(57)【要約】【課題】  寿命が長く、安定した、接触抵抗の低い金属−金属スイッチを作製する方法を提供すること。【解決手段】  銅電極への酸素障壁として働く貴金属コンタクトを備える半導体マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチが提供される。ＭＥＭＳスイッチは、ＣＭＯＳ半導体製造ラインに完全に組み込まれる。集積技術、材料、及びプロセスは、銅チップ金属化プロセスと完全に適合し、典型的には低コストの低温プロセス（４００℃以下）である。ＭＥＭＳスイッチは、キャビティの内部において一端又は両端がキャビティの壁に固定された可動ビームと、可動ビームに埋め込まれた第１電極と、キャビティの壁に埋め込まれ、第１電極と対向する第２電極とを含み、第１電極と第２電極はそれぞれ貴金属コンタクトでキャップされている。【選択図】      図３７【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチであって、
キャビティの内部において該キャビティの壁に固定された可動ビームと、
前記可動ビームに埋め込まれた第１電極と、
前記第１電極に対向する第２電極と、
を含み、前記第１電極と前記第２電極が貴金属コンタクトでキャップされている、ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
前記第２電極が、前記キャビティの壁に埋め込まれている、請求項１に記載のスイッチ。
【請求項３】
前記第１電極及び前記第２電極の前記金属コンタクトが、それぞれ、前記第１電極の上及び前記第２電極の下に突出している、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項４】
前記第１電極が信号電極であり、前記第２電極が作動電極である、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項５】
前記電極が銅製である、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項６】
前記可動ビームの少なくとも一端が、前記キャビティの壁に固定されている、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項７】
前記金属コンタクトが、Ａｕ、ＡｕＮｉ、ＡｕＣｏ、Ｐｔ、ＰｔＮｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、ＰｄＮｉ、及びＰｄＣｏからなる群から選択されたものである、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項８】
前記キャビティに、窒素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、及びアルゴンからなる群から選択されたガスが充填されている、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項９】
前記第２電極の金属コンタクトが、前記第１電極の金属コンタクトの表面よりも狭い平坦な表面を有する、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１０】
前記第２電極が、誘電体に埋め込まれた導電性作動電極であり、前記第１電極が、前記可動ビームと一体の誘電体に埋め込まれた導電性信号電極であり、さらに、突起した金属コンタクトが前記導電性信号電極をキャップし、くぼんだ金属コンタクトが前記作動電極をキャップする、請求項１に記載のスイッチ。
【請求項１１】
前記第２電極の露出面が、前記誘電体の露出面より下にくぼんでおり、前記第２電極の上に重ねられた前記キャップが、前記誘電体の露出面に適合する、請求項１０に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
無線トランシーバのフロントエンドの小型化は、コスト面、使用するコンポーネント数の減少、より多くの機能の集積を可能にする機能性の追加などの多くの利点を与える。非特許文献１に記載されているように、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、小型化を可能にする技術であり、無線トランシーバのコンポーネントの大部分を１つのダイ（ｄｉｅ）に集積する可能性を与える。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチは、トランシーバの受動装置であり、静電作動（ａｃｔｕａｔｉｏｎ）を用いて可動ビーム又は膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）の動きを引き起こし、オーム接触（すなわちＲＦ信号を通過させる）か、又は静電容量の変化を与え、それによって信号の流れを遮断し、典型的には接地することになる。
【０００３】
ＭＥＭＳスイッチと競合する技術には、ＰＩＮダイオード及びＧａＡｓ  ＦＥＴスイッチがある。これらは、典型的には、電力消費率が高く、高損失（２ＧＨｚで１ｄＢ、又はそれ以上の挿入損失）であり、非線形デバイスである。一方、ＭＥＭＳスイッチは、０．５ｄＢ以下の挿入損失を示し、高度に線形であり、静電作動のために直流電圧と極めて低い電流を用いるため、消費電力が非常に低い。これら及びその他の特徴は、非特許文献２に詳述されている。
【０００４】
ＭＥＭＳスイッチは、銅チップ配線を作製するのと同様のプロセスを用いて作製することができる。ＭＥＭＳスイッチをＣＭＯＳプロセスの後工程に組み込むことにより、材料の組の選択肢及び処理条件が制限され、さらに温度は４００℃以下に制限される。
【０００５】
特許文献１は、スイッチが閉じたときにＲＦ信号を経路変更するのに金属−金属接触を用いるマイクロ電気機械ＲＦスイッチについて記載している。ＭＥＭＳ金属−金属スイッチは、非特許文献３及び非特許文献４に記載されているように、作動を繰り返すうちに接触抵抗及びコンタクトの故障が増加するという問題が報告されてきた。非特許文献５及び非特許文献６に記載されているように、ホット・スイッチングにおけるスイッチの故障は、接触抵抗の増加やコンタクトの焼き付き（ｓｅｉｚｕｒｅ）によるものであると報告されている。その中に報告されている接触抵抗の増加及びコンタクトの焼き付きは、両者とも材料転移（ｔｒａｎｓｆｅｒ）及びアーク／溶接と関連づけられる。前述した最初の論文に記載されているように、Ｎ２中でのコールド・スイッチング（電流がスイッチを通過しない状態）では、２０億サイクル後にＡｕ−Ａｕ間の接触抵抗が１００オームを超える値まで増大することが認められた一方、ホット・スイッチングされたサンプルでは、空気中での数百万サイクル後にコンタクトの焼き付きが認められた。
【特許文献１】米国特許第５，５７８，９７６号
【特許文献２】米国特許第６，３６８，４８４号
【非特許文献１】Ｄ．Ｅ．Ｓｅｅｇｅｒ他、「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ｆｏｒ  Ｎｅｘｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ：ＭＥＭＳ  ｆｏｒ  ＲＦ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、マイクロリソグラフィに関するＳＰＩＥ第２７回国際シンポジウム、２００２年３月３日−８日、カリフォルニアサンタクララ
【非特許文献２】Ｇ．Ｍ．Ｒｅｂｅｉｚ及びＪ．Ｂ．Ｍｕｌｄａｖｉｎ、「ＲＦ  ＭＥＭＳ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ  ａｎｄ  ｓｗｉｔｃｈ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ」、ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ、２００１年１２月、ｐ．５９−７１
【非特許文献３】Ｊ．Ｊ．Ｙａｏ他、「Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｌｏｗ−ｌｏｓｓ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ」、Ｊ．ＭＥＭＳ，８、１９９９年、ｐ．１２９−１３４
【非特許文献４】「Ａ  ｌｏｗ  ｐｏｗｅｒ／ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ａｃｔｕａｔｏｒ  ｆｏｒ  ＲＦ  ＭＥＭＳ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、２０００年、ｐ．２４６−２４９
【非特許文献５】Ｐ．Ｍ．Ｚａｖｒａｃｋｙ他、「Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｎｉｃｋｅｌ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ」、Ｊ．ＭＥＭＳ，６、１９９７年、ｐ．３−９
【非特許文献６】「Ｍｉｃｒｏｓｗｉｔｃｈｅｓ  ａｎｄ  ｍｉｃｒｏｒｅｌａｙｓ  ｗｉｔｈ  ａ  ｖｉｅｗ  ｔｏｗａｒｄ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｉｎｔ．Ｊ．ＲＦ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｍｐ．Ａｉｄ．Ｅｎｇ．，９、１９９９年、ｐ．３３８−３４７
【非特許文献７】Ｄ．Ｅ．Ｋｏｔｅｃｋｉ他、「(Ｂａ，Ｓｒ)ＴｉＯ３  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ  ｆｏｒ  ｆｕｔｕｒｅ  ｓｔａｃｋｅｄ−ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ＤＲＡＭ」、ＩＢＭＪ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖ．，４３、Ｎｏ．３、１９９９年５月、ｐ．３６７−３８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スイッチが密閉環境に実装されている場合、汚染の蓄積がスイッチの故障を引き起こす可能性は、外気にさらされた状態に比べて低下する。汚染層形成の可能性が低下するなら、接触抵抗の増加またはコンタクトの焼き付きあるいはその両方は、両者とも金属−金属コンタクトにおける付着によるものである。接触抵抗の増加は、おそらく表面の粗面化に起因する材料転移と、その結果としての接触面積の減少に関係している。このような場合、接触面に金属−金属結合が形成（溶着）されることによって、２つの金属表面がしっかりと付着する。ここに記載する本発明は、寿命が長く、安定した、接触抵抗の低い金属−金属スイッチの作製方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、適切な接触抵抗を得ながら付着を低減するための要点は、
１）コンタクトの各側における異なる冶金（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）−格子不整合（ｌａｔｔｉｃｅ  ｍｉｓｍａｔｃｈ）が付着を減少させる、
２）接触する金属の硬度の最適化−より硬い金属はより弱い付着を与えると考えられる、
である。
【０００８】
コンタクトの冶金は、銅及び絶縁体構造を集積できるように、特許文献１に記載されたＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄの群からのみならず、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、及びそれらの合金から選択される。硬いコンタクト金属はコンタクト付着性が低い。さらに、金属の硬度は合金化することによって変えることができる。Ａｕは反応性が低いが柔らかく、その結果として付着性の高いコンタクトとなる。この問題を避けるため、例えば、金を合金化することができる。Ｃｏ約０．５％をＡｕに加えると、金の硬度は約０．８ＧＰａから約２．１ＧＰａまで増加する。さらに、本発明では、ルテニウムやロジウムのような硬い金属がスイッチのコンタクトとして用いられる。コンタクトが局所的に高温になるアーク放電の際のコンタクトの故障を防止するために、ルテニウムで被覆されたロジウムといった、より融点の高い二重層が用いられる。
【０００９】
本発明は、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチを提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ここに含まれる添付図面は詳細な説明の一部を成すものであり、本発明の現在の好ましい実施形態を示し、且つ、前述した概略的な説明及び後述する好ましい実施形態の詳細な説明と共に本発明の原理を説明するものである。
【００１１】
本発明は、図１−図６及び図７−図１２を参照しながら、まず下部スイッチ・コンタクトの集積と作製について論ずることによって説明される。
【００１２】
コンタクト材料を堆積するために、２つの異なる方法、すなわちブランケット堆積法及び選択的堆積法が用いられる。１つの実施形態においては、ブランケット貴金属堆積法及び化学機械的平坦化によって、突起した（ｒａｉｓｅｄ）貴金属コンタクトが形成される。銅ダマシン・レベルがまず二酸化シリコンに埋め込まれる。銅電極（１１、１２、１３、１４）が、典型的には５００Åないし１，０００Åの厚みを持つ窒化シリコン層（１０）によってキャップされる。その上に、好ましくは１，０００Åないし２，０００Åの厚みを持つ酸化シリコン層（２０）が堆積され、それを図１に示す。図２に示すように、エッチング、好ましくはフォトリソグラフィ及びＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって、酸化物層（２０）と窒化物層（１０）にコンタクト・パターン（１５）を形成し、銅（１２）を露出する。次に、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗなどの薄い障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）層、又はＴａ／ＴａＮなどの二重層が、ＰＶＤ（物理気相堆積法）又はＣＶＤ（化学気相堆積法）により、典型的には５０Åないし７００Åの厚さに堆積される（３０、図３）。ブランケット貴金属が、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又は電気めっきによって堆積される（４０、図３）。この貴金属は、化学機械的平坦化プロセス（ＣＭＰ）により障壁金属Ｔａ、ＴａＮ、Ｗの上まで平坦化される（３０、図４）。或いは、貴金属のＣＭＰが障壁層の金属に対して選択性を持たない場合には、この研磨プロセスを、完成デバイスに不可欠ではない誘電体層２０の上まで進めても良い。化学機械的平坦化（ＣＭＰ）によって成形できる貴金属は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＲｅを含む。次に、図５に示すように、必要に応じてフィールドエリアの障壁金属（３０）をＣＭＰによって二酸化シリコンの上まで除去する。酸化シリコン（２０）が、反応性イオンエッチングによって窒化シリコン（１０）の上まで除去され、突起した貴金属下部電極が形成される（５０、図６）。
【００１３】
別の実施形態においては、突起した電極は、貴金属コンタクトの選択的電気めっきによって形成される。障壁層の存在の下での選択的電解めっきは、特許文献２で論じられており、より具体的には、ダマシン構造体における銅の選択的電着である。この実施形態においては、突起した貴金属コンタクトはマスクを通した選択的電着によって形成される。
【００１４】
図７は、プロセスが、下部作動電極（１１、１３）と、構造の中間部に見られる下部無線周波数（ＲＦ）信号電極（１２）とを含むダマシン・レベルから始まることを示し、信号電極の上には、突起した貴金属コンタクトが形成される。全ての下部電極は窒化シリコン（１０）及び二酸化シリコン（２０）によってキャップされる。次に、図８を参照すると、二酸化シリコン（２０）がＲＩＥによってパターン形成されエッチングされ、中間部の電極（１２）の銅が露出される。次に、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗのような耐熱金属障壁（３０）とシード層（３５）の組がＰＶＤ又はＣＶＤ法によって堆積される（図９）。次に、図１０に示すように、フィールドエリアの薄いシード層（３５）が、ＣＭＰ又はイオン・ミリングによって除去される。典型的には、ＣＭＰの後に、フィールドエリアのＴａＮ／Ｔａ（３０）の上に金属の非常に薄い層または金属のアイランド（ｉｓｌａｎｄ）あるいはその両方が存在しないことが確実となるように、続けて短い化学エッチング・ステップが必要とされる。Ｔａ／ＴａＮの障壁膜が電流を通過させるために用いられ、続いて、シード層（３５）を有するくぼみ（ｒｅｃｅｓｓ：陥凹部）の内部で、Ａｕ、ＡｕＮｉ、ＡｕＣｏ、Ｐｄ、ＰｄＮｉ、ＰｄＣｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｐｔ、ＰｔＴｉ、Ｉｒのような貴金属（４５）の選択的電着が行われる。図１１に示すように、選択的電着は、耐熱性のＴａ又はＴａＮ（３０）上では凝集することがなく、貴金属シード層（３５）上でのみ凝集する。次に、Ｔａ／ＴａＮ障壁（３０）が、貴金属コンタクトを残してＣＭＰによって除去される。酸化シリコン層（２０）を窒化シリコンの上までエッチング（ＲＩＥ）で除去することによって、突起したコンタクト（５０）が形成される（図１２）。
【００１５】
下部コンタクト電極を作製するためのさらに２つの代替方法がある。これらの方法は、貴金属コンタクトを、全ての下部電極に、すなわち、下部作動電極及び下部信号電極の両方に直接形成できるという利点を与える。これによる明白な利点は、下部作動電極（１１、１３）上の窒化シリコンのキャップを省くことができることであり、その結果としてＭＥＭＳスイッチ・ビームを動かすのに必要な静電作動電圧が低減される。もう１つの利点は、処理ステップ、特に、総作製費用の増加につながるリソグラフィのステップがより簡略化され、少なくされることである。
【００１６】
図７−図１２に戻って参照すると、別の実施形態によれば、第１金属レベル電極（１１、１２、１３、１４）が、ダマシン・プロセスを用いて貴金属で埋められる。図１３−図１７は、Ｓｉウェハ（１）で始まり、酸化シリコン層（２）を付加し、酸化シリコン層（２）にパターン形成して下部作動電極（３、５）及び信号電極（４）を形成し、ＣＶＤ又はＰＶＤ法によってＴａＮ／Ｔａのような障壁層（６）を堆積し、ＣＶＤ又はＰＶＤによって貴金属シード層（７）を堆積し、最後に、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又は電気めっきによって貴金属のブランケット（８）を堆積してダマシン構造（３、４、５）を埋め、ＣＭＰによって貴金属（８）を平坦化して障壁膜（７）を露出し、最後に、ＣＭＰによってフィールドエリアから障壁膜（７）を除去し、その結果として貴金属で埋められた下部スイッチ電極（１１、１２、１３、１４）が形成されるプロセス順序を示す。
【００１７】
図１８に示す別の実施形態によれば、第１金属レベル電極（１１、１２、１３、１４）が、電気めっきされたブランケット銅金属で埋められ、障壁膜ＴａＮ／Ｔａ（７）の上まで平坦化される。図１９に示すように、障壁層ＴａＮ／Ｔａ（７）を残して、銅が化学エッチングによってくぼみを形成される。この障壁層を用いて、次に貴金属コンタクト（２１、２２、２３、２４）をくぼんだ銅電極（１１、１２、１３、１４）の上に選択的に電着する。この貴金属コンタクトの作製方法が成立するには幾つか要件がある。例えば、ＭＥＭＳスイッチの作製の間の次の処理ステップで犠牲材料を除去するのに酸素プラズマを用いるため、銅の上の貴金属は、銅のための拡散障壁となるだけでなく、最も重要なことには銅のための酸素障壁となる必要がある。例えば、非特許文献７によって説明されているように、白金は銅の酸素障壁としては不適当である。従って、白金のみを銅の上のコンタクト材料として用いることはできない。ロジウムとルテニウム、又は、ルテニウムと白金との二重層のように、２つ以上の貴金属を組み合わせると、銅の拡散、酸化、及びスイッチ・コンタクトの故障の抑制に効果的に働く可能性が高くなる。
【００１８】
上部スイッチ・コンタクトの集積及び作製
図２２−図２７は上部コンタクトの形成を示す。ここで図２２を参照すると、下部スイッチ・コンタクトの形成後に、犠牲材料である有機ブランケット層が堆積される。ＳｉＬＫ（Ｒ）又はダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）のような有機材料（６０）が堆積され、次に薄い窒化シリコン層（７０）、そして二酸化シリコン（８０）が堆積される。次のプロセスでの貴金属の付着性を良くするため、及び反応性イオンエッチングのための付加的なハードマスクとして働くようにするため、任意選択で、薄い耐熱金属（９０）が用いられる。金属ハードマスクは、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又はＩＭＰ（イオン化金属物理気相堆積）によって堆積される。Ｔａ、ＴａＮ、又はＷのような耐熱金属を用いることができるが、二酸化シリコン（８０）への付着性が高いため、ＴａＮが他のハードマスク材料より好ましい。図２３は、リソグラフィによる平坦なくぼみ（１００）の形成、及び、ウェットエッチング又はＲＩＥによりパターン形成されエッチングされた耐熱金属（すなわち、ハードマスク）（９０）を示す。くぼみ（１００）はプラズマ・プロセスによって犠牲有機層（６０）に形成される。くぼみ形成プロセスは、結果として上部コンタクトと下部コンタクトとの最適な接触がもたらされるような形で上部電極が形成されるように調整しても良い。図２３に示す上部コンタクトを作製する１つの方法は、くぼみの形成中に有機層をエッチングする際に、粗さをなくして平坦な表面を作り出すことによるものである。上部コンタクト領域は、下部コンタクトとの接触時に下部コンタクトの接触領域内におさまるように設計されている。より粗い表面との接触を向上させるため、図２４及び図２５に示すように、小領域のコンタクトが形成される。少なくとも１回のＲＩＥステップで、まず金属ハードマスク層９０、そして誘電体層８０及び７０をエッチングすることによって、有機層にくぼみが形成される。ＲＩＥの際に微小なトレンチが形成され、その結果として構造体の端のみエッチングが不均等となる。この用途においては、微小なトレンチ形成を利用することにより、構造体の端から有機層に突出した牙部（ｆａｎｇ）が形成されることになる。小領域のコンタクトの形成は、同じ力が加わった際の接触圧力を増加させるために好ましい。
【００１９】
図２６に示すように、くぼみ（１００）が形成された後で、このくぼみはＰＶＤ、ＣＶＤ、又は、電気めっき及びＣＭＰのような選択性を持たない堆積技術を用いて、ブランケット貴金属層（１１０）で埋められる。上部コンタクトに選択すべき金属は必ずしも下部コンタクトの貴金属と同様である必要はないが、同様の材料群、例えば、Ａｕ、ＡｕＮｉ、ＡｕＣｏ、Ｐｄ、ＰｄＮｉ、ＰｄＣｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｐｔ、ＰｔＴｉ、Ｉｒ、及びこれらの合金から選択される。ブランケット貴金属層は、典型的には、化学機械的平坦化によって成形されて上部コンタクト（１１０）をもたらすが、貴金属のＣＭＰの際に金属にかかる過負荷の影響を最低限に抑えるため、選択的に電気めっきを施しても良い。選択的電気めっきプロセスには、くぼみ内部及びハードマスク（９０）上のフィールドエリアに堆積した薄いシード層（１０１）の存在が必要である。次に、１００Åないし１，０００Åの厚みをもつシード層（１０１）が、ＣＭＰ又はイオン・ミリングによってハードマスク領域から除去される。マスクを通した選択的電気めっきのためのシード層形成には、ルテニウム、ロジウム、及びイリジウムが好ましいが、これは、この３種類の貴金属のために開発されたＣＭＰプロセスが存在するからである。貴金属又は合金の選択的電気めっきは、くぼみ（１００）内部とシード層（１０１）の上でのみ生ずる。選択的電気めっき後の上部コンタクト（１１０）を図２７に示す。
【００２０】
上部スイッチ・コンタクトを作製するための最後の実施形態は、フォトレジスト・マスクを通した電気めっきを用いるものである。このプロセス順序を図２８から図３１に示す。図２２−図２７に示すプロセスと同様に、下部スイッチ・コンタクトの形成後に、犠牲材料である有機ブランケット層が堆積される。ＳｉＬＫ（Ｒ）又はダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）のような有機材料（６０）が堆積される。次に、薄い窒化シリコン層（７０）が堆積される。窒化物層（７０）はパターン形成されエッチングされ、有機犠牲層（６０）にくぼみ（１００）が形成される。貴金属電着の際に電流を通すのに用いるために、ブランケット貴金属の薄いシード層（７１）が窒化シリコン層（７０）の上に堆積される。図２８に示すように、フォトレジスト・マスク（７２）が貴金属シード層（７１）の上に塗布される。次に、図２９に示すように、フォトレジスト・マスクが薄い貴金属シード層を露出している場所に選択的に電気めっきを行うことによって、上部コンタクト（１１０）が形成される。次に、フォトレジスト・マスク（７２）が剥がされ（図３０）、残存する貴金属シード層（７１）がイオン・ミリング又は化学エッチングによって除去される(図３１)。
【００２１】
次に、図３２に示すように、有機層（６０）と誘電体層（７０、８０）がパターン形成され、追加の誘電体（２００）で埋め戻され、ＣＭＰによって平坦化される。次に、図３３に示すように、誘電体層（２２０、２４０、２００）にデュアルダマシン銅レベルが形成され、窒化シリコン（２６０）でキャップされる。次に、平坦な構造がパターン形成され、ＲＩＥが施されることで、誘電体スタック層（７０、８０、２２０、２４０、２６０）が開口して有機層（６０）が露出する。次に、追加の有機材料（３００）が堆積され、窒化シリコン（３２０）でキャップされ、ＲＩＥでパターン形成されると、図３４に示す断面ができる。次に、図３５に示すように、埋め戻し誘電体（４００）が堆積され、平坦化され、追加の誘電体（４２０）が平坦な表面に堆積される。それから、アクセス・バイアが誘電体層（４２０）に形成され、デバイスの剥離を助けるように有機層（３００）を露出する。次に、このサンプルが、有機層（３００、６０）を除去する酸素アッシュ（ａｓｈ）に曝される。次に、このデバイスが、ピンチオフ層（５００）を堆積することによりシールされ、最後となる一連のリソグラフィ及びＲＩＥを用いて、ワイヤボンディング、又は、はんだボールチップ形成のためのコンタクト（６００）が形成される。長期にわたるスイッチの動作の信頼性を確実なものにするため、スイッチは、Ｈｅ、Ｎ２、Ｋｒ、Ｎｅ、又はＡｒガスを用いる不活性ガス環境内にカプセル化されることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ブランケット貴金属堆積法及び化学機械的平坦化によって作製される突起した貴金属コンタクト形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第１の実施形態の概略断面図である。
【図２】ブランケット貴金属堆積法及び化学機械的平坦化によって作製される突起した貴金属コンタクト形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第１の実施形態の概略断面図である。
【図３】ブランケット貴金属堆積法及び化学機械的平坦化によって作製される突起した貴金属コンタクト形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第１の実施形態の概略断面図である。
【図４】ブランケット貴金属堆積法及び化学機械的平坦化によって作製される突起した貴金属コンタクト形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第１の実施形態の概略断面図である。
【図５】ブランケット貴金属堆積法及び化学機械的平坦化によって作製される突起した貴金属コンタクト形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第１の実施形態の概略断面図である。
【図６】ブランケット貴金属堆積法及び化学機械的平坦化によって作製される突起した貴金属コンタクト形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第１の実施形態の概略断面図である。
【図７】貴金属コンタクトの選択的電気めっきによって作製される突起した電極形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第２の実施形態の概略断面図である。
【図８】貴金属コンタクトの選択的電気めっきによって作製される突起した電極形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第２の実施形態の概略断面図である。
【図９】貴金属コンタクトの選択的電気めっきによって作製される突起した電極形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第２の実施形態の概略断面図である。
【図１０】貴金属コンタクトの選択的電気めっきによって作製される突起した電極形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第２の実施形態の概略断面図である。
【図１１】貴金属コンタクトの選択的電気めっきによって作製される突起した電極形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第２の実施形態の概略断面図である。
【図１２】貴金属コンタクトの選択的電気めっきによって作製される突起した電極形成の詳細なプロセス・ステップを示す、本発明の第２の実施形態の概略断面図である。
【図１３】ダマシン・プロセスを用いて第１金属レベル電極を貴金属で埋めるための本発明の第３の実施形態を示す、ＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。
【図１４】ダマシン・プロセスを用いて第１金属レベル電極を貴金属で埋めるための本発明の第３の実施形態を示す、ＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。
【図１５】ダマシン・プロセスを用いて第１金属レベル電極を貴金属で埋めるための本発明の第３の実施形態を示す、ＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。
【図１６】ダマシン・プロセスを用いて第１金属レベル電極を貴金属で埋めるための本発明の第３の実施形態を示す、ＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。
【図１７】ダマシン・プロセスを用いて第１金属レベル電極を貴金属で埋めるための本発明の第３の実施形態を示す、ＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。
【図１８】第１金属レベル電極を電気めっきされたブランケット銅金属で埋め、ＴａＮ／Ｔａ障壁膜まで平坦化するプロセス・ステップを示す、ＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。
【図１９】第１金属レベル電極を電気めっきされたブランケット銅金属で埋め、ＴａＮ／Ｔａ障壁膜まで平坦化するプロセス・ステップを示す、ＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。
【図２０】第１金属レベル電極を電気めっきされたブランケット銅金属で埋め、ＴａＮ／Ｔａ障壁膜まで平坦化するプロセス・ステップを示す、ＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。
【図２１】第１金属レベル電極を電気めっきされたブランケット銅金属で埋め、ＴａＮ／Ｔａ障壁膜まで平坦化するプロセス・ステップを示す、ＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。
【図２２】スイッチの上部コンタクトの形成を示すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図２３】スイッチの上部コンタクトの形成を示すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図２４】スイッチの上部コンタクトの形成を示すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図２５】スイッチの上部コンタクトの形成を示すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図２６】スイッチの上部コンタクトの形成を示すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図２７】スイッチの上部コンタクトの形成を示すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図２８】フォトレジスト・マスクを通して電気めっきを用いて上部スイッチ・コンタクトを作製するためのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図２９】フォトレジスト・マスクを通して電気めっきを用いて上部スイッチ・コンタクトを作製するためのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図３０】フォトレジスト・マスクを通して電気めっきを用いて上部スイッチ・コンタクトを作製するためのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図３１】フォトレジスト・マスクを通して電気めっきを用いて上部スイッチ・コンタクトを作製するためのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図３２】上部スイッチ・コンタクトが形成された後のデバイス完成までのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図３３】上部スイッチ・コンタクトが形成された後のデバイス完成までのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図３４】上部スイッチ・コンタクトが形成された後のデバイス完成までのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図３５】上部スイッチ・コンタクトが形成された後のデバイス完成までのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図３６】上部スイッチ・コンタクトが形成された後のデバイス完成までのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図３７】上部スイッチ・コンタクトが形成された後のデバイス完成までのプロセス順序を表すＭＥＭＳの概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月21日(2005.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ電気機械的システム（ＭＥＭＳ）スイッチであって、
キャビティの内部において該キャビティの壁に固定された可動ビームと、
前記可動ビームに埋め込まれた第１電極と、
前記第１電極に対向する第２電極と、
を含み、前記第１電極と前記第２電極が貴金属コンタクトでキャップされており、前記第２電極が、誘電体に埋め込まれた導電性作動電極であり、前記第１電極が、前記可動ビームと一体の誘電体に埋め込まれた導電性信号電極であり、さらに、突起した金属コンタクトが前記導電性信号電極をキャップし、くぼんだ金属コンタクトが前記作動電極をキャップする、ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
前記第２電極が、前記キャビティの壁に埋め込まれている、請求項１に記載のスイッチ。
【請求項３】
前記第１電極及び前記第２電極の前記金属コンタクトが、それぞれ、前記第１電極の上及び前記第２電極の下に突出している、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項４】
前記第１電極が信号電極であり、前記第２電極が作動電極である、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項５】
前記電極が銅製である、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項６】
前記可動ビームの少なくとも一端が、前記キャビティの壁に固定されている、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項７】
前記金属コンタクトが、Ａｕ、ＡｕＮｉ、ＡｕＣｏ、Ｐｔ、ＰｔＮｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、ＰｄＮｉ、及びＰｄＣｏからなる群から選択されたものである、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項８】
前記キャビティに、窒素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、及びアルゴンからなる群から選択されたガスが充填されている、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項９】
前記第２電極の金属コンタクトが、前記第１電極の金属コンタクトの表面よりも狭い平坦な表面を有する、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１０】
前記第２電極の露出面が、前記誘電体の露出面より下にくぼんでおり、前記第２電極の上に重ねられた前記キャップが、前記誘電体の露出面に適合する、請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【国際調査報告】
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