(57)【要約】【課題】電気メッキによって垂直導電構造を形成する方法に関する。【解決手段】具体的には、まずテンプレート構造が形成され、該構造は、基板と、該基板の表面に配置された個別金属導体パッドと、個別金属導体パッドおよび基板を覆うインターレベル誘電体（ＩＬＤ）層と、ＩＬＤ層を貫通して個別金属導体パッド上に延びる金属穴構造とを含む。次に、テンプレート構造中に、ＩＤＬ層を貫通し個別の金属導体パッド上に延びる垂直孔が形成される。しかる後、電気メッキにより垂直孔中に垂直導電構造が形成され、該電気メッキは、電気メッキ電流を金属穴構造を通して個別金属導体パッドに印加することにより実施される。望ましくは、該テンプレート構造は、複数の個別金属導体パッド、複数の金属穴構造、および複数の垂直導電構造を形成するための複数の垂直孔を含む。【選択図】図３
2010516047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、前記基板の上面に配置された個別金属導体パッド、前記基板と前記金属導体パッドとの両方を覆うインターレベル誘電体（ＩＬＤ）層、および前記ＩＬＤ層を貫通して前記個別金属導体パッド上に延びる金属穴構造、を含むテンプレート構造を形成するステップと、
前記テンプレート構造に垂直孔を形成するステップと、
電気メッキによって前記垂直孔の中に垂直導電構造を形成するステップと、
を含む方法であって、
前記垂直孔は前記ＩＬＤ層を貫通して前記個別金属導体パッド上に延びており、
前記電気メッキは、前記金属穴構造を通して前記個別金属導体パッドに電気メッキ電流を印加することにより実施される、
方法。
【請求項２】
前記垂直導電構造は一つ以上の強磁性金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記垂直導電構造は、交互する異なった強磁性金属の層を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記テンプレート構造は、複数の個別金属導体パッドを含み、その各々は自体に向け延びる金属穴構造を有し、後工程での電気メッキによる複数の垂直導電構造形成のため、複数の垂直孔が前記ＩＬＤ層中に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記テンプレート構造は、前記ＩＤＬ層の上面に配置されて前記金属穴構造の全てに電気的に接続された金属層パターンをさらに含み、前記電気メッキの過程において、前記電気メッキ電流が、前記金属層パターンと前記金属穴構造とを介して前記複数の個別金属導体パッドに印加することができるようにされた、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の垂直孔の形成の前に、前記金属層パターンが、
前記ＩＬＤ層の前記上面に、全面的金属層を付着させるステップと、
前記全面金属層をパターニングし、各々の除去部が前記複数の個別金属導体パッドの一つの上に垂直的に位置整列するようにして、前記金属層中に複数の除去部を生成するステップと、
を使って形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の垂直孔を形成する前に前記金属層パターンの上に絶縁層を形成し、後工程で形成される前記垂直孔が、前記絶縁層と前記ＩＬＤ層を貫通して延びるようにするステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属層パターンは、端部域を除き、前記絶縁層によって完全に覆われ、前記電気メッキの過程で、前記電気メッキ電流が前記端部域を介して前記金属層パターンに印加される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電気メッキ、および過成長メッキ金属除去の後、前記ＩＬＤ層の前記上面から、前記金属層パターンおよび前記絶縁層の両方を除去するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属層パターンおよび前記絶縁層の除去の後、前記ＩＬＤ層の前記上面の上に複数の表面金属コンタクトを形成し、前記複数の垂直導電構造へのアクセスを設けるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
基板と、前記基板の上面に配置された個別金属導体パッドと、前記基板および前記少なくとも一つの金属導体パッドの両方を覆うインターレベル誘電体（ＩＬＤ）層と、前記ＩＬＤ層を貫通して前記個別金属導体パッド上に延びる金属穴構造と、前記ＩＬＤ層を貫通して前記個別金属導体パッド上に延びる垂直導電構造とを含む、素子構造。
【請求項１２】
前記垂直導電構造は一つ以上の強磁性金属を含む、請求項１１に記載の素子構造。
【請求項１３】
前記垂直導電構造は、交互する異なった強磁性金属の層を含む、請求項１２に記載の素子構造。
【請求項１４】
複数の個別金属導体パッドを含み、その各々が自体に延びる金属穴構造および垂直導電構造を有する、請求項１１に記載の素子構造。
【請求項１５】
前記ＩＬＤ層の上面に配置された複数の表面金属コンタクトをさらに含み、前記複数の表面金属コンタクトの各々は、前記複数の垂直導電構造の一つに電気的に接続されている、請求項１４に記載の素子構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本出願と同日付で出願され本出願と同一の譲受人に譲渡された、同時係属中の米国特許出願、名称「ＭＥＭＯＲＹ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ  ＤＩＦＦＥＲＥＮＴ  ＦＥＲＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ  ＬＡＹＥＲＳ，ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＭＡＫＩＮＧ  ＡＮＤ  ＵＳＩＮＧ  ＴＨＥ  ＳＡＭＥ（異なる強磁性材料層を含む記憶素子、並びにその作製および使用方法）」（代理人整理番号ＹＯＲ２００６０１９２ＵＳ１−ＳＳＭＰ１９７７１）および「ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＮＡＮＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮＡＬＬＹ  ＭＯＤＵＬＡＴＥＤ  ＦＥＲＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＬＡＹＥＲＳ  ＢＹ  ＰＵＬＳＥＤ  ＥＣＤ（パルス電圧ＥＣＤによる、組成変調された強磁性層を含むナノ構造の形成）」（代理人整理番号ＹＯＲ２００６０１９４ＵＳ１−ＳＳＭＰ１９７６９）に関連する。上記の米国特許出願の全内容は、全ての目的のため参照によって本出願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、電気メッキによる垂直素子の形成、さらに具体的には、電気メッキ技法を使った垂直構造の形成に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気メッキは電着ともいわれ、半導体製造におけるメタライゼーションに広く使われてきた。電気メッキは、インターレベル誘電体（ＩＬＤ：ｉｎｔｅｒ−ｌｅｖｅｌｄｉｅｌｅｃｔｒｏｃ）層を貫いて延び、いろいろな金属レベルの金属コンタクトを連結する金属貫孔（ｄｅｅｐ  ｍｅｔａｌ  ｖｉａｓ）を形成するのに特に有用である。
【０００４】
半導体製造工程における銅メタライゼーションに一般に使われている従来式の電気メッキの一つに、米国特許第６，７０９，５６２号、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＭＡＫＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＥＤ  ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＯＮ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＣＨＩＰＳ（集積回路チップ上に電気メッキの相互接続構造を作製する方法）」に開示され、本明細書の図１Ａ〜図１Ｃに図示するような、ダマシン法ないしスーパーフィリング法といわれる方法がある。図１Ａに示すように、最初に、基板１００およびインターレベル誘電体（ＩＬＤ）層１０１を含むテンプレート構造（ｔｅｍｐｌａｔｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が形成される。基板１００は、絶縁体、あるいは，ほとんど又は実質的に導電性のない半導体で形成することができる。ＩＬＤ層１０１は、その中に貫孔１０２を包含し、これは周知のフォトリソグラフィおよびエッチング技法によって容易に形成することができる。次に、図１Ｂに示されるように、連続した金属シード層１０３が、テンプレート構造全体に亘って付着される。金属シード層１０３は、ＩＬＤ層１０１の上面と、貫孔１０２の側壁面および底面との両方を覆う。金属シード層１０３は一つ以上のコンタクト（図示せず）を含み、該コンタクトを介して、電気メッキ電流を金属シード層１０３に印加することができる。次いで、特別な電気メッキ化学液（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を使ってテンプレート構造の電気メッキが行われ、該液によりＩＬＤ層１０１の貫孔１０２に金属１０４が選択的にメッキされ（すなわち、金属１０４が、ＩＬＤ層１０１の上面よりもかなり速い速度で貫孔１０２の中にメッキされる）、図１Ｃに示すように貫孔１０２中にボイドのない金属配線構造が形成される。
【０００５】
前述したスーパーフィリング法には、単一元素、または２つ以上の異なる元素の均質合金で開孔を充填するには利点がある。しかしながら、スーパーフィリング法は、いくつかの理由により、長手方向に沿いに変調された組成を持つ柱体を形成するためには使えない。第一には、この方法の電気メッキのステップは、貫孔１０２の底面上と側壁面に対して同時に進行する。従って、スーパーフィリング法は、組成的に均質な構造（すなわち、構造全体を通して同一の金属または金属合金を含む構造）を形成するためだけには使えるが、組成的に変調された構造（すなわち、長手方向沿いに、交互する異なった材料構成の層を含む構造）の形成には使えない。さらに、スーパーフィリング法は、特別な化学液を必要とし、該液は、数多くの異なった添加物を含有し、その各々が金属のメッキ速度に異なった影響を及ぼし、合わさって選択的な金属付着を達成する。従って、スーパーフィリング法は、今のところ銅などの単一金属のメッキのためだけに使われており、特別メッキ化学液中の各種添加物が各種金属のメッキ速度にどのように影響をするかがはっきりしていないため、合金または交互する異なった金属の層のメッキには使われていない。
【０００６】
金属配線構造形成するためによく使われている従来式の別の電気メッキ方法に、スルー・マスク・メッキ法といわれる方法があり、図２Ａ〜図２Ｂに図示されている。この方法では、最初に、基板２００の表面上に連続する金属シード層２０３が付着された後、金属シード層２０３の上に、フォトレジスト、誘電体または比較的導電率の低いドープ半導体のインターレベル層２０１の付着が行われる。次に、図２Ａに示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングによってインターレベル層２０１中に貫孔２０２が形成される。その後の電気メッキ過程で、金属シード層２０３に電気メッキ電流が印加され、貫孔２０２の底面上に金属２０４がメッキされ徐々に貫孔２０２を充填し、図２Ｂに示すような垂直金属配線構造が形成される。
【０００７】
スルー・マスク・メッキ法は、ボトムアップ充填処理であり、単一の金属を含む金属配線構造だけでなく、金属合金を含む配線構造を形成するためにも用いることができる。さらに、この方法は、構造の長手方向軸沿いに、交互する異なった材料組成の層を含む、組成的に変調された構造を形成するために使うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来式のスルー・マスクないしボトムアップ・メッキ処理の主たる不利点は、連続した金属シード層２０３を必要とすることである。金属シード層２０３は基板２００の全表面上に連続延展しており、金属配線構造を全て連結しているので、かかる金属配線は相互に独立して機能することができず、従って、金属シード層２０３を選択的に除去しない限り、これらを使って分離された電子素子を形成することはできない。ところが、金属シード層２０３は、インターレベル層２０１と基板２００との間にサンドイッチになっているので、インターレベル２０１および基板２００を分離または破損することなくこれを除去するのは、ほとんど不可能である。
【０００９】
垂直素子構造を形成するための改良された方法が引き続き求められている。さらに重要なことには、合金または交互する異なった導電材料の層を含む、分離された垂直素子構造群を形成するための、改良された方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電気メッキ・ステップの過程で、電気メッキ電流を印加するために、個別導体パッドと個別金属穴とを用いる。かかる個別金属導体パッドおよび金属穴は最終素子の一部として残存し、これにより、全ての垂直導電構造を一緒に短絡したり、あるいは他の面で各垂直方向導電構造の独立した機能性に影響したりすることなく、異なる導電材料の合金または交互する異なった導電材料の層を包含する垂直導電構造の形成を可能にする。このような仕方で、得られた各々の垂直導電構造を、別個の電子素子として容易に使用することができる。
【００１１】
一つの態様において、本発明は、基板、基板の上面に配置された個別金属導体パッド、基板と金属導体パッドとの双方を覆うインターレベル誘電体（ＩＬＤ）層、ＩＬＤ層（単数または複数）を貫通して個別金属導体パッドに延びる金属穴構造を含むテンプレート構造を形成するステップと、該テンプレート構造の中に、ＩＬＤ層を貫いて個別金属導体パッド上に延びる垂直孔を形成するステップと、電気メッキによって、該垂直孔に垂直導電構造を形成するステップと、を含む方法に関し、該電気メッキは、電気メッキ電流を、該金属穴構造を通してＩＬＤ層の下の個別金属導体パッドに印加することによって行われる。
【００１２】
以下に限らないが望ましくは、該垂直導電構造は、一つ以上の強磁性金属を含む。さらに望ましくは、該垂直導電構造は、交互する異なった強磁性金属の層を含む。これに換えて、垂直導電構造には、導電ポリマーまたはドープ半導体材料を含めることもできる。
【００１３】
本明細書の上記のテンプレート構造には、その基板の上面に、単一の金属穴構造と単一の垂直導電構造を形成するため自体に向けて延びる単一の垂直孔とを有する、単一の金属導体パッドを含めることができる。さらに望ましくは、本発明のテンプレート構造には、基板の上面に配置され、パッド自体に向け延びる複数の金属穴構造と複数の垂直孔とを有する、複数の個別金属導体パッドを含めることができる。このような仕方で、後工程の電気メッキにより、単一のウエハまたチップ中に、生成された垂直導電構造が相互に短絡されることなく、複数の垂直導電構造を形成することができる。
【００１４】
本発明の特定の実施形態において、テンプレート構造は、ＩＬＤ層の上面に配置され、全ての金属穴構造に電気的に連結された金属層パターンをさらに含み、該金属層パターンと複数の金属穴構造とを介して、電気メッキ電流を複数の個別金属導体パッドに印加することによって電気メッキが実施できるようにされる。
【００１５】
該金属層パターンは、望ましくは、垂直孔に先立って形成される。さらに望ましくは、該パターンは、まずＩＬＤ層の上に全面的金属層を付着し、次いで、各々の除去部分が複数の個別金属導体パッドの各一つに垂直的に位置整列して複数の除去部分が形成されるように、該全面金属層をパターニングして形成される。
【００１６】
さらに、複数の垂直孔を形成する前に、金属層パターンの上に絶縁層を形成し、絶縁層とＩＬＤ層との双方を貫通して延びる垂直孔を後で形成するようにできる。さらに望ましくは、処理ユニット、すなわちウエハまたは基板、の端部域を除いて、金属層パターンを絶縁層で完全に覆い、後の電気メッキにおいて、該端部域を介して電気メッキ電流を金属層パターンに通電するようにすることができる。電気メッキの後、ＩＬＤ層の上面から、金属層パターンおよび絶縁層の両方を除去し、該上面に複数の表面金属コンタクトを形成し、複数の垂直導電構造へのアクセスを設けることができる。
【００１７】
別の態様において、本発明は、基板と、基板の上面に配置された金属導体パッドと、基板および金属導体パッドの両方を覆うインターレベル誘電体（ＩＬＤ）層と、ＩＬＤ層を貫通して個別の金属導体パッドに延びる金属穴構造と、ＩＬＤ層を貫通して個別の金属導体パッドに延びる垂直導電構造とを含む素子構造に関する。
【００１８】
本発明の他の様態、特質および利点は、以降の開示および添付の特許請求の範囲からさらに十分明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１Ａ〜図１Ｃは、貫孔を形成するための従来式のスーパーフィリング工程の処理ステップを図示した断面図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｂは、貫孔を形成するための従来式スルー・マスク・メッキ工程の処理ステップを図示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態による、各々が、機能ユニット、２つの補助ユニット、機能ユニットの各々の端部の金属導体パッド、および、ＩＬＤ層を貫通して、非導電性の基板上に配置された金属導体パッドに延びる金属穴構造を含む、２つの電子素子の断面図である。金属穴構造は金属導体パッドとともに、機能ユニットへのアクセスを提供する。
【図４】本発明の一つの実施形態による、図３の素子構造を形成するための例示的処理ステップを図示した断面図である。
【図５】本発明の一つの実施形態による、図３の素子構造を形成するための例示的処理ステップを図示した断面図である。
【図６】本発明の一つの実施形態による、図３の素子構造を形成するための例示的処理ステップを図示した断面図である。
【図７】本発明の一つの実施形態による、図３の素子構造を形成するための例示的処理ステップを図示した断面図である。
【図８】本発明の一つの実施形態による、図３の素子構造を形成するための例示的処理ステップを図示した断面図である。
【図９】本発明の一つの実施形態による、図３の素子構造を形成するための例示的処理ステップを図示した断面図である。
【図１０】本発明の一つの実施形態による、図３の素子構造を形成するための例示的処理ステップを図示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以降の説明において、本発明の完全な理解を提供するために、特定の構造、材料、部品、材料、寸法、処理ステップおよび技法など、具体的内容が述べられる。しかしながら、当業者は、本発明の精神から逸脱することなく、これらの具体的内容なくして、あるいは特定の内容を周知の同等物と置き換えることによっても、本発明を実施できることをよく理解していよう。さらに、本発明が不明瞭になることを避けるため、当業者に周知の標準的な構造および処理ステップの詳細は記載されていない。
【００２１】
層、部位、または基板などの要素が、別の要素の「上に（ｏｎ）」あると記載されている場合、該要素が該別要素の直接上にあることも、その間に介在する要素があることもあると理解する。これに対し、要素が、別要素の「直接上に」と記載されている場合、それら要素の間に介在する要素はないものとする。また、ある要素が、別の要素に「接続」または「連結」されると記載されている場合、それが直接に接続または連結されることもあり、介在する要素が存在することもあると理解する。これに対し、ある要素が別の要素に「直接接続」または「直接連結」されると記載されている場合、介在する要素は存在しないものとする。
【００２２】
本明細書で用いる「垂直」という用語は、基板表面上に配置された構造または素子についていい、かかる構造または素子の長手方向が、基板表面に対し垂直であることをいう。
【００２３】
本明細書で用いる「金属コンタクト」という用語は、横方向に限定的な延びを持つ金属構造をいう。基板表面全体又はその大部分を覆う連続金属層と違って、金属コンタクトは、基板の、その上に後工程で素子構造が作製される選択された区域にだけ延びる。単数または複数の金属コンタクトは、連続金属層をパターニングして形成することができる。
【００２４】
本明細書で用いる「個別」という用語は、オーバーラップなしに相互に分離された構造についていう。
【００２５】
本明細書で用いる「強磁性材料」とは、外部磁界を印加することにより磁化可能で、外部磁界を取り除いた後も残留磁化を示す任意の材料をいう。
【００２６】
上記のように、本発明は、電気メッキ過程において、集積回路に既に存在する要素の個別金属導体パッドと金属穴構造とを用いて電気メッキ電流を印加し、垂直導電構造を形成する。得られる垂直導電構造には、以下に限らないが望ましくは、異なる導電材料（すなわち、金属、導電ポリマー、またはドープ半導体）の合金、または、交互する異なった導電材料の層が含まれる。本発明は、同時係属中の米国特許出願、名称「ＭＥＭＯＲＹ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ  ＤＩＦＦＥＲＥＮＴ  ＦＥＲＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ  ＬＡＹＥＲＳ，ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＭＡＫＩＮＧ  ＡＮＤ  ＵＳＩＮＧ  ＴＨＥ  ＳＡＭＥ」（代理人整理番号ＹＯＲ２００６０１９２ＵＳ１−ＳＳＭＰ１９７７１）および「ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＮＡＮＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮＡＬＬＹ  ＭＯＤＵＬＡＴＥＤ  ＦＥＲＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＬＡＹＥＲＳ  ＢＹ  ＰＵＬＳＥＤ  ＥＣＤ」（代理人整理番号ＹＯＲ２００６０１９４ＵＳ１−ＳＳＭＰ１９７６９）に記載されているように、交互する異なった材料組成の強磁性層を含む強磁性構造を形成するのに有用である。但し、本発明の用途は強磁性構造に限られるものでなく、垂直導電構造を必要とする任意の素子構造を対象として広く展開できる。
【００２７】
図３は、垂直導電構造３０５を有する２つの一般的な電子素子を包含する素子構造の断面図を示す。該電子素子の各々には、（１）垂直機能ユニットすなわち垂直導電構造３０５と、（２）該機能ユニット３０５の両端部にある導電コンタクト３０２および３０４と、（３）底面導電コンタクト３０２に向け延び、該底面導電コンタクト３０２へのアクセスを提供する金属穴３０３と、（４）特定の補助要素群および関連する回路３０６とを含めることができる。該補助要素および回路３０６は、機能ユニット３０５のための、読取りおよび書き込み要素、または他の感知および制御要素などのいずれかとすることができる。
【００２８】
上記の素子構造は、自基板上に配置されたＩＬＤ層３０１を有する非導電性基板３００上に形成される。非導電性基板３００には、任意の適切な非導電性材料を含めることができ、これには、望ましくは、以下に限らないがＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４およびＨｆＯ２を含む、セラミック、誘電体、ガラスまたはポリマー材料が含まれる。さらに、非導電性基板３００には、以下に限らないがＳｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、Ｇｅ合金、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、並びに、他のＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を含む、非ドープまたは低ドープ半導体材料を含めることができる。ＩＬＤ層３０１は、例えばＳｉＯ２,、Ｓｉ３Ｎ４、ＨｆＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの任意の適切なフォトレジストまたは誘電体材料で形成することができる。
【００２９】
図３の素子構造は、図４〜図１０に図示された、本発明の実施形態による例示的処理ステップにより形成することができる。
【００３０】
図４は、非導電性基板３００、ＩＬＤ層３０１、底部構造コンタクト３０２、金属穴３０３、および補助要素３０６（随意）を含むテンプレート構造を示す。かかるテンプレート構造は、従来の半導体処理およびメタライゼーション技法で容易に形成することができ、本発明が不明瞭になるのを避けるため本明細書では、かかる技法は説明しない。
【００３１】
次に、図５に示すように、金属層パターン４０４が、ＩＬＤ層３０１の上面に付着される。金属層パターン４０４は、全ての金属穴３０３と電気的接触を形成し、かかる金属穴３０３を介して、金属層パターン４０４は、全ての底部金属コンタクト３０２と電気的接触を形成する。金属層パターン４０４は、最初にＩＬＤ層３０１の上面全体に全面的金属層（図示せず）を付着し、次いで、該全面的金属層（図示せず）を、複数の除去部分４０５が形成されるようにパターニングすることによって、容易に形作ることができる。金属層パターン４０４中の除去部分４０５の各々は、底部金属コンタクト３０２の一つと垂直的に位置整列されており、これにより、垂直導電構造３０５が形成される位置を明確化している。全面的金属層（図示せず）のパターニングは、リソグラフィ、エッチバック、リフトオフなど任意の従来式金属パターニング技法を使って実施することができる。
【００３２】
図６に示されるように、次に、絶縁材料の層４０６が、金属層パターン４０４の上に付着され、端部域４０７を除いて層４０４全体を覆う。絶縁材料層４０６は、ＩＬＤ層３０１と同じ絶縁材料で形成できるが、一般には、異なる絶縁材料で形成される。半導体製造工程では、同一ウエハ上に、数多くの素子が同時に加工される。従って、端部域４０７は、こういったウエハの端部域を表す。このような仕方で、絶縁材料層４０６の形成の後であっても、端部域４０７から金属層パターン４０４にアクセスすることができ、次いで該金属層パターン４０４が、金属穴３０３を介して底部金属コンタクト３０２へのアクセスを提供する。
【００３３】
しかる後、図７に示されるように、パターニング処理（望ましくは、反応性イオン・エッチングなどのエッチング処理）が実施され、絶縁層４０６およびＩＬＤ層３０１を貫通して垂直孔（ないし貫孔）４０８が形成される。垂直孔４０８の寸法と形状とによって形成される垂直導電構造３０５の寸法と形状とが決まる。垂直孔４０８は、最終素子への要求事項および加工工程の限界の如何によって、任意のサイズおよび形状とすることができる。望ましくは、このように形成される垂直孔４０８の各々は、約１ミクロンから１０００ミクロンの範囲の深さと、約１０ｎｍから１０００ｎｍの範囲の断面直径を有する。垂直孔４０８は、以下に限らないが円形、正方形、矩形、三角形、多角形、半円形、楕円形、環状形などを含め、任意の適切な断面形状とすることができる。絶縁層４０６とＩＬＤ層３０１とが、同一かあるいは異なる絶縁材料を包含するかどうかによって、エッチング処理に、単一のエッチチング・ステップあるいは複数のエッチチング・ステップを含めることができる。
【００３４】
エッチングの後、まず、上記の構造を電気メッキ溶液に浸漬し、次いで、電気メッキ電流を端部域４０７に接触させて金属層パターン４０４に印加することによって、電気メッキが行われる。このような仕方で、電気メッキ電流は、金属層パターン４０４と金属穴３０３とを通って、ＩＬＤ層３０１の底面にある個別の金属導体パッド３０２に通電され、導電材料３０５が、該個別の金属導体パッド３０２にメッキされて、ボトムアップ方式で徐々に垂直孔４０８に充填される。上記の電気メッキ溶液には、単一の元素のメッキに対する単一の塩、または合金メッキのための異なる元素に対する複数の塩を含めることができる。形成される構造３０５には、金属、ドープ半導体、導電ポリマー、合金など、任意の適切な導電材料を含めることができるが、望ましくは、金属または金属合金を含める。金属、ドープ半導体、および導電ポリマーの電着法は、技術的に周知であり、従って、本明細書では詳細を説明しない。
【００３５】
以下に限らないが望ましくは、該電気メッキ溶液は、強磁性金属合金メッキのための、２つ以上の異なった強磁性金属の塩を含む。さらに望ましくは、「ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＮＡＮＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮＡＬＬＹ  ＭＯＤＵＬＡＴＥＤ  ＦＥＲＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＬＡＹＥＲＳ  ＢＹ  ＰＵＬＳＥＤ  ＥＣＤ」（代理人整理番号ＹＯＲ２００６０１９４ＵＳ１−ＳＳＭＰ１９７６９）に記載されているように、交互する異なった材料組成の強磁性層をメッキするため、高電位および低電位のパルスを使ったパルス電気メッキ電流を印加することによって電気メッキを実施することができる。
【００３６】
この電気メッキ・ステップは、図８に示されるように、垂直孔４０８が金属で完全に充填され、垂直導電構造３０５が形成されるまで進行させることができる。垂直導電構造３０５の寸法と形状とは、垂直孔４０８により定まる。従って、垂直導電構造３０５も、同様に約１ミクロンから１０００ミクロンの範囲の深さと、約１０ｎｍから１０００ｎｍの範囲の断面直径を取ることができ、これらも同様に、以下に限らないが円形、正方形、矩形、三角形、多角形、半円形、楕円形、環状形などを含め、任意の適切な断面形状を取ることができる。
【００３７】
電気メッキの後、何回かのエッチングまたは研磨あるいはその両方を施して、図９に示されるように、垂直導電構造３０５、絶縁層４０６、および金属層パターン４０４の過成長部分を除去し、金属穴３０３と新規に形成された垂直導電構造３０５とを有するＩＬＤ層３０１の再露出された上面を平坦化することができる。
【００３８】
次に、図１０に示されるように、ＩＬＤ３０１の露出された上面に、絶縁層パターン４１０が付着される。絶縁層パターン４１０には、ＩＬＤ層と同一あるいは異なる材料を含めることができ、該パターンは、複数の不在部分４１１を含み、この部分を通して垂直導電構造３０５と金属穴３０３とが露出される。このような仕方で、不在部分４１１に表面金属コンタクト３０４を形成し、垂直導電構造３０５および金属穴３０３へのアクセスを提供し、これにより、図３に示されるような完了素子構造を形成する。
【００３９】
なお、図３〜図１０は、本発明の特定の実施形態による例示的素子構造と処理ステップを、図示説明しているが、当業者が、上記の説明から逸脱せずに、かかる素子構造および処理ステップを特定用途の要件に適応させるため、容易に修改できることは明らかである。例えば、図３〜図１０に示された例示的素子構造は、各々、単一のＩＬＤ層、２つの個別金属導体パッド、および２つの導電構造を包含しているが、本発明の素子構造には、任意の数のＩＬＤ層、個別金属導体パッド、および垂直導電構造を含めることが可能なのは容易に理解されよう。さらに、本発明の素子基板を使って、少なくとも一つの底部金属コンタクトを有する垂直導電構造が必要な任意の半導体素子を容易に形成することができる。
【００４０】
特定の実施形態、機能および特質を参照して、本明細書に本発明を説明してきたが、本発明は、これらに限定されるものでなく、他の修改案、変更案、用途、および実施形態での活用に展開されるものであり、従って、こういった全ての修改案、変更案、用途、および実施形態は、本発明の精神および範囲内にあると見なされる。
【図１】
2010516047.tif 000003
【図２】
2010516047.tif 000004
【図３】
2010516047.tif 000005
【図４】
2010516047.tif 000006
【図５】
2010516047.tif 000007
【図６】
2010516047.tif 000008
【図７】
2010516047.tif 000009
【図８】
2010516047.tif 000010
【図９】
2010516047.tif 000011
【図１０】
2010516047.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月2日(2009.11.2)
【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】
基板、前記基板の上面に接合する個別金属導体パッド、前記基板と前記金属導体パッドとの両方を覆うインターレベル誘電体（ＩＬＤ）層、および前記ＩＬＤ層を貫通して延び前記個別金属導体パッドに接合する金属穴構造を含むテンプレート構造を形成するステップと、
前記金属穴構造を形成した後、前記テンプレート構造に垂直孔を形成するステップと、
電気メッキにより前記垂直孔を充填することによって垂直導電構造を形成するステップと、
を含む方法であって、
前記垂直孔は、少なくとも前記ＩＬＤ層の前記上面から前記ＩＬＤ層を貫通して前記個別金属導体パッドの前記上面に延びており、
前記電気メッキは、前記金属穴構造を通して前記個別金属導体パッドに電気メッキ電流を印加することにより実施される、
方法。
【請求項２】
前記垂直導電構造は一つ以上の強磁性金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記垂直導電構造は、交互する異なった強磁性金属の層を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記テンプレート構造は、複数の個別金属導体パッドを含み、その各々は自体に向け延びる金属穴構造を有し、後工程での電気メッキによる複数の垂直導電構造形成のため、複数の垂直孔が前記ＩＬＤ層中に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記テンプレート構造は、前記ＩＤＬ層の上面に配置されて前記金属穴構造の全てに電気的に接続された金属層パターンをさらに含み、前記電気メッキの過程において、前記電気メッキ電流が、前記金属層パターンと前記金属穴構造とを介して前記複数の個別金属導体パッドに印加することができるようにされた、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の垂直孔の形成の前に、前記金属層パターンが、
前記ＩＬＤ層の前記上面に、全面的金属層を付着させるステップと、
前記全面金属層をパターニングし、各々の除去部が前記複数の個別金属導体パッドの一つの上に垂直的に位置整列するようにして、前記金属層中に複数の除去部を生成するステップと、
を使って形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の垂直孔を形成する前に、前記金属層パターンの上に絶縁層を形成し、後工程で形成される前記垂直孔が、前記絶縁層と前記ＩＬＤ層を貫通して延びるようにするステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属層パターンは、端部域を除き、前記絶縁層によって完全に覆われ、前記電気メッキの過程で、前記電気メッキ電流が前記端部域を介して前記金属層パターンに印加される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電気メッキ、および過成長メッキ金属除去の後、前記ＩＬＤ層の前記上面から、前記金属層パターンおよび前記絶縁層の両方を除去するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属層パターンおよび前記絶縁層の除去の後、前記ＩＬＤ層の前記上面の上に複数の表面金属コンタクトを形成し、前記複数の垂直導電構造へのアクセスを設けるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
基板と、前記基板の上面に配置された個別金属導体パッドと、前記基板および前記金属導体パッドの両方を覆うインターレベル誘電体（ＩＬＤ）層と、前記ＩＬＤ層を貫通して延び前記個別金属導体パッドに接合する金属穴構造と、前記ＩＬＤ層の前記上面から前記ＩＬＤ層を貫通して延び、前記個別金属導体パッド上に接合し、一つ以上の強磁性金属を含む垂直導電構造と、を含む素子構造であって、前記金属穴構造は組成的に均質な構造である、素子構造。
【請求項１２】
前記垂直導電構造は、交互する異なった強磁性金属の層を含む、請求項１１に記載の素子構造。
【請求項１３】
複数の個別金属導体パッドを含み、その各々は金属穴構造と、自体に向け延びる垂直導電構造とを有する、請求項１１に記載の素子構造。
【請求項１４】
前記ＩＬＤ層の上面に配置された複数の表面金属コンタクトを含み、前記複数表面金属コンタクトの各々は前記複数垂直導電構造に一つに電気的に接続されている、請求項１３に記載の素子構造。
【国際調査報告】
2010516047.tif 000013