を、層が特によく反射するということである。
【0008】
絶縁層、および金属層の厚さは、それぞれ基本的にはλ/4であるのが好ましい。このとき、λは、各層における音響波の波長である。この波長は、基板に直角に入射すると、特によく反射される。波の同じ周波数において、波長は、インピーダンスと、波が通過する材料の特定の厚さとに依存している。
【0009】
絶縁層は、低い音響インピーダンスを示す。一方、金属層は高い音響インピーダンスを示す。従って、金属層の厚さは、等しいのが好ましい。絶縁層にも同じことが該当する。しかし、絶縁層および金属層の厚さは通例は異なる厚さである。
【0010】
堆積の最下層は、例えば絶縁層の1つである。
【0011】
堆積の最上層は、金属層の1つであるのが好ましい。
【0012】
堆積の層は、基本的には同様に付着される。
【0013】
堆積の層の相互に隣り合う層は、相互に境界を接しているのが好ましい。相互に隣り合う層の間に、層と比較して大変薄い、拡散バリアなどの中間層が配列されていることもある。
【0014】
金属層は、少なくとも1つの窪みに生成されているので、基板よりも小さな水平面を示す。金属層が基板全面を被覆している音響ミラーと比較すると、金属層によって構成されている音響ミラーの容量はより小さい。
【0015】
基板全面を覆っている金属層は、高い層応力のため、基板の湾曲を生じる。金属層が厚ければ厚いほど、基板の湾曲は一層強い。本発明による音響ミラーでは、金属層が基板全面を覆っているのではなく、1つまたは複数の窪みにだけ配置されているので、基板の湾曲を回避できる。
【0016】
金属層は、それぞれまず全面的に析出される。続いて、化学機械研磨によって、金属層が各付属する窪みの内側に配置されるように形成される。化学機械研磨によって、金属は、フォトリソグラフィープロセスによってエッチングするよりも、よりよく形成される。この理由は、金属層が全面的に析出された後に基板が湾曲するからであり、この湾曲がフォトリソグラフィープロセスにおける問題に繋がる。例えば、強く湾曲すると、マスクの調節のための整合マークが見えなくなる。その上、基板が湾曲すると、フォトレジストからマスクを生成するための感光において、明瞭に結像することは、もはや不可能である。本発明による方法では、窪みはフォトリソグラフィー法によって、金属層の析出前に、つまり湾曲していない基板において生成される。窪みの形が金属層の形を決定する。
【0017】
本方法で、同様に基板上に生成される接点または導線を、補助層を対応させて形成し、このとき生成された窪みもしくは接点穴を、金属層の析出と化学機械研磨とにより充填することにより、同時に生成することが可能である。ここでも、湾曲していない基板において必要なリソグラフィーが行われる。
【0018】
金属層を囲む補助層を備えることにより、金属層が配置されている領域と、金属層の近くに配置されている領域との間に、高さの違いは全くない。または金属層がエッチングによって形成されると仮定した場合よりも、高さの違いは小さい。つまり、本発明による方法では、位相問題は生じない。これに対して、補助層と窪みとを使用せずに金属層を生成するためのフォトリソグラフィー法による金属層のエッチングでは、1つの段差が生成される。この段差は、更なる層の析出における問題、もしくは、生成された金属層の領域もその近くに配置された領域も感光されるフォトリソグラフィー法における問題に繋がる。特にフォトリソグラフィープロセス工程おいて、高さの違いが大きいことは問題である。なぜなら、フォトレジストの吹付けにおいて既に、厚さが変わらない均等な層は生成されないからである。このようなフォトリソグラフィー工程は、例えば音響ミラーの上に電極などを付着させるべき場合に必要である。
【0019】
他の更なる金属層が配置されていない窪みに、金属層の1つを配置することもできる。この場合、窪みを生成した後、金属層を析出させ、化学機械研磨で平坦化する。金属層の上に、更なる金属層を生成する場合、補助層の上に絶縁層の1つを生成し、その上に、窪みを備える1つの更なる補助層を生成する。この窪みは、補助層の窪みの上に配置されており、更なる補助層を分断する。更なる金属層は、更なる補助層の窪みに生成される。
【0020】
窪みの内側には、更なる金属層も、1つの絶縁層も配置されていない。金属層は化学機械研磨によって形成されるので、窪みの深さは均等であるか、もしくは形成された金属層の厚さよりも大きい。基本的には、金属層が窪みを充填することが好ましい。
【0021】
しかし、金属層の上表面は、補助層の上表面よりも深い位置にあることがある。この場合、基本的には金属層とその上に配置された絶縁層の1部が、窪みを充填する。この絶縁層は、補助層と金属層との上に配置されているので、この場合も、絶縁層は、窪みの内側には配置されていない。絶縁層の1部だけが、窪みの内側に配置されている。
【0022】
例えば、全ての金属層を、それぞれ1つの窪みに生成することができる。窪みは、積み重なって配置されている。絶縁層の1つが、各2つの補助層の間に配置されている。
【0023】
プロセス経費を削減するために、金属層の少なくとも2つと、これら金属層の間に配置された絶縁層の1つとを、同じ窪みに生成すると好ましい。このため、窪みを生成した後、まず金属層を、そして絶縁層を、そして更なる金属層を全面的に析出させる。その後、金属層と絶縁層とを、1つの工程で化学機械研磨することにより、両金属層および絶縁層の、窪みの外側に配置された部分が除去されるまで平坦化する。
【0024】
窪みに生成された層の最下層は、絶縁層のもう1つ他の層、または両金属層の1つである。
【0025】
音響ミラーの反射率を上げるために、複数の金属層も同じ窪みに生成する。このために、補助層を、より厚く構成しなければならない。そして、更なる絶縁層と金属層とを析出させなければならない。
【0026】
窪みの深さは、窪みの内側に配置された全ての層を合計した厚さより大きい、もしくは同じである。
【0027】
金属層の水平面の大きさは、例えば(20*20)μm〜(400*400)μmである。このように大きな面では、化学機械研磨の際に、ディシングと呼ばれる効果が生じる。このとき、より大きな領域を薄くすると、外側にある部分よりも中央部が大幅に除去される。ディシングを防止するために、化学機械研磨の際に露出する金属層の上に、阻止層を付着させると好ましい。阻止層の厚さは、30nm〜100nm、または、金属層の厚さの少なくとも1/5である。阻止層は、金属の化学機械研磨でほとんど研磨されない材料から構成されている。窪みの外側に配置された阻止層の部分を除去する。続いて金属層を、阻止層に対して選択的に化学機械研磨する。このとき、阻止層が、ディシングによって窪みの内側の金属層の1部をも削り取ってしまうことを防止する。このとき、窪みの深さが、阻止層を含む、配置された全ての層の合計以上でなくてはならない。
【0028】
複数の金属層を同じ窪みに生成すると、阻止層は、最も上の金属層を覆う。
【0029】
阻止層は、例えばチタン、TiN、または窒化シリコンから構成されている。
【0030】
阻止層は、例えば化学機械研磨によって形成される。あるいは、阻止層は、フォトリソグラフィー法によって形成される。このとき、例えばドライエッチングが方法として適当である。
【0031】
金属層の形成の後、その上に配置した阻止層を除去する。
【0032】
金属層は、例えばタングステンから構成されている。あるいは、金属層はモリブデン、または白金から構成されている。
【0033】
絶縁層は、例えばSiO、または窒化シリコンから構成されている。
【0034】
補助層は、例えばSiO、または窒化シリコンから構成されている。
【0035】
窪みが規定された深さとなるように、補助層は絶縁層に対して選択的にエッチング可能になっている。窪みを生成するため、補助層を絶縁層に対して選択的にエッチングする。
【0036】
あるいは、補助層とその下に配置された絶縁層との間に、エッチトップ層を生成する。このエッチストップ層は、補助層に対して選択的にエッチングすることが可能である。窪みを生成するため、補助層をエッチストップ層に対して選択的に、エッチストップ層の1部が露出するまでエッチングする。
【0037】
エッチストップ層の部分は、続いて除去される、あるいは絶縁層の部分として機能する。
【0038】
2つ、または3つの金属層を備えるのが好ましい。
【0039】
本発明の実施形態を、図を参考に以下で詳述する。
【0040】
図は縮尺通りではない。
【0041】
第1の実施形態において、原材料としてシリコンの第1基板1を示す。(図1参照)。
【0042】
第1基板1の上に、厚さ約0.8μmの第1絶縁層I1を、SiOから生成する。(図1参照)。
【0043】
第1絶縁層I1の上に、厚さ約100nmの第1エッチストップ層A1を、窒化シリコンから生成する。その上に、厚さ約0.9μmの第1補助層H1を、SiOから生成する。(図1参照)。
【0044】
第1フォトレジストマスク(図示されていない)を用いて第1補助層H1の中に第1窪みV1を生成するが、まずSiOを窒化シリコンに対して選択的に、エッチストップ層の1部が露出するまでエッチングし、続いて、エッチストップ層A1の部分を、SiOに対して選択的に除去することにより、第1窪みV1を生成する。第1窪みV1は、第1補助層H1とエッチストップ層A1とを分断する。第1窪みV1は、側長が約200μmの正方形の水平断面を示す。(図1参照)。第1窪みV1は、第1絶縁層I1まで達する。
【0045】
第1金属層M1を生成するため、タングステンを厚さ約0.7μmで析出させる(図1参照)。その上に、厚さ約50nmの第1阻止層S1をチタンから生成する。
【0046】
第1阻止層S1を、第1金属層M1に対して選択的に化学機械研磨することにより、第1窪みV1の外側に配置された、第1阻止層S1の部分を除去する(図2参照)。
【0047】
続いて、第1金属層M1を、第1補助層H1と阻止層S1とに対して選択的に化学機械研磨することにより、第1窪みV1の外側に配置された、第1金属層M1の部分が除去されるまで平坦化する(図3参照)。形成された第1金属層M1、および形成された第1阻止層S1は、第1窪みV1の内側に配置されている。
【0048】
第1補助層H1、および第1阻止層S1で被覆された第1金属層M1の上に、厚さ約1.6μmの第2絶縁層I2をSiOから生成する(図4参照)。
【0049】
その上に、厚さ約100nmの第2エッチストップ層A2を、窒化シリコンから生成する。その上には、厚さ約0.9μmの第2補助層H2をSiOから生成する。第1補助層H1におけるのと同様に、この第2補助層H2の中に第2窪みV2を生成する。第2窪みV2は、第1窪みV1と同様に整形されて、第1窪みV1の真上に配置されている。
【0050】
その後、厚さ約0.7μmの第2金属層M2をタングステンから生成し、その上に厚さ約50nmの第2阻止層S2をチタンから生成する(図4参照)。第1阻止層S1および第1金属層M1と同様に、第2阻止層S2および第2金属層M2を、化学機械研磨により形成する(図4参照)。
【0051】
既述の方法により、音響ミラーが生成される。第1絶縁層I1、第1金属層M1,第2絶縁層I2,および第2金属層M2により、周波数約1.8GHzの音響波が基板上に垂直に入射すると、特によく反射される。
【0052】
第2実施形態において、原材料としてシリコンの第2基板2を示す(図5参照)。
【0053】
第2基板2の上に、厚さ約0.8μmの第1絶縁層I1’をSiOから生成する。
【0054】
第1絶縁層I1’の上に、厚さ約100nmの第1エッチストップ層A1’を窒化シリコンから生成する。その上に、厚さ約2.7μmの第1補助層H’をSiOから生成する(図5参照)。
【0055】
第1フォトレジストマスク(図示されていない)により、第1補助層H’が形成される。このときまずSiOを窒化シリコンに対して選択的に、第1エッチストップ層A1’の1部が露出するまでエッチングする。続いて、エッチストップ層A1’の部分を除去する。このことにより、第1補助層H’の中に第1窪みV’が生成される。この第1窪みV’は、第1絶縁層I1’まで達し、正方形の水平断面で、側長は約200μmである。
【0056】
続いて、厚さ約0.7μmの第1金属層M1’をタングステンから生成する。その上に、厚さ約0.8μmの第2絶縁層I2’をSiOから生成する。その上に厚さ約0.7μmの第2金属層M2’をタングステンから生成する。(図5参照)。
【0057】
第2金属層M2’の上に、厚さ約50nmの第1阻止層S’をチタンから生成する。
【0058】
第2フォトレジストマスク(図示されていない)を用いて、第1阻止層S’を、第1窪みV’の外側に配置された、第1阻止層S’の部分が除去されるように形成する。(図5参照)。
【0059】
続いて、第2金属層M2’、第2絶縁層I2’,および第1金属層M1’を、第1阻止層S’と、第1補助層H’とに対して選択的に化学機械研磨することによって、第2金属層M2’、第2絶縁層I2’、および第1金属層M1’の第1窪みV’の外側に配置された部分が除去されるまで平坦化する(図6参照)。
【0060】
その後、厚さ約0.8μmの第3絶縁層I3’をSiOから生成する。第3絶縁層I3’の上に、厚さ約100nmの第2エッチストップ層A2’を窒化シリコンから生成する。その上に、厚さ約0.9μmの第2補助層H”をSiOから生成する。第3フォトレジストマスク(図示されていない)を用いて、第2補助層H”を形成する。このとき、第2補助層H”の中に第3絶縁層I3’まで達する第2窪みV”が生成される。
【0061】
続いて、厚さ約0.7μmの第3金属層M3’をタングステンから生成する。第3金属層M3’の上に、厚さ約50nmの第2阻止層S”をチタンから生成する(図7参照)。第4フォトレジストマスク(図示されていない)を用いて、第2窪みV”の外側に配置された、第2阻止層S”の部分が取り除かれるように、第2阻止層S”を形成する。続いて、第3金属層M3’を、第2阻止層S”と第2補助層H”とに対して選択的に化学機械研磨することにより、第2窪みV”の外側に配置された、第3金属層M3’の部分が除去されるまで平坦化する。
【0062】
この方法によって音響ミラーが生成される。この方法では、音響波は、第1絶縁層I1’、第1金属層M1’、第2絶縁層I2’,第2金属層M2’,第3絶縁層I3’,および第3金属層M3’によって反射される。
【0063】
第1金属層M1’は、第1窪みV’を充填せずに、第1窪みV’の底と側面とを被覆している。
【0064】
本発明の範囲内における多くの実施形態の変形が考えられる。例えば既述の層および窪みの寸法を、各必要条件に応じて合わせることができる。より大きなもしくはより小さな波長の音響波を反射するためには、第1絶縁層、第2絶縁層、第1金属層、第2金属層の厚さを、厚くもしくは薄く選択する。よりよい反射率のために、2つ以上もしくは3つ以上の絶縁層と、2つもしくは3つの金属層を生成する。阻止層は化学機械研磨の後で除去される。金属層、補助層、阻止層、エッチストップ層、および絶縁層のために他の材料を選択することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1絶縁層、第1エッチストップ層、第1補助層、第1窪み、第1金属層、および第1阻止層が生成された後の第1基板の断面を示す図である。
【図2】図1から阻止層が形成された後の断面を示す図である。
【図3】図2から第1金属層が形成された後の断面を示す図である。
【図4】図3から第2絶縁層、第2エッチストップ層、第2補助層、第2窪み、第2金属層、および第2阻止層が生成された後の断面を示す図である。
【図5】第1絶縁層、第1エッチストップ層、補助層、窪み、第1金属層、第2絶縁層、第2金属層、および阻止層が生成された後の第2基板の断面を示す図である。
【図6】図5から第1金属層、第2絶縁層、および第2金属層が形成された後の断面を示す図である。
【図7】図6からもう1つの更なる絶縁層、第2エッチストップ層、もう1つの更なる補助層、もう1つの更なる金属層、およびもう1つの更なる阻止層が生成された後の断面を示す図である。

Claims (13)

  1. 少なくとも2つの絶縁層(I1,I2)と、少なくとも2つの金属層(M1,M2)とが、基板上に交互に積み重なって配置されており、
    上記絶縁層(I1,I2)はほぼ同じ厚さであり、
    上記金属層(M1,M2)はほぼ同じ厚さであり、
    上記絶縁層(I1,I2)および上記金属層(M1,M2)の厚さは反射条件を満たしており、
    少なくとも上記金属層(M1,M2)は、補助層(H1,H2)の少なくとも1つの窪み(V1,V2)の内側に配置されている
    音響ミラー。
  2. 少なくとも2つの補助層(H1,H2)を備え、前記補助層(H1,H2)の中に各1つの窪み(V1,V2)が配置されており、
    上記補助層(H1,H2)の窪み(V1,V2)は積み重なって配置されており、
    上記補助層(H1,H2)の各2つの間に絶縁層(I2)の1つが配置されており、
    上記金属層(M1)の少なくとも1つは、他の更なる金属層(M2)が配置されていない、補助層(H1)の窪み(V1)の内側に配置されており、
    上記窪み(V1)は補助層(H1)を分断し、
    上記補助層(H1)は絶縁層(I1)の1つの上に配置されており、
    上記金属層(M2)の少なくとも1つの他の層は、補助層(H2)の1つの他の層の窪み(V2)の内側に配置されている
    請求項1に記載の音響ミラー。
  3. 金属層(M1’,M2’)の少なくとも2つと、上記金属層(M1’,M2’)の間に配置された絶縁層(I2’)の1つとは、同じ窪み(V’)の内側に配置されており、
    上記の同じ窪み(V’)の内側に配置された上記層(M1’)の最下層が、基本的には窪み(V’)の底面と側面とを完全に被覆していることにより、最下層(M1’)の中央領域は沈下している
    請求項1または2に記載の音響ミラー。
  4. 上記金属層(M1)の少なくとも1つの上で、窪み(V1)の内側に1つの阻止層(S1)が生成されており、金属層(M1)の配置された窪み(V1)の内側には更なる金属層がなく、
    上記窪み(V1)の深さは、窪み(V1)に配置された全ての層(M1,S1)の厚さの合計以上である
    請求項1ないし3の何れかに記載の音響ミラー。
  5. 上記絶縁層(I1)の少なくとも1つと、その上に配置された補助層(H1)の1つとの間に、エッチストップ層(A1)が配置されている
    請求項1ないし4の何れかに記載の音響ミラー。
  6. 上記金属層(M1,M2)はタングステンから構成されており、
    上記絶縁層(I1,I2)はSiO、または窒化シリコンから構成されている
    請求項1ないし5の何れかに記載の音響ミラー。
  7. 少なくとも2つの絶縁層(I1,I2)と、少なくとも2つの金属層(M1,M2)とを、基板上に交互に積み重ねて生成し、
    上記絶縁層(I1,I2)をほぼ同じ厚さで生成し、
    上記金属層(M1,M2)をほぼ同じ厚さで生成し、
    上記絶縁層(I1,I2)および上記金属層(M1,M2)の厚さは反射条件を満たしており、
    上記金属層(M1,M2)を、それぞれ、中に窪み(V1,V2)が生成される少なくとも1つの補助層(H1,H2)を生成した後、析出させ、化学機械研磨によって、窪み(V1,V2)の外側に配置された、各金属層(M1,M2)の部分が除去されるまで平坦化して生成する
    音響ミラーの製造方法。
  8. 少なくとも2つの補助層(H1,H2)を生成し、上記補助層(H1,H2)の中に、各1つの窪み(V1,V2)を、補助層(H1,H2)の窪み(V1,V2)が積み重なって配置されるように生成し、
    上記補助層(H1,H2)の各2つの間に絶縁層(I2)の1つを生成し、
    上記金属層(M1)の少なくとも1つを、他の更なる金属層が生成されていない、補助層(H1)の窪み(V1)に生成し、
    上記窪み(V1)が補助層(H1)を分断し、
    上記補助層(H1)を絶縁層(I1)の1つの上に生成し、
    上記金属層(M2)の少なくとも1つの更なる層を、補助層(H2)の一つの更なる層の窪み(V2)の内側に生成する
    請求項7に記載の方法。
  9. 上記絶縁層(I2)の1つの更なる層を補助層(H1)上に生成し、
    更なる補助層(H2)を上記の更なる絶縁層(I2)の上に生成し、
    上記の更なる補助層(H2)の中に生成される窪み(V2)は第2絶縁層(I2)まで達し、
    上記の更なる金属層(M2)を析出させ、化学機械研磨によって更なる補助層(H2)の窪み(V2)の外側に配置された、更なる金属層(M2)の部分が除去されるまで平坦化する
    請求項8に記載の方法。
  10. 上記窪み(V’)の生成の後、金属層(M1’,M2’)の少なくとも2つと、上記金属層(M1’,M2’)間に配置される絶縁層(I2’)の1つとを析出させ、
    両金属層(M1’,M2’)と絶縁層(I2’)とを化学機械研磨によって、金属層(M1’,M2’)および絶縁層(I2’)の、窪み(V’)の外側に配置された部分が除去されるまで平坦化する
    請求項7ないし9の何れかに記載の方法。
  11. 析出の後、そして平坦化の前に、上記金属層(M1)の少なくとも1つの上で、窪み(V1)の内側に1つの阻止層(S1)を付着させ、金属層(M1)の生成された窪み(V1)の内側には更なる金属層は生成されておらず、
    窪み(V1)の深さは、窪み(V1)に配置された全ての層(M1,S1)の厚さの合計以上であり、
    窪み(V1)の外側に配置されている阻止層(S1)の部分を除去し、
    金属層(M1)を、阻止層(S1)に対して選択的に化学機械研磨することによって平坦化する
    請求項7ないし10の何れかに記載の方法
  12. 上記絶縁層(I1)の少なくとも1つと、その上に配置された補助層(H1)の1つとの間に、エッチストップ層(A1)を生成する
    請求項7ないし11の何れかに記載の方法。
  13. 上記金属層(M1,M2)をタングステンから生成し、
    上記絶縁層(I1,I2)をSiOまたは窒化シリコンから生成する
    請求項7ないし12の何れかに記載の方法。
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