JP7381820B2

JP7381820B2 - モリブデン層における傾斜した終端及び製造方法

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Publication number: JP7381820B2
Application number: JP2021087329A
Authority: JP
Inventors: ジアンネン; コストナースチュワートエリザベス; エスデラスニコラス
Original assignee: テキサスインスツルメンツインコーポレイテッド
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2036-04-11
Also published as: JP2018514156A; WO2016164877A1; JP2021129115A; US20160300693A1; CN107949904A; US9660603B2

Description

集積回路における幾つかの構成要素は、モリブデン（Ｍｏ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、及びアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）を含む幾つかの層から製造される。このようなデバイスの一つは、モリブデン、チタンタングステン、及び窒化アルミニウムの層から製造されるスタックを有する、バルク音響波（ＢＡＷ）デバイスである。アルミニウム窒化物は、音響共振器にわたって電極として働くモリブデンの層を備える音響共振器を形成する。

記載される例において、モリブデン層の傾斜した終端を製造する方法が、モリブデン層を提供すること、及びモリブデン層にフォトレジスト材料をつけることを含む。フォトレジスト材料は、エッジ部を有するレジストマスクを生成するため、脱焦点（デフォーカス：ｄｅｆｏｃｕｓ）状態下に曝露される。モリブデン層は、結果としてモリブデン層の傾斜した終端となるように、レジストマスクの少なくとも端部においてエッチングされる。

アルミニウム窒化物ピエゾベースのバルク音響波デバイスの側部破断図である。

図１のバルク音響波デバイスにおけるモリブデン終端の拡大図である。

図１のバルク音響波デバイスにおける別のモリブデン終端の拡大図である。

モリブデン終端に近接して形成されるシームの拡大図である。

製造されるプロセスにおける図１のバルク音響波デバイスの側部破断図である。

フォトリソグラフィ工程及びレジスト材料の残りの部分の除去を適用した後の図５のデバイスの側部破断図である。

エッチング後の図６のデバイスの側部破断図である。

モリブデン層において傾斜した終端を製造するための方法の一実施例を図示するフローチャートである。

記載される例において、複数の層を有するスタックによって、構成要素が集積回路上に製造される。これらのデバイスは、スタック内のモリブデン層の終端において又は終端の近くにおいて、クラック及びシームの影響を受け易い。例えば、スタックにおける一つ又は複数の層としてモリブデンを有するデバイスは、モリブデン層がスタックにおいて鋭角で終端する箇所においてクラック又はシームの影響を受け易い。この鋭い角度は、スタックにおける他の材料を弱くし、クラックを形成させ、これは、スタックを介して伝搬し得る。幾つかの状況において、鋭い角度は、シーム又は折り目（ｆｏｌｄｓ）を形成させ、これもまた、スタックを介して伝搬する。クラック及びシームはいずれも、スタックが置かれている構成要素の欠陥となり得る。本明細書に記載されるデバイス及び方法は、モリブデン層の終端における角度を低減し、これにより、スタックにおいて形成するクラック及びシームの可能性が低減される。

複数層を有するスタックを備えて製造される構成要素の一例は、バルク音響波（ＢＡＷ）デバイスである。図１は、複数の層から製造されるアルミニウム窒化物ピエゾベースの（ＢＡＷ）デバイス１００の一例である。ＢＡＷデバイス１００は、図示しない一層大きな集積回路の一部であり得る。これらの層は、ＢＡＷデバイス１００が位置する領域に近接する高まり（ｒｉｓｅ）となる、スタック１０２を形成する。音響共振器１０６が、スタック１０２内に形成される。図１の例において、共振器１０６は、モリブデンから形成される頂部電極１１２と、同じくモリブデンから形成される底部電極１１４との間に挟まれるアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）層１１０を含む。頂部及び底部電極１１２及び１１４は、スタック１０２内に製造される層である。本明細書に記載される層は、膜と称されることもある。図１の例では、酸化物層１１６が、頂部電極１１２とＡｌＮ膜１１０との間に位置し、共振器１０６のための温度補償層として機能する。幾つかの実施例において、ＢＡＷデバイス１００は酸化物層１１６を含まない。音波が、共振器１０６内で共振するために頂部電極１１２と底部電極１１４との間で反射する。

スタック１０２は、上部ブラッグミラー１２０及び下部ブラッグミラー１２２を含む。ブラッグミラー１２０及び１２２は、共振器１０６からエネルギーが逃げないようにし、また、従来の共振器仕様を達成するように機能する。下部ブラッグミラー１２２は、複数の交互の層又は膜により形成され、これらは、図１の例において、チタンタングステン及び酸化物の交互の層である。図１の下部ブラッグミラー１２２は第１の酸化物層１３０を有し、第１の酸化物層１３０は、底部電極１１４に隣接し、ＢＡＷデバイス１００の長さ延在する。第１の酸化物層１３０と第２の酸化物層１３４との間に第１のチタンタングステン層１３２が位置する。第２の酸化物層１３４は、第１の酸化物層１３０と同様、ＢＡＷデバイス１００の長さ延在する。第２のチタンタングステン層１３６が、第２の酸化物層１３４と第３の酸化物層１３８間に位置する。基板（図示せず）が、第３の酸化物層１３８の下に位置し、これは、その上にＢＡＷデバイス１００が製造されるシリコンなどの材料である。第１のチタンタングステン層１３２及び第２のチタンタングステン層１３６は、いずれも、共振器１０６の下に位置し、共振器１０６の端部に近接して終端する。幾つかの実施例において、シード層（図１には示していない）が、第１の酸化物層１３０と底部電極１１４との間に位置する。

上部ブラッグミラー１２０は、下部ブラッグミラー１２２を形成する層に類似する又はそれと同一の複数の交互の層から形成される。図１の例では、上部ブラッグミラー１２０は第１の酸化物層１４０を含み、第１の酸化物層１４０は、上部電極１１２に隣接して位置し、ＢＡＷデバイス１００の長さ延在する。ＢＡＷデバイス１００は、図１には示していない回路に接続可能な２つのコネクタ１４２及び１４４を有する。コネクタ１４２及び１４４は、破断図として示されており、それらは比較的小さくされ得る。従って、上部ブラッグミラー１２０における酸化物層の一部が、コネクタ１４２及び１４４の周りに延在する。第１のチタンタングステン層１４６が、第１の酸化物層１４０と第２の酸化物層１４８との間に挟まれる。第２の酸化物層１４８は、ＢＡＷデバイス１００の長さ延在する。第２のチタンタングステン層１５０が、第２の酸化物層１４８と第３の酸化物層１５２との間に挟まれる。第３の酸化物層１５２も、ＢＡＷデバイス１００の長さ延在する。第１のチタンタングステン層１４６及び第２のチタンタングステン層１５０は、共振器１０６の端部において終端する。

頂部電極１１２は、第１の終端１６０及び第２の終端１６２において終端し、底部電極１１４は、第１の終端１６４及び第２の終端１６６において終端する。従来のデバイスにおいて、終端１６０～１６６は、結果として急勾配の終端角度となる、従来の製造手法を用いて製造される。概して急勾配であることに加えて、終端１６０～１６６における終端角度は、所定の範囲内又は所定の角度より小さく一定に製造されるよう維持され得ない。図２は終端１６０の拡大図であり、図３は終端１６２の拡大図である。角度αは、終端１６０における終端角度である。図２に示すように、終端角度αは、約７０度であり、これは４０～９０度の範囲であり得る。図３を参照すると、終端１６２における終端角度βも約７０度であり、これは４０～９０度の範囲であり得る。終端１６４及び１６６の終端角度は、終端１６０及び１６２における終端角度α及びβに類似する。本明細書に記載される製造方法は、ＢＡＷデバイス１００の層におけるクラック及びシームの形成を防ぐため、終端角度α及びβを、３０度など、所定の角度より小さく低減する。幾つかの実施例において、終端角度α及びβは、１２～３０度である。モリブデン層における大きな終端角度は、ＢＡＷデバイス１００の層において形成するシーム及び／又はクラックとなることが分っている。

終端１６０～１６６における急勾配の終端角度の影響を示すために図１を参照する。クラック１７０が、終端１６４から形成されており、クラック１７０は、ＡｌＮ層１１０を介して及び上部ブラッグミラー１２０内に延在する。また、シーム１７２が終端１６６の上に形成しており、これは図４の拡大図に示されている。クラック１７０及びシーム１７２は、共振器１０６及びブラッグミラー１２０及び１２２と干渉し、共振器１０６内で共鳴する音響波の共鳴及び品質を変え得る。また、クラック１７０及びシーム１７２は、共振器１０６と電気的コンタクト１４２との間の頂部モリブデン電極１１２の不連続につながり得る。従って、クラック１７０及び／又はシーム１７２は、クラック１７０及び／又はシーム１７２が位置する箇所に応じて、ＢＡＷデバイス１００を故障させ得る。クラック及びシームは、ＢＡＷデバイス１００における、又はモリブデン層が急勾配の角度で終端するその他のデバイス上の、モリブデン終端の任意のものに近接して位置し得る。

本明細書に記載されるデバイスは、その製造手法が、モリブデン層における、１２～３０度であり得る所定の値より小さな終端角度を維持するので、従来のデバイスほどクラック及びシーム形成の影響を受け易くない。モリブデン層の終端における３０度又はそれ以下の終端角度が、クラック及びシームがスタックにおいて生じ得る尤度を低減することが分かっている。従来のモリブデン層終端は、金属ドライ又はウェットエッチングプロセスを用いて製造され、こういったプロセスは、７０度より大きいなどの急勾配の角度を有する終端を生じさせる。傾斜金属ウェットエッチング手法を用いるプロセスもあるが、こういった手法は、３０度より大きくなり得る一貫性のない終端角度を生成する。本明細書に記載されるプロセスでは、モリブデン層における終端角度が一貫して３０度未満となる。

図５は、製造されるプロセスにおけるデバイス５００の側面図である。本明細書に記載される製造プロセスは、主としてモリブデン層の製造に関連し、そのため、プロセスは、モリブデン層５０２が酸化物層５０４上に製造されることで開始する。幾つかの実施例において、モリブデン層５０２は、酸化物層５０４を覆うように延在し得る非常に薄いアルミニウム窒化物シード層５０３上に製造される。図１のＢＡＷデバイス１００に関連させると、モリブデン層５０２は底部電極１１４に対応し、酸化物層５０４は、第１の酸化物層１３０に対応する。モリブデン層５０２の厚みは、モリブデン層５０２が置かれるデバイスのタイプに応じて変化する。幾つかの例において、モリブデン層５０２は約４００ｎｍである。

フォトレジスト層５１０がモリブデン層５０２上に製造される。エッチングプロセスが、モリブデン層５０２より速くフォトレジスト層５１０をエッチングする。例えば、フォトレジスト層５１０は、双方が以下に説明するようにエッチング材料に曝露されるとき、モリブデン層５０２より約４倍速くエッチングし得る。フォトリソグラフィ工程がデバイス５００に対して実施され、この工程において、フォトレジスト層５１０は、レジスト傾斜端部５１４及び５１６を生成するために脱焦点条件下に曝露される。幾つかの実施例において、脱焦点は約＋１７μｍ又は－１７μｍである。他の例において、脱焦点は、完成したモリブデン層５０２における所望の終端角度を達成するために、＋／－１１μｍ～＋／－２２μｍである。フォトリソグラフィ工程及びフォトレジスト層５１０の残りの部分の除去を適用した後のデバイス５００の図である、図６を参照する。フォトリソグラフィ工程は、フォトレジスト層５１０からレジストマスク６００をつくり、モリブデン層５０２の、レジストマスク６００により覆われた部分は、エッチングされないか、又は、後続のエッチング工程の間、モリブデン層５０２を覆うレジストマスク６００の厚みに比例してエッチングされ得る。

図６に示すフォトレジスト層５１０は、曝露されなかったフォトレジスト層５１０における残りのフォトレジスト材料を取り除くため、フォトリソグラフィ工程の間、処理されている。その結果のフォトレジスト層５１０がレジストマスク６００である。図６に示すように、レジストマスク６００は、傾斜した終端となるモリブデン層５０２の一部の上に位置する、傾斜した端部５１４及び５１６を有する。フォトレジスト層５１０に適用されるフォトリソグラフィにおける脱焦点は、傾斜した端部５１４及び５１６の傾斜を確立し、これは、上述のように最終的なモリブデン層５０２における終端角度を決める。従来の製造手法において、レジストは、ほぼ垂直のレジスト側壁プロファイルを提供するために最良の焦点条件で曝露される。

フォトリソグラフィ工程における脱焦点は傾斜端部５１４及び５１６を生成した。モリブデン層５０２をエッチングするエッチング材料は、エッチングプロセスの間、レジストマスク６００の一部を消費する。しかし、レジストマスク６００の傾斜端部５１４及び５１６は、レジストマスク６００の他の部分より薄く、エッチング材料に対する耐性がより低く、そのため、それらは一層速く消費される。エッチング後の図６のデバイス５００の図である、付加的な図７を参照する。傾斜端部５１４及び５１６の一層厚い内側部分６０４及び６０６は、傾斜端部５１４及び５１６の一層薄い外側端部６０８及び６１０より遅く消費される。その結果は、傾斜端部５１４及び５１６の外側部分６０８及び６１０に近接するモリブデン層５０２の、内側部分６０４及び６０６より多くエッチングされるエッチングであり、このエッチングの結果、所望の終端角度７１０及び７１２を有するモリブデン層５０２の終端７００及び７０２となる。幾つかの実施例において、３．５μｍのフォトレジスト層５１０上の正又は負の１７μｍの脱焦点が、２８度の終端角度を生成した。幾つかの実施例において、角度７１０及び７１２は３０度より小さく、これは、モリブデン層５０２が位置するデバイスにおいてつくられるクラック及びシームの尤度を低減する。

幾つかの実施例において、デバイス５００のエッチングは、その上に製造されたレジストマスク６００を備えるデバイス５００を、プラズマエッチングチャンバ内に置くことを含み、そのチャンバにおいて、モリブデン層５０２の、レジストマスク６００によりマスクされていない部分がエッチングされる。上述のように、レジストマスク６００により覆われるモリブデン層５０２の部分は完全にはエッチングされない。しかし、傾斜端部５１４及び５１６は、所定の終端角度７１０及び７１２をもたらすために上述のように部分的にエッチングされ得る。幾つかの実施例において、エッチングプロセスは、エッチングチャンバ内に塩素ガス及び酸素ガスを含有するガス混合物を流すことで実施される。４：１の酸素ガス対塩素ガスの比が、更に、上記で説明した終端角度７１２及び７１４がモリブデン層５０２内に形成され得ることを可能にすることが分っている。より具体的には、塩素及び酸素混合物は、終端角度７１０及び７１２が傾斜端部５１４及び５１６に近接して形成されるように、フォトレジスト層５１０をエッチングする。幾つかの実施例において、酸素対塩素ガス比は、３：１と５：１との間である。このプロセスは、１００：１より大きいモリブデンの窒化アルミニウム又は酸化物に対する高エッチング選択比を提供することが分ってきている。プロセスはまた、湾曲した終端ではなく、実質的にまっすぐな終端７００及び７０２をもたらす。

エッチングは更に、約３００Ｗの低トランス結合プラズマ（ＴＣＰＲＦ）を用い得る。幾つかの実施例において、パワーは２７５Ｗ～４００Ｗである。約－１５０Ｖのピーク電圧又は－１２５～－１７５Ｖのピーク電圧を有するバイアスＲＦが、エッチングの間、デバイス５００に印加され得る。脱焦点、ガス比、及びＲＦの組み合わせは、モリブデン層５０２が、一貫して３０度又はそれ以下の終端角度７１０及び７１２を有することを可能にする。

上述のガス比及び／又はＲＦパワーで、エッチング工程は、エンドポイントにより終端する。時限のオーバーエッチング工程が、モリブデン残存物を洗浄する同じプロセスを用いて続き得る。モリブデン層５０２がエッチングされた後、デバイス５００は、プラズマアッシングチャンバ内に置かれ得、そこでアッシングプロセスがチャンバを用いてレジストマスク６００に適用される。幾つかのプロセスにおいて、デバイス５００は、酸素ガスをアッシングチャンバ内に流すことを用いてプラズマアッシングプロセスを実施するため約１７５℃の温度まで加熱される。アッシングは制御され、このプロセスの後、如何なるフォトレジスト残存物をも取り除くための時限のオーバーアッシュが続く。

結果の終端角度７１０及び７１２を図７に図示する。図７における終端角度７１０は、図２からの角度αに対応し、角度７１２は図３の角度βに対応する。終端角度７１０及び７１２は所定の値内であり、本明細書に記載される例においてこれは３０度未満である。これらの小さい終端角度７１０及び７１２は、上述のクラック及びシームが、終端７００及び７０２に近接して形成することを防止する。デバイス５００における全てのモリブデン層が、上述の急勾配の終端角度を防ぐために上述のように製造され得る。

上述の方法の異なる変形が製造プロセスにおいて実装され得る。例えば、フォトレジスト材料５１０は、３．５μｍ～５．５μｍであり得る。フォトレジスト材料５１０が５．５μｍで＋／－１７μｍの脱焦点である場合、終端角度７１０及び７１２は約１１度であり得る。エッチング材料は、１００：１より大きいモリブデン対アルミニウム窒化物選択比及び１００：１より大きいモリブデン対酸化物選択比など、高い選択比を有し得る。幾つかの実施例において、終端角度７１０及び７１２は、上にモリブデン層５０２が位置するデバイスにわたって１パーセント内に維持される。

上述の製造プロセスの一実施例を図８のフローチャート８００に図示する。プロセスは、モリブデン層を提供する工程８０２で開始する。図５を参照すると、提供されるモリブデン層は、酸化物層５０４上に製造されるモリブデン層５０２、又は酸化物層５０４上に製造されるシード層（図示せず）であり得る。工程８０４で、フォトレジスト材料がモリブデン層につけられる。フォトレジスト材料は、図５を参照して説明されるフォトレジスト層５１０であり得る。工程８０６において、エッジ部を有するレジストマスクを生成するために、フォトレジスト材料が脱焦点状態下に曝露される。レジストマスクはマスク６００に対応し得、曝露されたフォトレジスト材料の端部が、傾斜端部５１４又は５１６のいずれか一つに対応し得る。工程８０８において、結果としてモリブデン層の傾斜した終端となるように、レジストマスクのモリブデン層が端部においてエッチングされる。

本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得、他の実施例が可能である。

Claims

モリブデン層の傾斜した終端を製造する方法であって、
前記モリブデン層を形成することと、
フォトレジスト材料を前記モリブデン層につけることと、
レジストマスクを生成するために前記フォトレジスト材料を±１１μｍと±２２μｍとの間のデフォーカス状態下に露出することであって、前記露出されるフォトレジスト材料の端部が前記傾斜した終端に対応する、前記露出することと、
前記モリブデン層をエッチング材料でエッチングすることであって、前記エッチング材料が、前記デフォーカス状態下に露出される前記フォトレジスト材料を少なくとも部分的にエッチングし、前記エッチングが３０度より小さい終端角度を有する前記傾斜した終端をもたらす、前記エッチングすることと、
を含み、
前記エッチングすることが、酸素対塩素の比が３：１と５：１の間である塩素と酸素とを含むガスに前記モリブデン層と前記フォトレジスト材料とを露出することを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記モリブデン層を形成することが、酸化物層上にモリブデン層を形成することを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、
酸素対塩素の比が約４：１である、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記エッチングすることが、２７５ワット～４００ワットの低トランス結合プラズマを印加することを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記エッチングすることが、約３００ワットで低トランス結合プラズマを印加することを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記エッチングすることが、－１２５ピークボルト～－１７５ピークボルトのバイアスＲＦを印加することを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記エッチングすることが、約－１５０ボルトのバイアスＲＦを印加することを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記デフォーカス状態が約±１７μｍである、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記エッチング材料が、１００：１より大きいモリブデン対アルミニウム窒化物の選択比を有する、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記エッチング材料が、１００：１より大きいモリブデン対酸化物の選択比を有する、方法。
モリブデン層の傾斜した終端を有するブラッグミラーを製造する方法であって、
シード層上に前記モリブデン層を形成することと、
フォトレジスト材料を前記モリブデン層につけることと、
レジストマスクを生成するために前記フォトレジスト材料を±１１μｍと±２２μｍとの間のデフォーカス状態下に露出することであって、前記露出されるフォトレジスト材料の端部が前記傾斜した終端に対応する、前記露出することと、
エッチング材料で前記モリブデン層をエッチングすることであって、前記エッチング材料が、前記デフォーカス状態下に露出される前記フォトレジスト材料を少なくとも部分的にエッチングし、前記エッチングが３０度より小さい終端角度を有する前記傾斜した終端をもたらす、前記エッチングすることと、
を含む、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記シード層がアルミニウム窒化物シード層である、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記シード層が酸化物である、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記エッチングすることが、前記モリブデン層と前記フォトレジスト材料とを３：１と５：１との間の酸素対塩素の比の酸素と塩素ガスとを含むガスに露出することを含む、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記エッチングすることが、２７５ワット～４００ワットの低トランス結合プラズマを印加することを含む、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記エッチングすることが、－１２５ピークボルト～－１７５ピークボルトのバイアスＲＦを印加することを含む、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記エッチング材料が、１００：１より大きいモリブデン対アルミニウム窒化物の選択比と１００：１より大きいモリブデン対酸化物の選択比とを有する、方法。