基板上にＭＥＭＳ素子を製造する方法
基板上にキャパシタを製造する方法であって、前記キャパシタは第１の電極５と第２の電極１２；２５を含み、第１の電極および第２の電極が空洞１６；３２によって分離され、基板が絶縁表面層３を含み、第１の電極５が絶縁表面層上に配置され、第１の金属体７ａ；２０が第１の電極に隣接して第２の電極１２；２５のアンカーとして構成され、第２の電極が第１の金属体上にかつ第１の電極の上方に位置するビーム型体１２；２５として構成され、空洞１６；３２が第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にＭＥＭＳ素子を製造する方法および基板状のＭＥＭＳ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（微小電子機械システム）素子は、基板上のスイッチング可能なキャパシタとしてしばしば作動し、第１の電極および第２の電極を備えるデバイスである。第１の電極は、基板上の固定された位置にある他方の電極の上方に位置する可動ビームとして構成される。２つの平面電極が空洞によって分離されている。２つの平面電極の間の間隔は、可動ビーム上に及ぼされた外部力によって変化させることが可能である。
【０００３】
一般的に、２つの平面電極の間の空洞は犠牲層の使用によって製造される。基板上の平面電極上には第１の層が犠牲層として堆積し、犠牲体を形成するようにパターン化される。犠牲体上には第２の層が堆積する。第２の層は可動ビーム体を形成するようにパターン化される。次いで、犠牲体が可動ビームと基板上の平面電極との間で取り除かれて、空洞を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この方法の不利な点は、犠牲体上の第２の層のステップカバレッジが比較的少ないことである。一般的に、犠牲体の横側の縁上の第２の層の厚さは、基板上の、または犠牲体上の第２の層の厚さと比較して減少する。
【０００５】
スイッチング可能なキャパシタの例では、犠牲層の一般的な厚さは約３マイクロメートルであってよく、第２の層の厚さは約５マイクロメートルであってよい。犠牲体の横側の縁において、第２の層の厚さは約２〜３マイクロメートルまで減少してよい。
【０００６】
結果として、可動ビームの厚さの変化はビームと、スイッチング可能なキャパシタを有するＭＥＭＳデバイスとの機械的特性のばらつきを大きくする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
先行技術の不利な点を克服するスイッチング可能なキャパシタを製造する方法を提供することが、本発明の目的である。
【０００８】
これは請求項１に記載の方法によって達成される。この方法を用いることによって、メタル−３層内の厚さが減少した部分を「アンカーを超えた」領域に配置することによって、第２の金属体を覆う第３の金属層のステップカバレッジが改善される。有利なことに、ビーム型の第２の電極は、ばらつきが比較的小さく、明確に定まった特性を有する、スイッチング可能なキャパシタの生成を可能にする実質的に一定の厚さを有する。
【０００９】
さらなる実施形態では、第２の金属層はアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。第１の金属体および第２の金属体は、
第２の金属層の表面を酸化して酸化面を形成し、
酸化面上にパターン化マスクを当てて、第１のマスク部分および第２のマスク部分が、第１の金属体および第２の金属体が形成される第２の金属層の領域の上に位置して該領域を覆うようにし、
第１のマスク部分および第２のマスク部分によって覆われていない領域において第２の金属層を陽極酸化し、第１の金属体および第２の金属体の各側壁および頂部面を陽極酸化された金属によって被覆し、中間の分離部分が陽極酸化された金属を含むようにして、形成される。
【００１０】
有利なことに、第３の金属層は、酸化アルミニウム層に埋め込まれた第１のアルミニウム体および第２のアルミニウム体を含む、実質的に平坦な表面層上に堆積しうるので、第２のアルミニウム層のステップカバレッジが問題にならず、第２のアルミニウム層の厚さは第１の金属体および第２の金属体の領域にわたって実質的に一定である。さらに、この実施形態では第１の金属体および第２の金属体の両方が実質的に平坦な頂部面を有するので、第３の金属層は同様に実質的に平坦である。
【００１１】
さらなる実施形態によれば、第１の金属体および第２の金属体の相互分離部分は第２の金属層の異方性エッチングによって形成された溝である。
【００１２】
有利なことに、溝の寸法は、第３の金属層が少なくとも溝に架橋する層として堆積することを可能にする。第３の金属層が、間に溝を持つ第１の体および第２の体を有する実質的に平坦な表面上に堆積することができるので、第３の金属層のステップカバレッジは問題にならず、第３の金属層の厚さは実質的に一定である。
【００１３】
さらなる実施形態によれば、方法は、第３の金属層の堆積の前に少なくとも第１の金属体および第２の金属体を覆う第２の保護層の堆積を含む。有利なことに、第２の保護層の存在のために、第２の金属層内に画定された第２の金属体を取り除くためのエッチング処理は所要時間が重視されない。結果として、エッチング後の空洞の寸法は明確に定まり、エッチングによるばらつきがなくなる。
【００１４】
本発明はさらに、本発明の方法によって生産されうるＭＥＭＳ素子に関する。ここで、第１の金属体は第１の電極に近接して、第２の電極のアンカーとして構成され、第２の電極は、第１の金属体上に、かつ第１の電極の上方に位置するビーム型の体として構成され、空洞は第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定される。
【００１５】
以下、本発明はいくつかの図面を参照して説明される。図面は単に例示のみを目的としており、添付の特許請求の範囲に定義された発明の保護範囲を限定する目的はない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＭＥＭＳ素子の製造中における、基礎ステップ後の基板の断面図である。
【図２】方法の第１の実施形態による、後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図３】方法の第１の実施形態による、後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図４】方法の第１の実施形態による、後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図５】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図６】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図７】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図８】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図９】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１０】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１１】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１２】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１３】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１４】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１５】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、基礎ステップ後の、スイッチング可能なキャパシタの製造中におけるＭＥＭＳデバイスの断面図を示す。この基礎ステップは基板の表面を準備する共通のステップである。例えばシリコンウェハである半導体基板１に、二酸化ケイ素層２を熱的酸化によって形成する。代替として、二酸化ケイ素またはガラス材料を含む誘電体基板が使用されてもよい。そして、必要な場合、Ａｒイオン転移が実行されて、Ａｒをウェハ１内に転移させ、形成されるデバイス内のＲＦ信号のあり得るカップリングに対する抵抗を増加させてもよい。次に、窒化ケイ素層３が二酸化ケイ素層２の上方に、例えばプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって形成される。窒化ケイ素層３に、金属層が堆積し、第１の、すなわち下部電極５を形成するようにパターン化される。例えば、二酸化ケイ素層２の厚さは約１００ｎｍであり、窒化ケイ素層３の厚さは約４００ｎｍである。第１の、すなわち下部電極５は約４００〜５００ｎｍの厚さを有しており、アルミニウムまたはアルミニウム合金（Ａｌ−ＣｕまたはＡｌ−Ｓｉなど）からなってよい。
【００１８】
図２は、方法の第１の実施形態による基礎ステップ後の次の段階における、スイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。第１の電極５および窒化ケイ素層３上に、誘電層６が堆積する。誘電層はＰＥＣＶＤ窒化ケイ素層からなってよい。誘電層６は約４００〜５００ｎｍの厚さを有してよい。その後に、ハフニウムの薄い層が堆積し（図示せず）、誘電層６を覆う。それから、アルミニウム（合金）の層が堆積する。アルミニウム層は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の頂部面８ａが形成されるように酸化される。例えば、ハフニウム層は約１５ｎｍの厚さを有し、アルミニウム層は約３マイクロメートルの厚さを有し、酸化アルミニウム頂部面８ａの厚さは約１００〜２００ｎｍである。
【００１９】
連続的なステップとして、レジストマークパターンが酸化アルミニウム頂部面８ａに当てられる。レジストマークのパターンはアンカー位置４の実質的な上方に位置するマスク部分１０と、第１の電極５の実質的な上方に位置しさらに第１の電極５の隣の隣接領域９を覆って広がる第２のマスク部分１１とを有する。アンカー位置４は、形成される上部電極のアンカーが位置する予定の位置に配置される。
【００２０】
次のステップで、マスク部分１０、１１によって覆われていないアルミニウム層７／酸化アルミニウム頂部面８ａが、陽極酸化されて酸化アルミニウム層８を形成する。マスク部分によって覆われた位置では、アルミニウム層はアンカー位置４の上方の第１のアルミニウム体７ａと、第１の電極５および隣接領域９の上方の第２のアルミニウム体７ｂとして残る。第１のアルミニウム体および第２のアルミニウム体７ａ、７ｂは、各体の側壁および頂部面に当接する酸化アルミニウムのシェル内にトラップされる。各体の下方面は誘電層６に当接する。
【００２１】
図３は、本方法の第１の実施形態による後続する段階の後のＭＥＭＳ素子の断面図を示す。次に、レジストマスクパターンが取り除かれる。アンカー位置４の上方でアンカー位置４が露出している範囲内で、酸化アルミニウム層をエッチングして取り除く接触エッチングが実行される。第２のアルミニウム体７ｂは薄い酸化アルミニウム層によって覆われたままである。それから、第２のアルミニウム層が堆積してパターン化され、アルミニウムのビーム型体１２を形成する。例えば、第２のアルミニウム層の厚さは約５マイクロメートルである。第１の金属体および第２の金属体７ａ、７ｂは互いに隣接したメサとして構成される。第１の金属体および第２の金属体７ａ、７ｂ上に、第２のアルミニウム層が堆積する。第１の金属体および第２の金属体７ａ、７ｂの両方が実質的に平坦な頂部面を有するので、第２のアルミニウム層も同様に実質的に平坦となる。有利なことに、第２のアルミニウム層は、酸化アルミニウム層８に埋め込まれた第１のアルミニウム体および第２のアルミニウム体７ａ、７ｂを有する実質的に平坦な表面層上に堆積しうるので、第２のアルミニウム層のステップカバレッジは問題にならず、第２のアルミニウム層の厚さは第１の金属体および第２の金属体７ａ、７ｂの領域にわたって実質的に一定である。
【００２２】
第２のアルミニウム層をアルミニウムのビーム型体１２へパターン化するステップの後、第１の保護層、すなわち、保護二酸化ケイ素層１４が、アルミニウムのビーム型体１２への堆積または酸化によってアルミニウムのビーム型体１２上に形成される。連続的なステップにおいて、第２のアルミニウム体７ｂへの１つ以上の開口部１５が、第１の電極５の隣接領域９の上方の酸化物層につくられる。
【００２３】
図４は本方法の第１の実施形態によるさらなる段階の後のスイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。酸化物に対して選択的な犠牲的エッチングが実行され、１つ以上の開口部１５を通じて第２のアルミニウム体７ｂを取り除く。空洞１６は犠牲的エッチングによって形成される。第２のアルミニウム体７ｂは、（形成される）空洞１６の境界として共に機能する酸化アルミニウム層８および誘電層６内に埋め込まれるので、エッチング処理は所要時間が重視されない。結果として、エッチング後の空洞１６の寸法は明確に定まり、エッチング処理の変動によらない。次に、保護二酸化ケイ素層１４が、選択的な第２のエッチングによって取り除かれる。結果として、可動ビーム型電極１２としてのアルミニウムのビーム型体１２と、固定された下部電極５としての第１の電極５とを含むＭＥＭＳ素子が得られる。可動ビーム型上部電極１２と固定された下部電極５の間に空洞１６が位置する。可動ビーム型電極１２は第１の金属体上に、かつ第１の電極の上方に位置する。空洞１６は第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定される。空洞１６の高さは第１の金属体７ａの高さに実質的に等しい。
【００２４】
図５は、本方法の第２の実施形態による、基礎ステップ（図１）後の次の段階におけるスイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。第１の電極５および窒化ケイ素層３上に誘電層６が堆積する。誘電層はＰＥＣＶＤ窒化ケイ素層からなってもよい。誘電層６が約４００〜５００ｎｍの厚さを有してもよい。それから、金属、例えばアルミニウム（合金）の層７が第２の金属層７として堆積する。例えば、第２の金属層７はアルミニウムであってもよい。第２の金属層７は約３マイクロメートルの厚さを有してよい。代替として、第２の金属層７はアモルファスシリコンなどのもう１つの材料に置き換えられてもよい。
【００２５】
連続的なステップとして、レジストマスクパターンが第２の金属層７上に当てられる。続いて、第２の金属層７は、第１の金属体２０が接触位置４の実質的な上方に形成され、第２の金属体２１が第１の電極５の実質的な上方に形成されて第１の電極５の隣の隣接領域５ａ、５ｂにわたって広がるように、異方性エッチングによってパターン化される。アンカー位置４が、形成される上部電極のアンカーが位置する予定の位置に配置される。
【００２６】
いくつかの実施形態では、アンカー位置４は（以下の処理ステップにおいて形成される）上部電極の電気的接点として用いられてもよい。第１の金属体２０および第２の金属体２１は溝またはギャップ２２によって互いに隔てられる。好ましくは、溝はリソグラフィ処理によって得られることができる最低の特徴的寸法に実質的に等しい幅を有するように設計される。
【００２７】
図６は、本方法の第２の実施形態によるさらなる段階のスイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。第２の保護層として、二酸化ケイ素層２３などの誘電層が第１の金属体および第２の金属体２０、２１を覆って堆積する。堆積はプラズマ化学成長プロセスによってもよい。代替として、二酸化ケイ素層２３の堆積はスピンオングラス処理とその後のエッチバック処理によってもよい。後者の場合には、溝２２は二酸化ケイ素によって満たされてもよい。二酸化ケイ素層２３の堆積の後、アンカー位置が上部電極のための電気的接点として用いられる場合には、アンカー位置４を覆う第１のメタル−２体２０への二酸化ケイ素層２３における開口部２４を作成するために、接触エッチング（リソグラフィ処理）が実行される。
【００２８】
図７は、本方法の第２の実施形態によるさらなる段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。第３の金属層２５が図６に示した構造体を覆って堆積する。例えば、第３の金属層はアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。第３の金属層の厚さは約５マイクロメートルであってよい。有利なことに、第３の金属層２５は、第１の金属体および第２の金属体２０、２１を有する実質的に平坦な表面上に堆積してもよく、第３の金属層のステップカバレッジは問題にならず、メタル−３層の厚さは実質的に一定である。
【００２９】
溝２２の寸法および堆積処理のパラメータは、メタル−３層が少なくとも溝２２を架橋する層として堆積するように選択されることに留意する。また、第３の金属堆積の堆積パラメータおよび溝２２の寸法によっては、溝２２は第３の金属層２５によって少なくとも部分的に満たされていてもよい。溝２２の幅が第３の金属層２５の厚さよりも小さい場合には、満たす効果は重要ではないことがある。この条件では金属層２５においてステップは形成されない。溝２２が上に記した（図６を参照）スピンオングラス処理によって二酸化ケイ素２３によって満たされる場合、第３の金属層２５が第１の金属体２０および第２の金属体２１の両方を覆って実質的に平坦に広がる。第３の金属層２５は第２の金属体２１を覆って広がる可動ビーム型電極を形成するようにパターン化される。また、第２のメタル−２部分２１を覆う二酸化ケイ素層２３への１つ以上の開口部２６が形成される。（例として２つの開口部がここで示されている）。開口部２６の幅は第３の金属層２５の厚さよりも相対的に小さい。ありえる不十分なステップカバレッジの効果は、第２の金属体から外方に向く第１の金属体の縁における狭窄部２７として示される。
【００３０】
図８は、本方法の第２の実施形態によるさらなる段階における、ＭＥＭＳ素子の断面図を示す。１つ以上の開口部２６の作成後、さらなる二酸化ケイ素層２９が第３の保護層として堆積する。さらなる二酸化ケイ素層２９はプラズマ化学気相成長法によって堆積してもよい。このタイプの堆積処理を用いて、１つ以上の開口部２６の側壁２６ａはそれらの深さ全体にわたって二酸化ケイ素で覆われうる。次の段階ではウィンドウエッチングが実行され、第２の金属体２１と当接する１つ以上の開口部２６の底部３０において第２の金属体２１を露出させる。また、第２の金属体２１への１つ以上の追加の開口部３１が、パターン化された第３の金属層２５によって覆われない第２の金属体２１の領域を覆う二酸化ケイ素においてエッチングされる。
【００３１】
図９は、本方法の第２の実施形態によるさらに次の段階におけるスイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。犠牲体である第２の金属体２１は選択的なエッチング処理によって取り除かれ、可動ビーム型電極として作用しうるパターン化された第３の金属層２５と第１の電極５との間に空洞３２を形成する。空洞３２を囲む壁、パターン化された第３の金属層２５、および１つ以上の開口部２６の側壁の二酸化ケイ素層２３、２９は、空洞３２の形成時に下にある構造物をエッチングから保護するようにはたらく。そのような保護層の存在のために、第２の金属体２１を取り除くエッチング処理は所要時間が重視されない。結果として、エッチング後の空洞の寸法は明確に定まり、エッチングによるばらつきがなくなる。第２の犠牲金属体のエッチングは、ウェットエッチング処理またはドライエッチング処理のいずれによって行われてもよい。
【００３２】
図１０は、本方法の第２の実施形態による最終段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。さらなる段階において、空洞３２を囲む壁、パターン化された第３の金属層２５、および１つ以上の開口部２６の側壁の二酸化ケイ素２３、２９は、実質的に二酸化ケイ素のみを取り除く選択的エッチング処理によって取り除かれる。パターン化された第３の金属層２５における狭窄部２７は、第１の金属体２０、第１の電極５、および空洞３２の領域４ａ、４、４ｂ、２２、５ａ、５、５ｂの外側に配置される。当然のことながら、このように、狭窄部２７は、パターン化されたビーム型電極２５の機械的特性には全く影響を与えない。
【００３３】
本方法を使用すると、犠牲層の上の第２の層のステップカバレッジは、「アンカーを超えた」領域に、すなわち、第１の電極５が位置する側と反対側の第１の金属体の側部に、第３の金属層２５の狭窄部２７を配置することによって改善される。移動可能なビームは今や、実質的に一定の厚さを有し、その一定の厚さによって、比較的ばらつきが少なく、より明確に定まった特性を有するスイッチング可能なキャパシタの生成を可能にする。移動可能なビーム型電極２５は、第１の金属体上に、かつ第１の電極の上方に配置される。空洞３２は第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定される。
【００３４】
図１１は、本方法の第３の実施形態による基礎ステップ後の次の段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。第１の、すなわち下部電極５および窒化ケイ素層３の上に誘電層６が堆積する。誘電層はＰＥＣＶＤ窒化ケイ素層からなってもよい。誘電層６は約４００〜５００ｎｍの厚さを有してもよい。誘電層６上に薄いＴｉＷ（チタン−タングステン）層３３が堆積する。ＴｉＷ層３３は約３０ｎｍの厚さを有してもよい。代替として、ＴｉＷ層はＴｉＮ（窒化チタン）層に置き換えてもよい。リソグラフィ段階（すなわち、レジスト層を当て、レジスト層をパターン化し、ＴｉＷおよび誘電層の露出部分をエッチングする）において、ＴｉＷ層３３はアンカー位置４および隣接領域４ａ、４ｂから取り除かれる。ＴｉＷ層３３は、第１の電極５、その隣接領域５ａ、５ｂ、（形成される）溝２２の領域を覆う誘電層６上に残る。
【００３５】
図１２は、本方法の第３の実施形態によるさらなる段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。それから、第２の金属層７、例えば約３マイクロメートルの厚さのアルミニウムまたはアルミニウム合金が堆積する。
【００３６】
連続する段階で、レジストマスクパターンが第２の金属層７上に当てられる。続いて、第２の金属層７は異方性エッチングによってパターン化される。それによって、第１の金属体２０がアンカー位置４とその隣接領域４ａ、４ｂの実質的に上方に形成され、第２の金属体２１が第１の電極５の実質的に上方に、第１の電極５の隣の隣接領域５ａ、５ｂを覆って広がるように形成される。第１の金属体２０および第２の金属体２１が溝またはギャップ２２によって互いに隔てられる。ＴｉＷ層３３が第２の金属体２１、溝２２および随意に第１の金属体２０の一部の下に広がるように、第１の金属体および第２の金属体２０、２１が配置される。
【００３７】
図１３は、本方法の第３の実施形態によるその後の段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。次に、第２の保護層として第２のＴｉＷ層３５が第１の金属体および第２の金属体２０、２１上にＰＥＣＶＤによって堆積する。ＴｉＷ層３５は約３０ｎｍの厚さを有してもよい。代替として、ＴｉＷはＴｉＮ、ＴｉＷＮ、Ｔａ、またはもうひとつの障壁層と置き換えられてもよい。第２のＴｉＷ層３５はまた、第１の金属体および第２の金属体２０、２１の間で溝２２の壁を覆う。
【００３８】
それから、好ましい実施形態では、Ｗ層３７がＣＶＤ処理によって堆積し第２のＴｉＷ層３５を覆う。適切な堆積処理を用いることによって、Ｗ層３７は溝２２を満たすようにつくられることができる。Ｗ層３７は（溝の外側で、基板と垂直に）約３００ｎｍ〜１μｍの厚さを有する。有利なことに、溝２２の充填材料としてのＷの使用は、形成されるスイッチング可能なキャパシタの、アンカー（第１のメタル−２体２０）および可動ビーム型電極の両方の機械的特性を改善させると思われる。次の段階では、Ｗ層３７が溝２２内に、および第１の金属体および第２の金属体２０、２１の頂部の溝２２に隣接する領域３７ａ、３７ｂ内に存在するように、Ｗ層３７はパターン化される。第１の金属体２０上に、接触開口部３８が、第２のＴｉＷ層３５の局所的な除去によって生成される。しかしながら、ＴｉＷは十分高い導電性を有する導電材料であるため、接触開口部の生成は必要ではない。
【００３９】
図１４は、本方法の第３の実施形態によるさらなる段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。次に、第３の金属層２５が図１３で示した構造体を覆って堆積する。例えば、第３の金属層はアルミニウムまたはアルミニウム合金を含み、約５マイクロメートルの厚さを有する。有利なことに、第３の金属層２５は、第２のＴｉＷ層３５およびパターン化されたＷ層３７、３７ａ、３７ｂによって覆われた第１の金属体および第２の金属体２０、２１を含む実質的に平坦な表面上に堆積しうるので、第３の金属層のステップカバレッジは問題にならず、第３の金属層の厚さは実質的に一定である。第３の金属層は溝２２が架橋されるように堆積することに留意する。
【００４０】
第３の金属層２５は第２の金属体２１を覆って広がる可動のビーム型電極を形成するようにパターン化される。また、第２の金属体２１を覆う二酸化ケイ素層２３への１つ以上の開口部２６が形成される。（例として２つの開口部が記載された図を示す）。開口部２６の大きさは第３の金属層２５の厚さよりも比較的小さい。そして、第３の保護層として、第３のＴｉＷ層４０がＰＥＣＶＤによって堆積し、パターン化された第３の金属層２５および第３の金属層内の１つ以上の開口部２６の側壁２６ａを覆う。ＴｉＷの代わりに、層４０はＴｉＮまたはもう１つの障壁層からなってもよい。第３のＴｉＷ（またはＴｉＮ）層の厚さは約６０ｎｍであってよい。さらなる実施形態では、第３のＴｉＷ（またはＴｉＮ）層は追加の誘電層、例えば二酸化ケイ素に覆われている。二酸化ケイ素層は犠牲的エッチングの間のエッチング抵抗を改善しうる。第３のＴｉＷ層４０を当てた後、選択的エッチングが実行され、ＴｉＷ層に１つ以上の開口部２６が底部４２まで続く。また、ＴｉＷ層内の開口部４３は、パターン化された第３の金属層２５によって覆われない第２のメタル−２体２１の領域につくられる。
【００４１】
図１５は、本方法の第３の実施形態による最終段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。犠牲体である第２の金属体２１はエッチング処理によって取り除かれ、可動ビーム型電極としてはたらきうるパターン化された第３の金属層２５と、第２の接触電極５との間に空洞３２を形成する。空洞３２を囲む壁の、第３の金属層２５の、および１つ以上の開口部２６の側壁のＴｉＷ層３５、４０は、空洞３２の形成の間保護層としてはたらく。そのような保護層が存在するために、第２の金属体２１を取り除くエッチング処理は所要時間が重視されない。結果として、エッチング後の空洞３２の寸法は明確に定まり、エッチングによるばらつきがなくなる。最後に、ＴｉＷ層３５、４０は、空洞３２を囲む壁、パターン化された第３の金属層２５、１つ以上の開口部２６の側壁、および誘電層６から取り除かれる。追加の誘電層が存在する場合、それは選択的エッチング（例えば、追加の誘電体が二酸化ケイ素の場合は緩衝酸化物エッチング）の段階において取り除かれ、ＴｉＷ（またはＴｉＮ）層３５、４０はパターン化された金属２５をエッチングから保護する。後の段階で、ＴｉＷ（またはＴｉＮ）層はＨ２Ｏ２溶液中のエッチングによって選択的に取り除かれてもよい。
【００４２】
第３の実施形態による本方法は、第２の金属体２１の除去の間、ＴｉＷ層の存在のために、第３の金属層（可動電極）２５の下部面５０がエッチング処理による腐食から保護されるという利点がある。結果として、可動電極２５と第１の接触電極（下部電極）５との間の高さのばらつきが減少するため、下部面５０は比較的なだらかになる。このように、スイッチング可能なキャパシタのキャパシタンスはより少ないばらつきでより明確に定まる。追加の誘電層がＴｉＷ層上に置かれる場合、下部面５０のなだらかさは比較的改善されうる。ＴｉＷ保護層のエッチングへの抵抗と比較して、誘電層は、犠牲体のエッチング液へのより高い抵抗を有しうる。この場合、追加の誘電層は、第２の犠牲体２１の犠牲的除去の間、パターン化された第３の金属層２５の下部面５０を保護する。次に、誘電層が取り除かれるとき、ＴｉＷ層は下部面５０を保護する。最後に、ＴｉＷ層は高度に選択的なエッチングによって取り除かれる。
【００４３】
可動ビーム型電極２５は、第１の金属体上で、かつ第１の電極の上方に位置する。空洞３２は第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定されている。第１の金属体および第２の金属体２０、２１の間の溝２２を満たすために、Ｗ層３７が有利に使用されうるが、第３の金属層２５が溝を架橋するように構成できる場合は、Ｗ層の添加は省略できることに留意する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にＭＥＭＳ素子を製造する方法および基板状のＭＥＭＳ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（微小電子機械システム）素子は、基板上のスイッチング可能なキャパシタとしてしばしば作動し、第１の電極および第２の電極を備えるデバイスである。第１の電極は、基板上の固定された位置にある他方の電極の上方に位置する可動ビームとして構成される。２つの平面電極が空洞によって分離されている。２つの平面電極の間の間隔は、可動ビーム上に及ぼされた外部力によって変化させることが可能である。
【０００３】
一般的に、２つの平面電極の間の空洞は犠牲層の使用によって製造される。基板上の平面電極上には第１の層が犠牲層として堆積し、犠牲体を形成するようにパターン化される。犠牲体上には第２の層が堆積する。第２の層は可動ビーム体を形成するようにパターン化される。次いで、犠牲体が可動ビームと基板上の平面電極との間で取り除かれて、空洞を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この方法の不利な点は、犠牲体上の第２の層のステップカバレッジが比較的少ないことである。一般的に、犠牲体の横側の縁上の第２の層の厚さは、基板上の、または犠牲体上の第２の層の厚さと比較して減少する。
【０００５】
スイッチング可能なキャパシタの例では、犠牲層の一般的な厚さは約３マイクロメートルであってよく、第２の層の厚さは約５マイクロメートルであってよい。犠牲体の横側の縁において、第２の層の厚さは約２〜３マイクロメートルまで減少してよい。
【０００６】
結果として、可動ビームの厚さの変化はビームと、スイッチング可能なキャパシタを有するＭＥＭＳデバイスとの機械的特性のばらつきを大きくする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
先行技術の不利な点を克服するスイッチング可能なキャパシタを製造する方法を提供することが、本発明の目的である。
【０００８】
これは請求項１に記載の方法によって達成される。この方法を用いることによって、メタル−３層内の厚さが減少した部分を「アンカーを超えた」領域に配置することによって、第２の金属体を覆う第３の金属層のステップカバレッジが改善される。有利なことに、ビーム型の第２の電極は、ばらつきが比較的小さく、明確に定まった特性を有する、スイッチング可能なキャパシタの生成を可能にする実質的に一定の厚さを有する。
【０００９】
さらなる実施形態では、第２の金属層はアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。第１の金属体および第２の金属体は、
第２の金属層の表面を酸化して酸化面を形成し、
酸化面上にパターン化マスクを当てて、第１のマスク部分および第２のマスク部分が、第１の金属体および第２の金属体が形成される第２の金属層の領域の上に位置して該領域を覆うようにし、
第１のマスク部分および第２のマスク部分によって覆われていない領域において第２の金属層を陽極酸化し、第１の金属体および第２の金属体の各側壁および頂部面を陽極酸化された金属によって被覆し、中間の分離部分が陽極酸化された金属を含むようにして、形成される。
【００１０】
有利なことに、第３の金属層は、酸化アルミニウム層に埋め込まれた第１のアルミニウム体および第２のアルミニウム体を含む、実質的に平坦な表面層上に堆積しうるので、第２のアルミニウム層のステップカバレッジが問題にならず、第２のアルミニウム層の厚さは第１の金属体および第２の金属体の領域にわたって実質的に一定である。さらに、この実施形態では第１の金属体および第２の金属体の両方が実質的に平坦な頂部面を有するので、第３の金属層は同様に実質的に平坦である。
【００１１】
さらなる実施形態によれば、第１の金属体および第２の金属体の相互分離部分は第２の金属層の異方性エッチングによって形成された溝である。
【００１２】
有利なことに、溝の寸法は、第３の金属層が少なくとも溝に架橋する層として堆積することを可能にする。第３の金属層が、間に溝を持つ第１の体および第２の体を有する実質的に平坦な表面上に堆積することができるので、第３の金属層のステップカバレッジは問題にならず、第３の金属層の厚さは実質的に一定である。
【００１３】
さらなる実施形態によれば、方法は、第３の金属層の堆積の前に少なくとも第１の金属体および第２の金属体を覆う第２の保護層の堆積を含む。有利なことに、第２の保護層の存在のために、第２の金属層内に画定された第２の金属体を取り除くためのエッチング処理は所要時間が重視されない。結果として、エッチング後の空洞の寸法は明確に定まり、エッチングによるばらつきがなくなる。
【００１４】
本発明はさらに、本発明の方法によって生産されうるＭＥＭＳ素子に関する。ここで、第１の金属体は第１の電極に近接して、第２の電極のアンカーとして構成され、第２の電極は、第１の金属体上に、かつ第１の電極の上方に位置するビーム型の体として構成され、空洞は第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定される。
【００１５】
以下、本発明はいくつかの図面を参照して説明される。図面は単に例示のみを目的としており、添付の特許請求の範囲に定義された発明の保護範囲を限定する目的はない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＭＥＭＳ素子の製造中における、基礎ステップ後の基板の断面図である。
【図２】方法の第１の実施形態による、後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図３】方法の第１の実施形態による、後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図４】方法の第１の実施形態による、後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図５】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図６】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図７】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図８】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図９】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１０】方法の第２の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１１】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１２】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１３】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１４】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【図１５】方法の第３の実施形態による、図１の基礎ステップ後に後続する段階のＭＥＭＳ素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、基礎ステップ後の、スイッチング可能なキャパシタの製造中におけるＭＥＭＳデバイスの断面図を示す。この基礎ステップは基板の表面を準備する共通のステップである。例えばシリコンウェハである半導体基板１に、二酸化ケイ素層２を熱的酸化によって形成する。代替として、二酸化ケイ素またはガラス材料を含む誘電体基板が使用されてもよい。そして、必要な場合、Ａｒイオン転移が実行されて、Ａｒをウェハ１内に転移させ、形成されるデバイス内のＲＦ信号のあり得るカップリングに対する抵抗を増加させてもよい。次に、窒化ケイ素層３が二酸化ケイ素層２の上方に、例えばプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって形成される。窒化ケイ素層３に、金属層が堆積し、第１の、すなわち下部電極５を形成するようにパターン化される。例えば、二酸化ケイ素層２の厚さは約１００ｎｍであり、窒化ケイ素層３の厚さは約４００ｎｍである。第１の、すなわち下部電極５は約４００〜５００ｎｍの厚さを有しており、アルミニウムまたはアルミニウム合金（Ａｌ−ＣｕまたはＡｌ−Ｓｉなど）からなってよい。
【００１８】
図２は、方法の第１の実施形態による基礎ステップ後の次の段階における、スイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。第１の電極５および窒化ケイ素層３上に、誘電層６が堆積する。誘電層はＰＥＣＶＤ窒化ケイ素層からなってよい。誘電層６は約４００〜５００ｎｍの厚さを有してよい。その後に、ハフニウムの薄い層が堆積し（図示せず）、誘電層６を覆う。それから、アルミニウム（合金）の層が堆積する。アルミニウム層は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の頂部面８ａが形成されるように酸化される。例えば、ハフニウム層は約１５ｎｍの厚さを有し、アルミニウム層は約３マイクロメートルの厚さを有し、酸化アルミニウム頂部面８ａの厚さは約１００〜２００ｎｍである。
【００１９】
連続的なステップとして、レジストマークパターンが酸化アルミニウム頂部面８ａに当てられる。レジストマークのパターンはアンカー位置４の実質的な上方に位置するマスク部分１０と、第１の電極５の実質的な上方に位置しさらに第１の電極５の隣の隣接領域９を覆って広がる第２のマスク部分１１とを有する。アンカー位置４は、形成される上部電極のアンカーが位置する予定の位置に配置される。
【００２０】
次のステップで、マスク部分１０、１１によって覆われていないアルミニウム層７／酸化アルミニウム頂部面８ａが、陽極酸化されて酸化アルミニウム層８を形成する。マスク部分によって覆われた位置では、アルミニウム層はアンカー位置４の上方の第１のアルミニウム体７ａと、第１の電極５および隣接領域９の上方の第２のアルミニウム体７ｂとして残る。第１のアルミニウム体および第２のアルミニウム体７ａ、７ｂは、各体の側壁および頂部面に当接する酸化アルミニウムのシェル内にトラップされる。各体の下方面は誘電層６に当接する。
【００２１】
図３は、本方法の第１の実施形態による後続する段階の後のＭＥＭＳ素子の断面図を示す。次に、レジストマスクパターンが取り除かれる。アンカー位置４の上方でアンカー位置４が露出している範囲内で、酸化アルミニウム層をエッチングして取り除く接触エッチングが実行される。第２のアルミニウム体７ｂは薄い酸化アルミニウム層によって覆われたままである。それから、第２のアルミニウム層が堆積してパターン化され、アルミニウムのビーム型体１２を形成する。例えば、第２のアルミニウム層の厚さは約５マイクロメートルである。第１の金属体および第２の金属体７ａ、７ｂは互いに隣接したメサとして構成される。第１の金属体および第２の金属体７ａ、７ｂ上に、第２のアルミニウム層が堆積する。第１の金属体および第２の金属体７ａ、７ｂの両方が実質的に平坦な頂部面を有するので、第２のアルミニウム層も同様に実質的に平坦となる。有利なことに、第２のアルミニウム層は、酸化アルミニウム層８に埋め込まれた第１のアルミニウム体および第２のアルミニウム体７ａ、７ｂを有する実質的に平坦な表面層上に堆積しうるので、第２のアルミニウム層のステップカバレッジは問題にならず、第２のアルミニウム層の厚さは第１の金属体および第２の金属体７ａ、７ｂの領域にわたって実質的に一定である。
【００２２】
第２のアルミニウム層をアルミニウムのビーム型体１２へパターン化するステップの後、第１の保護層、すなわち、保護二酸化ケイ素層１４が、アルミニウムのビーム型体１２への堆積または酸化によってアルミニウムのビーム型体１２上に形成される。連続的なステップにおいて、第２のアルミニウム体７ｂへの１つ以上の開口部１５が、第１の電極５の隣接領域９の上方の酸化物層につくられる。
【００２３】
図４は本方法の第１の実施形態によるさらなる段階の後のスイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。酸化物に対して選択的な犠牲的エッチングが実行され、１つ以上の開口部１５を通じて第２のアルミニウム体７ｂを取り除く。空洞１６は犠牲的エッチングによって形成される。第２のアルミニウム体７ｂは、（形成される）空洞１６の境界として共に機能する酸化アルミニウム層８および誘電層６内に埋め込まれるので、エッチング処理は所要時間が重視されない。結果として、エッチング後の空洞１６の寸法は明確に定まり、エッチング処理の変動によらない。次に、保護二酸化ケイ素層１４が、選択的な第２のエッチングによって取り除かれる。結果として、可動ビーム型電極１２としてのアルミニウムのビーム型体１２と、固定された下部電極５としての第１の電極５とを含むＭＥＭＳ素子が得られる。可動ビーム型上部電極１２と固定された下部電極５の間に空洞１６が位置する。可動ビーム型電極１２は第１の金属体上に、かつ第１の電極の上方に位置する。空洞１６は第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定される。空洞１６の高さは第１の金属体７ａの高さに実質的に等しい。
【００２４】
図５は、本方法の第２の実施形態による、基礎ステップ（図１）後の次の段階におけるスイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。第１の電極５および窒化ケイ素層３上に誘電層６が堆積する。誘電層はＰＥＣＶＤ窒化ケイ素層からなってもよい。誘電層６が約４００〜５００ｎｍの厚さを有してもよい。それから、金属、例えばアルミニウム（合金）の層７が第２の金属層７として堆積する。例えば、第２の金属層７はアルミニウムであってもよい。第２の金属層７は約３マイクロメートルの厚さを有してよい。代替として、第２の金属層７はアモルファスシリコンなどのもう１つの材料に置き換えられてもよい。
【００２５】
連続的なステップとして、レジストマスクパターンが第２の金属層７上に当てられる。続いて、第２の金属層７は、第１の金属体２０が接触位置４の実質的な上方に形成され、第２の金属体２１が第１の電極５の実質的な上方に形成されて第１の電極５の隣の隣接領域５ａ、５ｂにわたって広がるように、異方性エッチングによってパターン化される。アンカー位置４が、形成される上部電極のアンカーが位置する予定の位置に配置される。
【００２６】
いくつかの実施形態では、アンカー位置４は（以下の処理ステップにおいて形成される）上部電極の電気的接点として用いられてもよい。第１の金属体２０および第２の金属体２１は溝またはギャップ２２によって互いに隔てられる。好ましくは、溝はリソグラフィ処理によって得られることができる最低の特徴的寸法に実質的に等しい幅を有するように設計される。
【００２７】
図６は、本方法の第２の実施形態によるさらなる段階のスイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。第２の保護層として、二酸化ケイ素層２３などの誘電層が第１の金属体および第２の金属体２０、２１を覆って堆積する。堆積はプラズマ化学成長プロセスによってもよい。代替として、二酸化ケイ素層２３の堆積はスピンオングラス処理とその後のエッチバック処理によってもよい。後者の場合には、溝２２は二酸化ケイ素によって満たされてもよい。二酸化ケイ素層２３の堆積の後、アンカー位置が上部電極のための電気的接点として用いられる場合には、アンカー位置４を覆う第１のメタル−２体２０への二酸化ケイ素層２３における開口部２４を作成するために、接触エッチング（リソグラフィ処理）が実行される。
【００２８】
図７は、本方法の第２の実施形態によるさらなる段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。第３の金属層２５が図６に示した構造体を覆って堆積する。例えば、第３の金属層はアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。第３の金属層の厚さは約５マイクロメートルであってよい。有利なことに、第３の金属層２５は、第１の金属体および第２の金属体２０、２１を有する実質的に平坦な表面上に堆積してもよく、第３の金属層のステップカバレッジは問題にならず、メタル−３層の厚さは実質的に一定である。
【００２９】
溝２２の寸法および堆積処理のパラメータは、メタル−３層が少なくとも溝２２を架橋する層として堆積するように選択されることに留意する。また、第３の金属堆積の堆積パラメータおよび溝２２の寸法によっては、溝２２は第３の金属層２５によって少なくとも部分的に満たされていてもよい。溝２２の幅が第３の金属層２５の厚さよりも小さい場合には、満たす効果は重要ではないことがある。この条件では金属層２５においてステップは形成されない。溝２２が上に記した（図６を参照）スピンオングラス処理によって二酸化ケイ素２３によって満たされる場合、第３の金属層２５が第１の金属体２０および第２の金属体２１の両方を覆って実質的に平坦に広がる。第３の金属層２５は第２の金属体２１を覆って広がる可動ビーム型電極を形成するようにパターン化される。また、第２のメタル−２部分２１を覆う二酸化ケイ素層２３への１つ以上の開口部２６が形成される。（例として２つの開口部がここで示されている）。開口部２６の幅は第３の金属層２５の厚さよりも相対的に小さい。ありえる不十分なステップカバレッジの効果は、第２の金属体から外方に向く第１の金属体の縁における狭窄部２７として示される。
【００３０】
図８は、本方法の第２の実施形態によるさらなる段階における、ＭＥＭＳ素子の断面図を示す。１つ以上の開口部２６の作成後、さらなる二酸化ケイ素層２９が第３の保護層として堆積する。さらなる二酸化ケイ素層２９はプラズマ化学気相成長法によって堆積してもよい。このタイプの堆積処理を用いて、１つ以上の開口部２６の側壁２６ａはそれらの深さ全体にわたって二酸化ケイ素で覆われうる。次の段階ではウィンドウエッチングが実行され、第２の金属体２１と当接する１つ以上の開口部２６の底部３０において第２の金属体２１を露出させる。また、第２の金属体２１への１つ以上の追加の開口部３１が、パターン化された第３の金属層２５によって覆われない第２の金属体２１の領域を覆う二酸化ケイ素においてエッチングされる。
【００３１】
図９は、本方法の第２の実施形態によるさらに次の段階におけるスイッチング可能なキャパシタの断面図を示す。犠牲体である第２の金属体２１は選択的なエッチング処理によって取り除かれ、可動ビーム型電極として作用しうるパターン化された第３の金属層２５と第１の電極５との間に空洞３２を形成する。空洞３２を囲む壁、パターン化された第３の金属層２５、および１つ以上の開口部２６の側壁の二酸化ケイ素層２３、２９は、空洞３２の形成時に下にある構造物をエッチングから保護するようにはたらく。そのような保護層の存在のために、第２の金属体２１を取り除くエッチング処理は所要時間が重視されない。結果として、エッチング後の空洞の寸法は明確に定まり、エッチングによるばらつきがなくなる。第２の犠牲金属体のエッチングは、ウェットエッチング処理またはドライエッチング処理のいずれによって行われてもよい。
【００３２】
図１０は、本方法の第２の実施形態による最終段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。さらなる段階において、空洞３２を囲む壁、パターン化された第３の金属層２５、および１つ以上の開口部２６の側壁の二酸化ケイ素２３、２９は、実質的に二酸化ケイ素のみを取り除く選択的エッチング処理によって取り除かれる。パターン化された第３の金属層２５における狭窄部２７は、第１の金属体２０、第１の電極５、および空洞３２の領域４ａ、４、４ｂ、２２、５ａ、５、５ｂの外側に配置される。当然のことながら、このように、狭窄部２７は、パターン化されたビーム型電極２５の機械的特性には全く影響を与えない。
【００３３】
本方法を使用すると、犠牲層の上の第２の層のステップカバレッジは、「アンカーを超えた」領域に、すなわち、第１の電極５が位置する側と反対側の第１の金属体の側部に、第３の金属層２５の狭窄部２７を配置することによって改善される。移動可能なビームは今や、実質的に一定の厚さを有し、その一定の厚さによって、比較的ばらつきが少なく、より明確に定まった特性を有するスイッチング可能なキャパシタの生成を可能にする。移動可能なビーム型電極２５は、第１の金属体上に、かつ第１の電極の上方に配置される。空洞３２は第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定される。
【００３４】
図１１は、本方法の第３の実施形態による基礎ステップ後の次の段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。第１の、すなわち下部電極５および窒化ケイ素層３の上に誘電層６が堆積する。誘電層はＰＥＣＶＤ窒化ケイ素層からなってもよい。誘電層６は約４００〜５００ｎｍの厚さを有してもよい。誘電層６上に薄いＴｉＷ（チタン−タングステン）層３３が堆積する。ＴｉＷ層３３は約３０ｎｍの厚さを有してもよい。代替として、ＴｉＷ層はＴｉＮ（窒化チタン）層に置き換えてもよい。リソグラフィ段階（すなわち、レジスト層を当て、レジスト層をパターン化し、ＴｉＷおよび誘電層の露出部分をエッチングする）において、ＴｉＷ層３３はアンカー位置４および隣接領域４ａ、４ｂから取り除かれる。ＴｉＷ層３３は、第１の電極５、その隣接領域５ａ、５ｂ、（形成される）溝２２の領域を覆う誘電層６上に残る。
【００３５】
図１２は、本方法の第３の実施形態によるさらなる段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。それから、第２の金属層７、例えば約３マイクロメートルの厚さのアルミニウムまたはアルミニウム合金が堆積する。
【００３６】
連続する段階で、レジストマスクパターンが第２の金属層７上に当てられる。続いて、第２の金属層７は異方性エッチングによってパターン化される。それによって、第１の金属体２０がアンカー位置４とその隣接領域４ａ、４ｂの実質的に上方に形成され、第２の金属体２１が第１の電極５の実質的に上方に、第１の電極５の隣の隣接領域５ａ、５ｂを覆って広がるように形成される。第１の金属体２０および第２の金属体２１が溝またはギャップ２２によって互いに隔てられる。ＴｉＷ層３３が第２の金属体２１、溝２２および随意に第１の金属体２０の一部の下に広がるように、第１の金属体および第２の金属体２０、２１が配置される。
【００３７】
図１３は、本方法の第３の実施形態によるその後の段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。次に、第２の保護層として第２のＴｉＷ層３５が第１の金属体および第２の金属体２０、２１上にＰＥＣＶＤによって堆積する。ＴｉＷ層３５は約３０ｎｍの厚さを有してもよい。代替として、ＴｉＷはＴｉＮ、ＴｉＷＮ、Ｔａ、またはもうひとつの障壁層と置き換えられてもよい。第２のＴｉＷ層３５はまた、第１の金属体および第２の金属体２０、２１の間で溝２２の壁を覆う。
【００３８】
それから、好ましい実施形態では、Ｗ層３７がＣＶＤ処理によって堆積し第２のＴｉＷ層３５を覆う。適切な堆積処理を用いることによって、Ｗ層３７は溝２２を満たすようにつくられることができる。Ｗ層３７は（溝の外側で、基板と垂直に）約３００ｎｍ〜１μｍの厚さを有する。有利なことに、溝２２の充填材料としてのＷの使用は、形成されるスイッチング可能なキャパシタの、アンカー（第１のメタル−２体２０）および可動ビーム型電極の両方の機械的特性を改善させると思われる。次の段階では、Ｗ層３７が溝２２内に、および第１の金属体および第２の金属体２０、２１の頂部の溝２２に隣接する領域３７ａ、３７ｂ内に存在するように、Ｗ層３７はパターン化される。第１の金属体２０上に、接触開口部３８が、第２のＴｉＷ層３５の局所的な除去によって生成される。しかしながら、ＴｉＷは十分高い導電性を有する導電材料であるため、接触開口部の生成は必要ではない。
【００３９】
図１４は、本方法の第３の実施形態によるさらなる段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。次に、第３の金属層２５が図１３で示した構造体を覆って堆積する。例えば、第３の金属層はアルミニウムまたはアルミニウム合金を含み、約５マイクロメートルの厚さを有する。有利なことに、第３の金属層２５は、第２のＴｉＷ層３５およびパターン化されたＷ層３７、３７ａ、３７ｂによって覆われた第１の金属体および第２の金属体２０、２１を含む実質的に平坦な表面上に堆積しうるので、第３の金属層のステップカバレッジは問題にならず、第３の金属層の厚さは実質的に一定である。第３の金属層は溝２２が架橋されるように堆積することに留意する。
【００４０】
第３の金属層２５は第２の金属体２１を覆って広がる可動のビーム型電極を形成するようにパターン化される。また、第２の金属体２１を覆う二酸化ケイ素層２３への１つ以上の開口部２６が形成される。（例として２つの開口部が記載された図を示す）。開口部２６の大きさは第３の金属層２５の厚さよりも比較的小さい。そして、第３の保護層として、第３のＴｉＷ層４０がＰＥＣＶＤによって堆積し、パターン化された第３の金属層２５および第３の金属層内の１つ以上の開口部２６の側壁２６ａを覆う。ＴｉＷの代わりに、層４０はＴｉＮまたはもう１つの障壁層からなってもよい。第３のＴｉＷ（またはＴｉＮ）層の厚さは約６０ｎｍであってよい。さらなる実施形態では、第３のＴｉＷ（またはＴｉＮ）層は追加の誘電層、例えば二酸化ケイ素に覆われている。二酸化ケイ素層は犠牲的エッチングの間のエッチング抵抗を改善しうる。第３のＴｉＷ層４０を当てた後、選択的エッチングが実行され、ＴｉＷ層に１つ以上の開口部２６が底部４２まで続く。また、ＴｉＷ層内の開口部４３は、パターン化された第３の金属層２５によって覆われない第２のメタル−２体２１の領域につくられる。
【００４１】
図１５は、本方法の第３の実施形態による最終段階におけるＭＥＭＳ素子の断面図を示す。犠牲体である第２の金属体２１はエッチング処理によって取り除かれ、可動ビーム型電極としてはたらきうるパターン化された第３の金属層２５と、第２の接触電極５との間に空洞３２を形成する。空洞３２を囲む壁の、第３の金属層２５の、および１つ以上の開口部２６の側壁のＴｉＷ層３５、４０は、空洞３２の形成の間保護層としてはたらく。そのような保護層が存在するために、第２の金属体２１を取り除くエッチング処理は所要時間が重視されない。結果として、エッチング後の空洞３２の寸法は明確に定まり、エッチングによるばらつきがなくなる。最後に、ＴｉＷ層３５、４０は、空洞３２を囲む壁、パターン化された第３の金属層２５、１つ以上の開口部２６の側壁、および誘電層６から取り除かれる。追加の誘電層が存在する場合、それは選択的エッチング（例えば、追加の誘電体が二酸化ケイ素の場合は緩衝酸化物エッチング）の段階において取り除かれ、ＴｉＷ（またはＴｉＮ）層３５、４０はパターン化された金属２５をエッチングから保護する。後の段階で、ＴｉＷ（またはＴｉＮ）層はＨ２Ｏ２溶液中のエッチングによって選択的に取り除かれてもよい。
【００４２】
第３の実施形態による本方法は、第２の金属体２１の除去の間、ＴｉＷ層の存在のために、第３の金属層（可動電極）２５の下部面５０がエッチング処理による腐食から保護されるという利点がある。結果として、可動電極２５と第１の接触電極（下部電極）５との間の高さのばらつきが減少するため、下部面５０は比較的なだらかになる。このように、スイッチング可能なキャパシタのキャパシタンスはより少ないばらつきでより明確に定まる。追加の誘電層がＴｉＷ層上に置かれる場合、下部面５０のなだらかさは比較的改善されうる。ＴｉＷ保護層のエッチングへの抵抗と比較して、誘電層は、犠牲体のエッチング液へのより高い抵抗を有しうる。この場合、追加の誘電層は、第２の犠牲体２１の犠牲的除去の間、パターン化された第３の金属層２５の下部面５０を保護する。次に、誘電層が取り除かれるとき、ＴｉＷ層は下部面５０を保護する。最後に、ＴｉＷ層は高度に選択的なエッチングによって取り除かれる。
【００４３】
可動ビーム型電極２５は、第１の金属体上で、かつ第１の電極の上方に位置する。空洞３２は第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定されている。第１の金属体および第２の金属体２０、２１の間の溝２２を満たすために、Ｗ層３７が有利に使用されうるが、第３の金属層２５が溝を架橋するように構成できる場合は、Ｗ層の添加は省略できることに留意する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳ素子が第１の電極（５）と第２の電極（１２；２５）とを含み、前記第１の電極および第２の電極が空洞（１６；３２）によって隔てられ、基板が絶縁表面層（３）を含む、基板上にＭＥＭＳ素子を製造する方法であって、
前記絶縁表面層上に第１の電極（５）を形成するステップと、
第２の金属層に第１の金属体（７ａ；２０）および第２の金属体（７ｂ；２１）を形成するステップであって、前記第１の金属体および前記第２の金属体が中間の分離部分（８：２２）によって互いに分離され、前記第１の金属体（７ａ；２０）がアンカー位置（４）の上方に位置し、前記第２の金属体（７ｂ；２１）が少なくとも前記第１の電極（５）の上方に位置する、ステップと、
前記第１の金属体および前記第２の金属体（７ａ、７ｂ；２０、２１）上に位置する第３の金属層に、第２の電極としてビーム型体（１２；２５）を形成するステップと、
前記第２の金属体の上方の領域において、前記第２の金属体へと続く少なくとも１つの開口部を、前記第３の金属層に形成するステップと、
前記少なくとも１つの開口部を介して前記第２の金属体を取り除き、前記第２の金属体の位置において空洞（１６；３２）を形成するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記第２の金属層（７）の堆積の前に、誘電層（６）が前記第１の電極（５）および前記アンカー位置（４）を覆って堆積する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記誘電層（６）の形成の後に薄い金属層を堆積し、前記薄い金属層がハフニウムを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の金属層がアルミニウムまたはアルミニウム合金を含み、前記第１の金属体および前記第２の金属体（７ａ、７ｂ）が、
酸化面（８ａ）を形成するように第２の金属層（７）の表面を酸化するステップと、
第１のマスク部分（１０）および第２のマスク部分（１１）が、前記第１の金属体および前記第２の金属体（７ａ、７ｂ）が形成される第２の金属層の領域の上に位置して該領域を覆うように、酸化面上にパターン化されたマスクを当てるステップと、
前記第１のマスク部分および前記第２のマスク部分（１０、１１）によって覆われていない領域において前記第２の金属層を陽極酸化して、前記第１の金属体および前記第２の金属体の各側壁および頂部面を陽極酸化された金属によって被覆し、前記中間の分離部分が、陽極酸化された金属を含むようにするステップと、によって形成される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の金属体および前記第２の金属体上に位置するビーム型体（１２）の形成の前に、前記第１の金属体の上方の酸化面を取り除くステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第１の保護層が前記ビーム型体上に提供される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の保護層（１４）の形成の後に、前記第２の金属体（７ｂ）へと続く開口部（１５）を前記第１の保護層に形成する接触エッチングが行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の金属体および前記第２の金属体の前記中間の分離部分（２２）が、異方性エッチングによって溝（２２）として形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
第２の保護層（２３；３５）が、前記第２の電極が提供される前に、少なくとも前記第１の金属体および前記第２の金属体（２０、２１）上に堆積する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の保護層（２３；３５）の堆積の後に、前記第１の金属体（２０）へと続く開口部（２４）を前記第２の保護層（２３；３５）に形成する接触エッチングが行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の金属体の上方の領域における前記第２の金属体（２１）へと続く、少なくとも１つの開口部を前記第３の金属層に形成することの後に、第３の保護層（２９；４０）の堆積が行われ、前記第３の保護層（２９；４０）が、ビーム型体と、メタル−３層の少なくとも１つの開口部の側壁とを覆う、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
第２の金属層の堆積の前に、金属を主成分とする層（３３）が、前記第１の電極（５）を覆う誘電層（６）を覆うように追加の保護層として堆積し、前記金属を主成分とする層（３３）が、実質的に前記第２の金属体（２１）および前記溝（２２）の領域において前記誘電層（６）を覆うようにパターン化される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記追加の保護層（３３）、前記第２の保護層（３５）、および第３の保護層（４０）がそれぞれ、チタン−タングステン合金、窒化チタン合金、チタン−タングステン窒化物合金、および窒化タンタル合金からなる群の金属を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記溝（２２）および、前記第１の金属体および前記第２の金属体（２０、２１）の頂部の前記溝（２２）に隣接する領域（３７ａ、３７ｂ）において、前記第２の保護層（３５）が、さらなる金属層（３７）によって覆われる、請求項１６に従属する限りの請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記さらなる金属層（３７）がタングステンを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１の電極（５）および第２の電極（１２；２５）を有する基板上のＭＥＭＳ素子であって、前記第１の電極および前記第２の電極が空洞（１６；３２）によって隔てられ、前記基板が絶縁表面層（３）を含み、前記第１の電極（５）が前記絶縁表面層上に配置され、
第１の金属体（７ａ、２０）が前記第１の電極に隣接しており、前記第２の電極（１２；２５）のアンカーとして構成され、
前記第２の電極が、前記第１の金属体上に、かつ前記第１の電極の上方に位置するビーム型の体（１２；２５）として構成され、
前記空洞（１６；３２）が前記第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定される、
ＭＥＭＳ素子。
【請求項１７】
前記第１の金属体がアルミニウムを含む、請求項１６に記載のキャパシタ。
【請求項１８】
前記第１の金属体の側壁が誘電体によって覆われる、請求項１７に記載のキャパシタ。
【請求項１９】
前記誘電体が酸化アルミニウムを含む、請求項１８に記載のキャパシタ。
【請求項２０】
前記第１の金属体の側壁が金属層によって覆われ、金属がチタン−タングステン、窒化チタンおよびタングステン、チタン−タングステン窒化物、窒化タンタルからなる群の金属である、請求項１６に記載のキャパシタ。
【請求項２１】
第２の金属層の狭窄部（２７）が、前記第１の金属体の、前記空洞が形成される側と反対の側に位置する、請求項１６に記載のキャパシタ。
【請求項１】
ＭＥＭＳ素子が第１の電極（５）と第２の電極（１２；２５）とを含み、前記第１の電極および第２の電極が空洞（１６；３２）によって隔てられ、基板が絶縁表面層（３）を含む、基板上にＭＥＭＳ素子を製造する方法であって、
前記絶縁表面層上に第１の電極（５）を形成するステップと、
第２の金属層に第１の金属体（７ａ；２０）および第２の金属体（７ｂ；２１）を形成するステップであって、前記第１の金属体および前記第２の金属体が中間の分離部分（８：２２）によって互いに分離され、前記第１の金属体（７ａ；２０）がアンカー位置（４）の上方に位置し、前記第２の金属体（７ｂ；２１）が少なくとも前記第１の電極（５）の上方に位置する、ステップと、
前記第１の金属体および前記第２の金属体（７ａ、７ｂ；２０、２１）上に位置する第３の金属層に、第２の電極としてビーム型体（１２；２５）を形成するステップと、
前記第２の金属体の上方の領域において、前記第２の金属体へと続く少なくとも１つの開口部を、前記第３の金属層に形成するステップと、
前記少なくとも１つの開口部を介して前記第２の金属体を取り除き、前記第２の金属体の位置において空洞（１６；３２）を形成するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記第２の金属層（７）の堆積の前に、誘電層（６）が前記第１の電極（５）および前記アンカー位置（４）を覆って堆積する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記誘電層（６）の形成の後に薄い金属層を堆積し、前記薄い金属層がハフニウムを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の金属層がアルミニウムまたはアルミニウム合金を含み、前記第１の金属体および前記第２の金属体（７ａ、７ｂ）が、
酸化面（８ａ）を形成するように第２の金属層（７）の表面を酸化するステップと、
第１のマスク部分（１０）および第２のマスク部分（１１）が、前記第１の金属体および前記第２の金属体（７ａ、７ｂ）が形成される第２の金属層の領域の上に位置して該領域を覆うように、酸化面上にパターン化されたマスクを当てるステップと、
前記第１のマスク部分および前記第２のマスク部分（１０、１１）によって覆われていない領域において前記第２の金属層を陽極酸化して、前記第１の金属体および前記第２の金属体の各側壁および頂部面を陽極酸化された金属によって被覆し、前記中間の分離部分が、陽極酸化された金属を含むようにするステップと、によって形成される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の金属体および前記第２の金属体上に位置するビーム型体（１２）の形成の前に、前記第１の金属体の上方の酸化面を取り除くステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第１の保護層が前記ビーム型体上に提供される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の保護層（１４）の形成の後に、前記第２の金属体（７ｂ）へと続く開口部（１５）を前記第１の保護層に形成する接触エッチングが行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の金属体および前記第２の金属体の前記中間の分離部分（２２）が、異方性エッチングによって溝（２２）として形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
第２の保護層（２３；３５）が、前記第２の電極が提供される前に、少なくとも前記第１の金属体および前記第２の金属体（２０、２１）上に堆積する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の保護層（２３；３５）の堆積の後に、前記第１の金属体（２０）へと続く開口部（２４）を前記第２の保護層（２３；３５）に形成する接触エッチングが行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の金属体の上方の領域における前記第２の金属体（２１）へと続く、少なくとも１つの開口部を前記第３の金属層に形成することの後に、第３の保護層（２９；４０）の堆積が行われ、前記第３の保護層（２９；４０）が、ビーム型体と、メタル−３層の少なくとも１つの開口部の側壁とを覆う、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
第２の金属層の堆積の前に、金属を主成分とする層（３３）が、前記第１の電極（５）を覆う誘電層（６）を覆うように追加の保護層として堆積し、前記金属を主成分とする層（３３）が、実質的に前記第２の金属体（２１）および前記溝（２２）の領域において前記誘電層（６）を覆うようにパターン化される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記追加の保護層（３３）、前記第２の保護層（３５）、および第３の保護層（４０）がそれぞれ、チタン−タングステン合金、窒化チタン合金、チタン−タングステン窒化物合金、および窒化タンタル合金からなる群の金属を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記溝（２２）および、前記第１の金属体および前記第２の金属体（２０、２１）の頂部の前記溝（２２）に隣接する領域（３７ａ、３７ｂ）において、前記第２の保護層（３５）が、さらなる金属層（３７）によって覆われる、請求項１６に従属する限りの請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記さらなる金属層（３７）がタングステンを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１の電極（５）および第２の電極（１２；２５）を有する基板上のＭＥＭＳ素子であって、前記第１の電極および前記第２の電極が空洞（１６；３２）によって隔てられ、前記基板が絶縁表面層（３）を含み、前記第１の電極（５）が前記絶縁表面層上に配置され、
第１の金属体（７ａ、２０）が前記第１の電極に隣接しており、前記第２の電極（１２；２５）のアンカーとして構成され、
前記第２の電極が、前記第１の金属体上に、かつ前記第１の電極の上方に位置するビーム型の体（１２；２５）として構成され、
前記空洞（１６；３２）が前記第１の金属体の側壁によって横側の境界を画定される、
ＭＥＭＳ素子。
【請求項１７】
前記第１の金属体がアルミニウムを含む、請求項１６に記載のキャパシタ。
【請求項１８】
前記第１の金属体の側壁が誘電体によって覆われる、請求項１７に記載のキャパシタ。
【請求項１９】
前記誘電体が酸化アルミニウムを含む、請求項１８に記載のキャパシタ。
【請求項２０】
前記第１の金属体の側壁が金属層によって覆われ、金属がチタン−タングステン、窒化チタンおよびタングステン、チタン−タングステン窒化物、窒化タンタルからなる群の金属である、請求項１６に記載のキャパシタ。
【請求項２１】
第２の金属層の狭窄部（２７）が、前記第１の金属体の、前記空洞が形成される側と反対の側に位置する、請求項１６に記載のキャパシタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公表番号】特表２０１１−５００３４１（Ｐ２０１１−５００３４１Ａ）
【公表日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２９３７７（Ｐ２０１０−５２９３７７）
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０６３８９７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０５０２０９
【国際公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（３００００２１６０）エプコス アクチエンゲゼルシャフト (318)
【氏名又は名称原語表記】ＥＰＣＯＳ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔ．−Ｍａｒｔｉｎ−Ｓｔｒａｓｓｅ ５３， Ｄ−８１６６９ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０６３８９７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０５０２０９
【国際公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（３００００２１６０）エプコス アクチエンゲゼルシャフト (318)
【氏名又は名称原語表記】ＥＰＣＯＳ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔ．−Ｍａｒｔｉｎ−Ｓｔｒａｓｓｅ ５３， Ｄ−８１６６９ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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