專利名稱：制造電子器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造電子器件的方法，所述器件設(shè)有被氣隙相互隔開的金屬區(qū)，該方法包括以下步驟在襯底表面上形成第一絕緣層；淀積一個金屬種晶(seed)層，使其覆蓋第一絕緣層和暴露的襯底表面區(qū)域；以及在暴露的種晶層上面形成至少一個金屬區(qū)。
由US-A6037248可得知這種方法，按這種方法能提供多個絕緣層和金屬區(qū)，其中絕緣層是光刻膠層。每形成一個金屬區(qū)后就有一個拋光步驟，以便除去多余的金屬和金屬種晶層。最后同時除去絕緣層。
這種公知方法的缺點是復雜并且要使用大量金屬淀積和處理步驟才能獲得最終的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第一目的是提供起始段中提到的一種方法，其通過減少的處理步驟數(shù)來實現(xiàn)最終的結(jié)構(gòu)。
該目的是這樣實現(xiàn)的按照第二圖形在種晶層上形成第二圖形化的絕緣層，其在襯底表面上的垂直投影與第一絕緣層有重疊；形成金屬區(qū)，使得金屬區(qū)填充由第一和第二絕緣層所確定的圖形，并且在形成金屬區(qū)之后去除第二絕緣層和種晶層，從而獲得氣隙，種晶層一直被除去到不會被金屬區(qū)覆蓋為止。
按照本發(fā)明的方法，僅在提供第一和第二絕緣層之后才形成金屬區(qū)。然后或是在提供另外的絕緣層和另外的金屬區(qū)之后去除絕緣層。金屬種晶層在這一去除過程中起到蝕刻阻擋層的作用。這樣就能將金屬化步驟的數(shù)量和拋光步驟的數(shù)量縮減到至少一半。
盡管增加了去除步驟的數(shù)量但不明顯，因為蝕刻與拋光相比是一種精確控制的、清潔而且快捷的處理步驟。此外，本發(fā)明的方法的優(yōu)點是必要時可以保留一些絕緣層。這樣就能在被氣隙相互隔開的金屬區(qū)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形成功能性實體。
按照第一實施例是在去除種晶層之后再去除第一絕緣層。這一實施例能夠獲得相當于公知結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。如果在第一絕緣層中形成的圖形包括接觸孔或延伸到襯底表面的通路，這一實施例具有特別的優(yōu)點。這樣能減少必須要獨立發(fā)送信號的通路之間的電容耦合。
在第二實施例中不去除第一絕緣層而是將其保留。在優(yōu)選情況下，第一絕緣層下面有一個金屬化層。這樣就能在結(jié)構(gòu)中確定諸如薄膜電容等元件。其有益之處在于第一絕緣層具有高介電常數(shù)，例如相對介電常數(shù)可達7.0以上。具有這樣的介電常數(shù)的材料例如有Si3N4，Ta2O5，BaZrTiO3。其它材料都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。其它元件例如有雙層電感器。于是其優(yōu)點是第一絕緣層包含具有高磁化系數(shù)的材料如鐵氧體、帶鐵粒子的合成物等等。
在另一實施例中，該方法在去除第二絕緣層之前包括以下步驟在金屬區(qū)上形成第三圖形化的絕緣層；淀積一個額外金屬種晶層，以使其覆蓋第三圖形化的絕緣層和金屬區(qū)的暴露區(qū)域；按照第四圖形在額外種晶層上形成第四圖形化的絕緣層；在暴露的種晶層上形成第二級金屬區(qū)，以填充第三和第四絕緣層所確定的圖形；并且去除第四絕緣層、額外金屬種晶層，直到種晶層不被形成的第二級金屬區(qū)覆蓋為止，并去除第三絕緣層。
這一實施例能提供一種多級結(jié)構(gòu)。這種多級結(jié)構(gòu)可以被用做集成電路的互連結(jié)構(gòu)。
若能在多級結(jié)構(gòu)中確定一種微型機電元件將是有益的。其中所述元件包括處在金屬化層內(nèi)的第一電極；處在第二級金屬區(qū)內(nèi)的第二電極，該第二電極面對著第一電極并且基本上是獨立的，使得其能夠朝第一電極移動；以及從第二級金屬區(qū)延伸到金屬區(qū)的至少一個通路，該通路提供電連接和機械支撐，金屬區(qū)在金屬化層上的垂直投影與第一電極基本上沒有重疊。
公知的微型機電元件例如可以參見WO-A01/61848。它們例如可被用做在射頻域中使用的開關(guān)和可調(diào)諧電容。按照這種實施例，這樣的元件可被制成離散元件用在無源網(wǎng)絡(luò)中，或是用在集成電路的互連結(jié)構(gòu)內(nèi)部。因而種晶層可被用做蝕刻阻擋層保護下面的第一絕緣層。最好不要去除第一絕緣層而是將其保留以用做介電層。在這樣的情況下，與沒有介電層的實施例相比，該元件是調(diào)諧范圍有很大提高的可調(diào)電容器?；蚴堑谝唤^緣層被選擇成用作保護和/或防吸附層。它甚至可以包含導電粒子。這樣的元件適合被用做開關(guān)。
在多級結(jié)構(gòu)的實施例中，最好在單一步驟中去除第二和第三絕緣層。因此最好這些絕緣層包括相同的材料(最好是一種光刻膠)。在另一個去除步驟中去除種晶層。最好是通過蝕刻來去除。如果種晶層包含與金屬區(qū)相同的材料例如是銅，或者在蝕刻種晶層的蝕刻劑也可蝕刻金屬區(qū)，就應(yīng)該改進其上的圖形的確定，即設(shè)計成較大的圖形，以便在去除步驟中允許縮小尺寸。
形成的多級結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在一個平坦襯底上。這種襯底也可以包含空腔，在空腔內(nèi)設(shè)置多級結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以用來在結(jié)構(gòu)頂上提供一個頂蓋。這種結(jié)構(gòu)的側(cè)壁還能提供額外的機械強度。進而還能在襯底上設(shè)置墊片和頂蓋層為多級結(jié)構(gòu)提供一個蓋?？梢栽谌コ^緣層和一或多個種晶層之前在金屬區(qū)頂上提供這一頂蓋層。在這種情況下它必須是能抵御所采用的蝕刻劑。適當?shù)慕M合例如是陶瓷或氧化硅頂蓋層，采用聚合物光刻膠和銅制金屬層。
下面參照附圖以舉例方式詳細描述本發(fā)明，其中

圖1-4示出采用本發(fā)明的半導體金屬化工藝過程的四個步驟；圖5-8示出按照本發(fā)明一個實施例的進一步處理階段中的類似步驟；圖9-13示出在圖5-8的步驟之后可以采用的五個后續(xù)步驟；圖14表示在本發(fā)明方法的第二實施例中的一個步驟的示意性截面圖；圖15表示按照第二實施例制成的器件的示意性截面圖；以及圖16表示按照本發(fā)明第三實施例制成的器件的示意性截面圖。
在結(jié)合附圖對具體實施例進行描述之前，應(yīng)該指出本發(fā)明能夠有益地提供一種利用單一金屬化步驟來加工后端觸點和金屬化層的方式。例如是對第一接觸孔被圖形化。圖形化可以在后續(xù)階段去除的絕緣低k介電材料或光刻膠層或具有類似特性的任何其它材料的層中進行。在這一圖形化層的頂上淀積一個金屬種晶層。然后象對接觸孔一樣對金屬層圖形化。然后以種晶層有選擇地生長金屬直到接觸孔和金屬化層被充分填充。可以反復采用這一步驟以確定隨后的接觸-金屬互連層定界。在所有接觸-金屬互連層被確定后，可以有選擇地去除確定金屬互連的頂部絕緣層。接著有選擇地去除這一薄種晶層，隨后必須再次去除確定接觸孔的下層絕緣層。對每一個生長的接觸-金屬級都要重復這一步驟，生成以空氣作為介電材料的完全互連疊層。
以下具體描述這一過程。
首先看圖1，圖中示出了體現(xiàn)本發(fā)明的工藝中的初始步驟，在襯底12上已經(jīng)設(shè)有圖形化的第一絕緣層10。第一絕緣層10可包括光刻膠材料，介電材料或是具有類似特性的任何其它適當?shù)牟牧希谠搱D示的例子中，第一絕緣層10已經(jīng)被圖形化，從而包括向下延伸到襯底12的接觸孔14。
參見圖2，圖中示出了本實施例的下一步驟，在第一絕緣層10上面和接觸孔14中淀積金屬種晶層16。這一種晶層16被用做導電種晶層，用于后來的金屬生長，后來的金屬生長例如可基于金屬標準鍍覆工藝。
參見圖3，本發(fā)明這一實施例的下一步驟涉及在上述種晶層16上面形成第二圖形化的絕緣層18。在圖示的實施例中對第二絕緣層18圖形化，使得僅僅在對上述第一絕緣層10圖形化后留下的第一絕緣層10的部分上留下絕緣部分。
按這種方式形成第一和第二絕緣層10，18以及種晶層16為本發(fā)明提供了一種特別優(yōu)異的特征，可以知道第二絕緣層18的留下的區(qū)域覆蓋下面的種晶層16的某些區(qū)域以防止在被覆蓋區(qū)域上生長金屬。
采用標準金屬電鍍工藝形成金屬層等實現(xiàn)金屬化處理使得可在種晶層16中留給電解液材料可到達的那些區(qū)域上面有選擇地生長金屬。如圖4所示，并且從以上有關(guān)圖3的說明中可以看出，可以在接觸孔14內(nèi)生長金屬，還能用于形成在接觸孔14之間延伸的金屬線20。
以下會看到，由于結(jié)構(gòu)是按圖3所示形成的，在第二圖形化絕緣層18的保留區(qū)域上面不會生長金屬，而如圖4所示生長的金屬能夠有效填充接觸孔14和用來確定在接觸孔14中生長的金屬之間提供接觸的金屬線的區(qū)域。如圖4所示，接觸孔和金屬線區(qū)域很有利地被按一種自對準方式填充，從而容易避免為實現(xiàn)圖4所示的金屬化結(jié)構(gòu)而采用的單獨平整步驟。這樣能使體現(xiàn)本發(fā)明的半導體金屬化工藝得到簡化。
必要時可以在這一階段去除絕緣層，從而保留包括淀積的金屬20的薄疊層結(jié)構(gòu)。
然而還能有效地重復圖1-4所示的步驟，在圖4所示的結(jié)構(gòu)上面形成又一組第一和第二絕緣層-在層間同樣有一個種晶層。
如圖5所示的這種情況是形成第三絕緣層10’并且將其圖形化，以便提供另一組接觸孔14’，接著如圖6所示在這一第三絕緣層10’頂上和接觸孔14’內(nèi)形成另一個金屬種晶層16’。
如圖7所示，在種晶層16’上形成第四絕緣層18’并將其圖形化，以便類似圖4所示的步驟那樣保留該層(如圖7所示)，該另外的結(jié)構(gòu)是由所述另外一組第三和第四絕緣層10’，18’確定的，然后進行標準的金屬鍍覆工藝。如圖8所示，該另外的單獨的金屬化步驟能夠在另外的接觸孔14’內(nèi)形成金屬，并且象以前一樣提供第二級金屬區(qū)20’。從中可以看出，金屬層又一次生長在種晶層與電解液接觸的位置，從而該另外的金屬化結(jié)構(gòu)又按照一種有利的自對準方式形成，不一定需要額外的平整步驟就能獲得圖8所示的結(jié)構(gòu)。
圖9-13所示的步驟涉及到去除兩組第一和第二絕緣層。
首先參見圖9，可以用任何標準化工藝去除最上面的第四或更多層的絕緣層18’，直至暴露出用來屏蔽下面的一部分第三絕緣層10’的種晶層16’。有選擇地去除這一暴露的種晶層部位以露出下面的第三絕緣層10’。去除這一種晶層顯然也會影響金屬化結(jié)構(gòu)，因為它實際上是由相同的材料構(gòu)成的。然而，被去除的材料量足以使種晶層剝離，并且從金屬化結(jié)構(gòu)上去除相應(yīng)的量不會明顯影響最終的金屬結(jié)構(gòu)。
在去除另外的種晶層16’之后，再去除第三絕緣層10’和下面的第一組層中的第二絕緣層18，直至如圖11所示那樣將屏蔽下面的初始絕緣層10的初始種晶層16暴露出來。
如圖12所示再次有選擇地去除暴露的初始種晶層16，從而如步驟12中所示暴露出初始的第一絕緣層10。
去除該初始的第一絕緣層10會形成如圖13所示那樣在襯底12上形成的最終的金屬化疊層結(jié)構(gòu)22。
所形成的結(jié)構(gòu)包括完整的金屬化疊層，金屬化疊層僅僅由金屬構(gòu)成，而可以用空氣作為最終的絕緣介質(zhì)。
從中可以看出，根據(jù)需要可以重復圖1-4和隨后的圖5-8所示的成組步驟，以形成圖13所示更加多復雜的疊層互連結(jié)構(gòu)。無論如何都能看出，接觸孔層和金屬互連層各自都僅需一個金屬化步驟，使得對于圖13所示結(jié)構(gòu)，僅需要兩個這樣的金屬化步驟就能獲得圖示的金屬化疊層。
也就是說，首先采用一印刷步驟對結(jié)構(gòu)中的接觸級圖形化，然后施加種晶層，隨后可以采用第二印刷步驟對所述互連金屬層圖形化，再按自對準方式生長這一金屬層，因為種晶層是按照防止金屬生長的需要被覆蓋的。
圖14表示本發(fā)明方法另外一實施例中一個階段的截面圖。圖15表示制成的器件24。按照這種方法，金屬化層11已經(jīng)被確定在襯底12的表面1上。在淀積完金屬化層并且將其圖形化之后平整所得的襯底。然而這不是必要的。然后例如用化學蒸氣淀積法淀積第一絕緣層10。對第一絕緣層10圖形化，使其僅僅出現(xiàn)在需要確定電容13的位置。隨后提供種晶層16。用種晶層16封閉第一絕緣層10，并且將種晶層設(shè)在暴露的金屬化層11的區(qū)域上。通過旋涂在上面提供光刻膠的第二絕緣層18。這時例如可以利用電鍍生長金屬區(qū)20。然而，如圖14所示最好能施加另外的種晶層26和另外的第二絕緣層28。施加的另外的種晶層26不需要圖形化。按照與第二絕緣層18相同的圖形對額外的第二絕緣層28圖形化，也就是不需要額外的光刻掩模。
在生長金屬區(qū)20之后提供沒有示出的第三和第四絕緣層10’和18’，沒有示出的另一種晶層16’和第二級金屬區(qū)20’。這是參照圖5-8所示來實現(xiàn)的。然后通過蝕刻去除第二，第三和第四絕緣層18，28，10’和18’以及種晶層16，26，16’。
圖15表示得到的器件24的截面示意圖。其中電容13在金屬化層中有一個第一電極111，并在金屬區(qū)中有一個第二電極201。第一絕緣層10作為電介質(zhì)出現(xiàn)在電極111，201之間。
圖16表示用本發(fā)明方法制造的另一個器件26的截面示意圖。按照這一實施例，金屬化層11被設(shè)在襯底12的表面1上。接著提供第一絕緣層10和種晶層16。在提供了沒有示出的第二絕緣層之后形成金屬區(qū)20。在生長金屬區(qū)20之后提供沒有示出的第三和第四絕緣層10’，18’，另一個種晶層16’和第二級金屬區(qū)20’。這是按照圖5-8所示來實現(xiàn)的。然后通過蝕刻去除第二，第三和第四絕緣層18，28，10’和18’以及種晶層16，26，16’。結(jié)果就用第一電極111和第二電極201’確定了一個微型機電元件。第二電極201’面對第一電極111，也就是第二電極201’在金屬化層11上的垂直投影與第一電極111基本上重疊。并且它基本上是獨立的，能夠朝第一電極111移動。這是通過對第四絕緣層適當圖形化而實現(xiàn)的，也就是讓第二電極201’在與圖面垂直的方向上延伸到?jīng)]有通路141的程度。這些通路141從第二級金屬區(qū)20’延伸到金屬區(qū)20。金屬區(qū)20是這樣確定的，使得金屬區(qū)20在金屬化層11上的垂直投影使第一電極111能基本上是獨立的。
權(quán)利要求
1.一種制造電子器件的方法，所述器件設(shè)有被氣隙相互隔開的金屬區(qū)，該方法包括以下步驟在襯底表面上形成圖形化的第一絕緣層；淀積一金屬種晶層，使其覆蓋第一絕緣層和暴露的襯底表面區(qū)域；并且在暴露的種晶層上面形成金屬區(qū)；其特征在于，按照第二圖形在種晶層上形成第二圖形化的絕緣層，其在襯底表面上的垂直投影與第一絕緣層有一定重疊；形成金屬區(qū)，使得其填充由第一和第二絕緣層確定的圖形，并且在形成金屬區(qū)之后去除第二絕緣層和種晶層從而獲得氣隙，所述種晶層一直被去除到不會被金屬區(qū)覆蓋為止。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在去除種晶層之后去除第一絕緣層。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在形成第一圖形化的絕緣層之前施加一金屬化層。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，利用所述金屬化層中的第一電極、金屬區(qū)中的第二電極和作為中間電介質(zhì)的第一絕緣層形成一個電容，所述第一絕緣層具有大于7.0的相對介電常數(shù)。
5.按照權(quán)利要求1或3的方法，其特征在于，在去除第二絕緣層之前包括以下步驟在金屬區(qū)上形成第三圖形化的絕緣層；淀積一額外的金屬種晶層，使其覆蓋第三圖形化的絕緣層和金屬區(qū)的暴露區(qū)域；按照第四圖形在額外的種晶層上形成第四圖形化的絕緣層；在暴露的種晶層上形成第二級金屬區(qū)，以填充第三和第四絕緣層確定的圖形；并且去除第四絕緣層、額外的金屬種晶層，直到種晶層不被形成的第二級金屬區(qū)覆蓋為止，并去除第三絕緣層。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，確定了一種微型機電元件，這種元件包括處在金屬化層內(nèi)的第一電極；處在第二級金屬區(qū)內(nèi)的第二電極，該第二電極面對著第一電極并且基本上是獨立的，使得其能夠朝第一電極移動；以及從第二級金屬區(qū)延伸到所述金屬區(qū)的至少一個通路，該通路提供電連接和機械支撐，金屬區(qū)在金屬化層上的垂直投影與第一電極基本上沒有重疊。
7.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，在單一步驟中去除第二和第三絕緣層。
8.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在第一絕緣層內(nèi)形成的圖形包括接觸孔或延伸到襯底表面的通路。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述襯底包括多個半導體元件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造電子器件的方法，所述器件設(shè)有被氣隙相互隔開的金屬區(qū)。按照這種方法，在施加金屬區(qū)之前提供第一絕緣層，種晶層和第二絕緣層。在提供金屬區(qū)之后才去掉種晶層和第二絕緣層。該方法能夠有利地用來制造多級互連結(jié)構(gòu)并且用來制造微型機電元件。
文檔編號B81B3/00GK1463470SQ02802060
公開日2003年12月24日 申請日期2002年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月13日
發(fā)明者N·G·H·范梅里克, T·G·S·M·里克斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司