(57)【要約】半導体インダクタ及び半導体インダクタを製造する方法が提供される。基板（１００）上に形成される酸化層（１２２）は、バイアコンタクト金属トレンチ（１３０）を酸化層（１２２）内に形成するためにエッチングされる。酸化層（１２２）はさらに、あるインダクタ形状の第１のインダクタトレンチ（１２８）が酸化層（１２２）内に形成されるようにエッチングされる。次に、酸化層は、酸化層内で少なくとも一つのビアがバイアコンタクト金属トレンチに形成され、第２のインダクタトレンチが第１のインダクタトレンチ上に形成されるようにエッチングされる。第２のインダクタトレンチもまた、インダクタ形状を有する。酸化層（１２２）がエッチングされた後、少なくとも１つのビア、第２のインダクタトレンチ、バイアコンタクト金属トレンチ、及び第１のインダクタトレンチに銅が充填される。半導体インダクタは、低抵抗と高Ｑを有するように構成される。
2004503103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にインダクタ構造と導電性ビアとを備える半導体装置の製造方法において、
前記基板に、導電パターンを有する面を備え、前記面上に第１の誘電層を設ける工程と、
前記第１の誘電層にビアトレンチとインダクタトレンチを形成し、前記第２のインダクタトレンチはインダクタ形状を有する工程と、
前記第１の誘電層内にバイアコンタクト金属トレンチと別のインダクタトレンチを、前記インダクタトレンチが前記インダクタ形状を有するように形成する工程と、
前記トレンチに導電性材料を充填し、それにより前記基板の前記面の前記パターン、充填されたビアトレンチ、及び充填されたバイアコンタクト金属トレンチが前記ビアを定め、また前記インダクタトレンチ及び前記別のインダクタトレンチが前記インダクタ構造を定める工程と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
第２の誘電層を備える工程と、
ビアトレンチと追加のインダクタトレンチとを前記第２の誘電層に形成し、前記インダクタトレンチが前記インダクタ形状を有するようにする工程と、
金属トレンチとインダクタトレンチとを前記第２の誘電層に形成し、前記インダクタトレンチが前記インダクタ形状を有するようにする工程と、
前記トレンチに導電性材料を充填し、それにより前記基板の前記面の前記パターン、充填されたビアトレンチ、及び充填されたバイアコンタクト金属トレンチが前記ビアを定め、前記インダクタトレンチ及び前記追加のインダクタトレンチが前記インダクタ構造の一部となる工程と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記充填されたバイアコンタクト金属トレンチは、前記第１の誘電層内の金属層を定めることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の誘電層は酸化物を含み、
前記トレンチは前記酸化物をエッチングすることにより形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記トレンチに充填する前に、バリア層とシード層とが堆積され、
前記導電性材料は銅である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
基板とインダクタ構造を備える半導体装置であって、前記基板の面に、
第１の厚みを持つ、第１の誘電層と、
前記第１の誘電層の第１の部分に配置され、インダクタ形状を有する第１のインダクタ線を備える、第１の金属階層と、
前記第１の誘電層の第２の部分に配置され、前記インダクタ形状を有する第２のインダクタ線を備え、前記第１の金属階層の上に配される、第２の金属階層と、
を備え、
前記第１の誘電層の前記第１の部分と前記第２の部分とは、前記第１の厚みとなり、
前記インダクタ構造は前記第１のインダクタ線と前記第２のインダクタ線とからなる、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
第２の厚みを有し、前記第１の誘電層の上に配置される、第２の誘電層と、
前記第２の誘電層の第１の部分に配置され、前記インダクタ形状を有する第３のインダクタ線を備える、第３の金属階層と、
前記第２の誘電層の第２の部分に配置され、前記インダクタ形状を有する第４のインダクタ線を備え、前記第３の金属階層の上に配置される、第４の金属階層と、
をさらに備え、
前記第２の誘電層の前記第１の部分と前記第２の部分とは、前記第２の厚みとなり、
前記第３のインダクタ線及び前記第４のインダクタ線は、前記インダクタ構造の一部である、
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の金属階層には、金属線が存在し、この金属線と前記基板の前記面の導電パターンによって導電性ビアが形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２の厚みは前記第１の厚みより厚いことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記導電性材料は、銅であることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
１．発明の分野
本発明は半導体チップの装置内のインダクタに関し、より詳細には半導体装置内のインダクタの形成に関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
今日、半導体装置はますます厳しくなる要求に応えることを強いられ続けている。この技術を用いた装置が市場に広まるに連れ、消費者は更に高い要求を課してくる。これらの要求の中に、より小さく、よりコンパクトでありながらより機能的な装置を提供することがある。成長を続ける無線通信の市場は、より小さな集積回路がより大きな機能性を持つことを求めている。
【０００３】
これらの要求を満たすため、ＲＦ集積回路は、回路内の構成要素を小さくし、サイズを小さくするだけでなく、より効率的でなければならない。ＲＦ回路を扱いやすくするために、半導体装置内でインダクタを受動素子として設計するようにという要求が強くなってきている。通常インダクタは半導体基板内で螺旋状の金属線を用いて構成される。インダクタが螺旋状であることにより、インダクタンスを発生する構成となる。従来技術のインダクタは通常、その螺旋を形成する金属層としてアルミニウム（Ａｌ）を用いていた。
【０００４】
インダクタの効率性を測る一つの要素として、Ｑ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）がある。Ｑが高いほど、インダクタの効率性がよい。従って、Ｑの高いインダクタが好ましい。集積回路のＱは、基板自体の寄生損によって制限される。これらの損失には、インダクタ自体の金属層の高抵抗を含む。よって、高いＱを得るためには、インダクタ内の抵抗を最低限にしなければならない。インダクタ内の抵抗を最低限にするために用いられる技術の一つに、インダクタを製造する際に用いられる金属の厚みを増す技術がある。このために、従来のインダクタは、金属層をより厚く、更に平坦化にそれほど制約を受けない、半導体基板の最上層に形成されている。さらに、インダクタは、基板と相互関係を持つキャパシタンスを低くするように、基板からできるだけ離して形成されている。しかしながら、この構成では高いＱを得ることができず、また抵抗抑制力を最適化することもできない。
【０００５】
上述したように、従来技術のインダクタではアルミニウムの金属層が螺旋形状で用いられていた。アルミニウムを用いることにより、インダクタを構成する金属の厚さを増すことが最小限しかできなくなり、よってインダクタの抵抗が増加していた。例えば、各アルミニウム層は半導体ウェハ内に形成される誘電層によって分離されていた。インダクタ内で用いられる金属の厚みを増すためには、タングステン（Ｗ）のバイアコンタクトがアルミニウム層を分離する誘電層内で用いられていた。しかし、タングステンは高い抵抗を有し、よってタングステンを用いているインダクタのＱや全体的効率を下げるため、インダクタの形成にタングステンを用いるのは望ましくない。加えて、タングステンのバイアコンタクトでは通常小さなビアホールとなり、これはタングステンを有するインダクタに用いられる金属の厚みを大きく増すものではない。
【０００６】
以上のことに鑑みて、標準的なバイアコンタクト金属構造を有するインダクタの製造方法への要求がある。さらに、高いＱを有するインダクタ構造への要求もある。加えて、製造工程を追加することなく製造できるインダクタへの要求もある。
【０００７】
発明の概要
大まかに言って、本発明は、インダクタ構造を半導体装置の後端部へ組み込むことにより、さらにデュアルダマシンプロセスによってこれを製造することにより、上述の要望を満たしている。
【０００８】
本発明の一つの観点によれば、基板上のインダクタ構造と導電性ビアとを備える半導体装置の製造方法が開示される。
【０００９】
本発明の方法は、
前記基板に、導電パターンを有する面を備え、前記面上に第１の誘電層を設ける工程と、
前記第１の誘電層にビアトレンチとインダクタトレンチを形成し、前記第２のインダクタトレンチはインダクタ形状を有する工程と、
前記第１の誘電層内にバイアコンタクト金属トレンチと別のインダクタトレンチを、前記インダクタトレンチが前記インダクタ形状を有するように形成する工程と、
前記トレンチに導電性材料を充填し、それにより前記基板の前記面の前記パターン、充填されたビアトレンチ、及び充填されたバイアコンタクト金属トレンチが前記ビアを定め、また前記インダクタトレンチ及び前記別のインダクタトレンチが前記インダクタ構造を定める工程と、
を有する。
【００１０】
本発明の方法によれば、インダクタ構造は、ビアとも呼ばれる縦方向バイアコンタクト構造と、バイアコンタクト線とに組み込まれる。インダクタ構造は、導電性の物質を充填した少なくとも２つ、より好ましくは２つ以上のインダクタトレンチを備えている。このことにより、インダクタ構造は、例えば３０以上という高いＱを得る。それにもかかわらず、このインダクタ構造は、更なる製造工程を必要とせずに、標準的な製造技術を用いて製造することができる。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、基板とインダクタ構造を備える半導体装置が開示される。本発明の装置は、前記基板の面に、
第１の厚みを持つ、第１の誘電層と、
前記第１の誘電層の第１の部分に配置され、インダクタ形状を有する第１のインダクタ線を備える、第１の金属階層と、
前記第１の誘電層の第２の部分に配置され、前記インダクタ形状を有する第２のインダクタ線を備え、前記第１の金属階層の上に配される、第２の金属階層と、
を備え、
前記第１の誘電層の前記第１の部分と前記第２の部分とは、前記第１の厚みとなり、
前記インダクタ構造は前記第１のインダクタ線と前記第２のインダクタ線とからなる、
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明による半導体装置のインダクタ構造は、いくつかの誘電層にまたがるため、最大数ミクロンもの厚みを有することができる。これにより、特に銅などのように導電性を有する材料と組み合わせることにより、高いＱが得られる。このインダクタ構造は、少なくとも２つ、好ましくはそれより多く、例えば４や６、の金属層を備えている。ビア及びバイアコンタクト線がインダクタ線と同じ金属階層に組み込まれているため、効果的である。このことにより、本発明による装置の製造においては、金属階層の数、ひいてはマスクの数や製造工程の数を減らすことができる。
【００１３】
本発明の方法で用いられる導電性の材料は、銅、アルミナ、プラチナ、タングステン、窒化チタン、ニッケルやこれらの合金の中から１つ以上のものが用いられる。さらに、導電性のポリマーやポリマーに導電性の粒子を充填したものであってもよい。銅を使うのが好ましくはある。銅は極めて低い抵抗を有し、ＡｌＣｕと比較すると抵抗が３０％も低い。さらに、銅は無電解蒸着や電気めっきなどにより堆積することができる。
【００１４】
本発明の方法及び装置で用いられる誘電材料は、様々な誘電材料から選ぶことができる。二酸化珪素、及びポリイミド、ベンゾシクロブテン、多孔質二酸化珪素、シルセスキオキサンなどのようなＫ値が低い材料がその例である。
【００１５】
本発明の方法における基板は、いくつかのトランジスタを組み込んだ半導体基板であることが好ましい。しかし、セラミック基板であってもよい。さらに、基板表面の導電パターンは別のバイアコンタクト層の一部であってもよい。あるいは、各トランジスタへのコンタクトであってもよい。そして、ポリシリコンのようなゲート材料を有してもよい。
【００１６】
本発明は、図面を参照する、以下の詳細な説明により、容易に理解することができる。従って、同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
【００１７】
好適な実施の形態の詳細な説明
半導体インダクタ及び半導体インダクタの製造方法が開示される。以下の説明においては、本発明を十分に理解するために、多くの具体的な説明が成されている。しかし、当業者には、これら具体的な説明の一部又は全部を欠いても本発明が実行されうるものであることは理解できよう。また、周知の工程が詳細に説明されない場合もあるが、これは本発明を不必要にあいまいにしないためのものである。
【００１８】
本発明では、半導体構造内にインダクタ、金属線、及び導電性ビアを形成するためにダマシンプロセス及びデュアルダマシンプロセスを用いている。導電性ビアは、金属線を、半導体構造の全体に渡って配置されている他の金属線と接続し、半導体装置の要素を形成している。金属線は、酸化層内にトレンチをエッチングすることにより形成される。
【００１９】
例えば、ブランケット堆積のような、この分野では周知の技術を用いて半導体基板の上に酸化層が堆積される。次に、フォトレジスト層が酸化層上にスピンコートされ、標準的なフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングが行われる。パターン化されたフォトレジスト層は金属線トレンチ、及び他の要素（例えばインダクタ形状）用のトレンチが酸化層内にエッチングされる場所を決めるものである。パターン化されたフォトレジスト層が酸化層上に形成された後、酸化層内に金属線トレンチや他の要素用のトレンチを形成する酸化エッチ工程の間に酸化層はエッチングされる。トレンチは、半導体構造における上述の金属線と他の要素の場所を決定する。トレンチを形成する酸化エッチ工程は一般に「ダマシン」プロセスと呼ばれる。
【００２０】
トレンチが形成されると、酸化層の上に第２のフォトレジスト層がスピンコートされ、標準的なフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされる。第２のパターン化されたフォトレジスト層は、酸化層内にエッチングされるビアトレンチの場所を定める。酸化層上に第２のパターン化されたフォトレジスト層が形成されると、酸化層内にビアトレンチを形成する酸化エッチ工程において、酸化層は再びエッチングされる。トレンチは、上述の導電性ビアの半導体構造における位置を定める。酸化エッチ工程では、先ほどの酸化エッチ工程で形成された、画定されたトレンチの選択領域をエッチングし、金属線トレンチ内に形成される金属線とビアトレンチ内に形成される導電性ビアとの間の電気的連絡を図る。ビアトレンチを形成する酸化エッチ工程を一般的に「デュアルダマシン」プロセスという。この酸化工程ではダマシンプロセスで形成された金属線トレンチをエッチングするからである。
【００２１】
酸化層内にトレンチが形成された後、トレンチ内に金属が堆積され、金属線と導電性ビアを形成する。ダマシンプロセスを用いて形成されるトレンチに堆積される金属の典型的なものは銅（Ｃｕ）である。銅の抵抗は、約２×１０ー６ｏｈｍ−ｃｍと低抵抗であるため、金属線や導電性ビアについて低抵抗が求められる用途に適している。金属が金属線トレンチ及びビアトレンチに堆積されると、金属線とその他の要素の上面を酸化層の上面と同じ高さにする、化学的機械研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ−ＣＭＰ）などの平坦化工程が行われる。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態による、半導体構造においてトレンチを形成するエッチング工程を示す。半導体構造１４６は、上述したプロセスに従って形成された酸化層１０２、１０６及び１１２を有している。さらに、半導体構造１４６には、上述のダマシンプロセル及びデュアルダマシンプロセスを用いて、金属線１０４、１１０ａ及び１１０ｂと、ビア１１０ｃとが形成されている。金属線１０４、１１０ａ及び１１０ｂと、導電性ビア１１０ｃとは、銅（Ｃｕ）製であることが好ましい。ビア１１０ｃにより、金属線１０４と金属線１１０ｃとが電気的に接続されている。金属線１０４、１１０ａ及び１１０ｂは、半導体構造１４６内の他の金属線（図示せず）及び他の要素（図示せず）と互いに連絡している。
【００２３】
半導体構造１４６内で金属線１０４、１１０ａ及び１１０ｂと、導電性ビア１１０ｃが形成された後、酸化層１１２が酸化層１０６の上にブランケット堆積され、次の金属層が半導体構造１４６内に形成されるようにする。次にフォトレジスト層が酸化層１１２上にスピンコートされ、標準的なフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされて、パターン化されたフォトレジスト層１１４を形成する。パターン化されたフォトレジスト層１１４は、ウィンドウ１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃが形成されるようにパターニングされている。ウィンドウ１１４ａ及び１１４ｃは、酸化層１１２に金属線トレンチが形成されるパターンを定め、ウィンドウ１１４ｂは、図２Ａに示されるようなインダクタトレンチのパターンを定める。以下に図６Ａ及び図６Ｂを参照してより詳しく説明するように、ウィンドウ１１４ｂのパターンは螺旋状のインダクタ形状を形成するものである。図１に戻り、パターン化されたフォトレジスト層１１４が形成されると、酸化層１１２をエッチングする酸化エッチ工程１１６が行われ、図２Ａに示されるような金属線１１８ａ及び１１８ｂと、インダクタ線１２０ａを形成する。
【００２４】
図２Ａは、本発明の実施の形態による金属線１１８ａ及び１１８ｂと、インダクタ線１２０ａの形成を示している。金属線１１８ａ及び１１８ｂを定めるトレンチが上述のダマシンプロセスを用いて形成されている。酸化エッチ工程１１６が完了した後、金属線１１８ａ及び１１８ｂを定めるトレンチが低抵抗の金属を用いて堆積される。金属線１１８ａ及び１１８ｂは、約２．０×１０−６ｏｈｍｓ−ｃｍと低抵抗な銅（Ｃｕ）から形成されるのが好ましい。金属線１１８ａ及び１１８ｂの厚みは約５，０００オングストロームから約１０，０００オングストロームの範囲内であることが好ましく、更には、約８，０００オングストロームであることが好ましい。金属線１１８ａ及び１１８ｂは、半導体装置１４６全体に位置する他の金属層（図示せず）や他の要素（図示せず）と互いに連絡している。
【００２５】
インダクタ線１２０ａもまた上述のダマシンプロセスを用いて形成される。インダクタ線１２０ａは、半導体構造１４６内に形成させるインダクタ１２０の第１の階層を定めるものである。インダクタ線１２０ａもまた、銅（Ｃｕ）で形成されるのが好ましい。インダクタ線１２０ａの厚みは約５，０００オングストロームから約１０，０００オングストロームの範囲内であることが好ましく、更には、約８，０００オングストロームであることが好ましい。金属がトレンチに堆積された後、インダクタ線１２０ａと金属線１１８ａ及び１１８ｂの上面を酸化層１１２の上面と同じ高さにするための、ＣＭＰのような平坦化工程が行われる。インダクタ線１２０ａは螺旋系のインダクタ形状であることに注目できる。これを以下、図６Ａ及び６Ｂを参照してさらに詳細に説明する。インダクタ線１２０ａ及び金属線１１８ａ及び１１８ｂが形成された際、半導体構造１４６全体には、他の金属線（図示せず）及び他の要素（図示せず）が形成されていることにも注目できる。図２Ａを再び参照すると、金属層１１８ａ及び１１８ｂとインダクタ線１２０ａとが形成された後、酸化層１２２が酸化層１１２上にブランケット堆積される。次にフォトレジスト層が酸化層１２２上にスピンコートされ、標準的なフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされて、パターン化されたフォトレジストマスク１２４が形成される。
【００２６】
パターン化されたフォトレジストマスク１２４は、ウィンドウ１２４ａ、１２４ｂ、及び１２４ｃが形成されるようにパターニングされている。ウィンドウ１２４ａ及び１２４ｃは酸化層１２２にエッチングされる金属線トレンチのパターンを定めるものである。ウィンドウ１２４ｂは酸化層１２２に形成される第１のインダクタトレンチのパターンを定めるものである。ウィンドウ１２４ｂで定められたパターンは、インダクタ線１２０ａで定められたパターンと同様に、螺旋状のインダクタ形状となる。パターン化されたフォトレジストマスク１２４が酸化層１２２上に形成された後、図２Ｂに示すように酸化エッチ工程１２６が行われる。
【００２７】
図２Ｂは本発明の実施の形態による、半導体構造１４６に成された酸化エッチ工程１２６を示す。酸化エッチ工程１２６では、図２Ｃに示すように、酸化層１２２に第１のインダクタトレンチ１２８及びバイアコンタクト金属トレンチ１３０及び１３２が形成されるように酸化層１２２をエッチングする。
【００２８】
図２Ｃは本発明の実施の形態による、第１のインダクタトレンチ１２８及び金属線トレンチ１３０及び１３２の形成を示す。トレンチ１２８、１３０及び１３２は、上述のダマシンプロセスを用いて酸化層１２２に形成されている。金属線トレンチ１３０及び１３２は、酸化層１２２内に金属線が形成されるようにする。図２Ｅはこれを示している。第１のインダクタトレンチ１２８は、図２Ｅに示すように、インダクタ線１２０ｂ−１を形成させるものである。金属線トレンチ１３０及び１３２と第１のインダクタトレンチ１２８が形成される際、金属線（図示せず）及び他の要素（図示せず）を定める他のトレンチが半導体構造１４６内に形成されることに注目できる。図２Ｃに戻り、トレンチ１２８、１３０及び１３２が形成された後、第２のフォトレジスト層が酸化層１２２上にスピンコートされ、標準的なフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされることにより、パターン化されたフォトレジストマスク１３４が形成される。
【００２９】
パターン化されたフォトレジストマスク１３４はウィンドウ１３４ａ及び１３４ｂを有している。ウィンドウ１３４ａは金属線トレンチ１３２の下に形成されるビアトレンチ（図示せず）のパターンを定め、ウィンドウ１３４ｂは、第２のインダクタトレンチ１２９（図５に示されている）のパターンを定める。パターン化されたフォトレジストマスク１３４が酸化層１２２の上に形成された後、図２Ｄに示す、酸化エッチ工程１３６が行われる。
【００３０】
図２Ｄは、本発明の実施形態により、半導体装置１４６に酸化エッチ工程１３６が行われているところを示す。酸化エッチ工程１３６では、上述のデュアルダマシンプロセスを用いてビアトレンチ（図示せず）及び第２のインダクタトレンチ１２９を形成するべく酸化層１２２をエッチングする。酸化エッチ工程１３６が完了すると、ビア、第２のインダクタトレンチ１２９、金属線トレンチ１３０及び１３２、第１のインダクタトレンチ１２８に金属が堆積される。この堆積工程（図示せず）により、図２Ｅに示されるように、導電性ビア１０８ｃ、インダクタ線１２０ｂ−２、金属線１０８ａ及び１０８ｂ、インダクタ線１２０ｂ−１が形成される。
【００３１】
図２Ｅは、本発明の実施形態により、半導体構造１４６に金属線１０８ａ及び１０８ｂと、インダクタ線１２０ｂとが形成されている様子を示す。上述の通り、トレンチ内に堆積される金属は銅（Ｃｕ）であるのが好ましい。インダクタ線１２０ｂ−１と、金属線１０８ａ及び１０８ｂとは、厚みが約５，０００オングストロームから約５０，０００オングストロームの範囲であるのが好ましく、また約１０，０００オングストロームから約３０，０００オングストロームの範囲であるのが更に好ましく、また約２０，０００オングストロームであるのが最も好ましい。インダクタ線１２０ｂ−２と、導電性ビア１０８ｃとは、厚み及び深さが約５，０００オングストロームから約２０，０００オングストロームの範囲であるのが好ましく、また約８，０００オングストロームから約１５，０００オングストロームの範囲であるのが更に好ましく、また約１２，０００オングストロームであるのが最も好ましい。金属がトレンチに堆積された後、ＣＭＰのような平坦化工程が行われ、インダクタ線１２０ｂと金属線１０８ａ及び１０８ｂとの上面が、酸化層１２２の上面と同じ高さにされる。
【００３２】
図３は、本発明の実施の形態により、インダクタ線１２０ｃと金属線１４０ａ及び１４０ｂとが酸化層１３８に形成されている、半導体構造１４６を示す。上述のダマシンプロセスを用いて、インダクタ線１２０ｃ−１のパターンを定めるトレンチと、金属線１４０ａ及び１４０ｂのパターンを定めるトレンチとが、酸化層１３８にパターニングされる。次に、上述のデュアルダマシンプロセスを用いて、インダクタ線１２０ｃ−２を定めるトレンチが酸化層１３８にパターニングされる。酸化層１３８にトレンチがパターニングされた後、金属がトレンチに堆積され、インダクタ線１２０ｃ−１及び１２０ｃ−２と、金属線１４０ａ及び１４０ｂとが形成される。トレンチに堆積される金属は、銅（Ｃｕ）であるのが好ましい。インダクタ線１２０ｃ−２は厚みが約５，０００オングストロームから約２０，０００オングストロームの範囲であるのが好ましく、また約８，０００オングストロームから約１５，０００オングストロームの範囲であるのが更に好ましく、また約１２，０００オングストロームであるのが最も好ましい。
【００３３】
インダクタ線１２０ｃ−１と、金属線１４０ａ及び１４０ｂとは、厚みが約５，０００オングストロームから約５０，０００オングストロームの範囲であるのが好ましく、また約１０，０００オングストロームから約３０，０００オングストロームの範囲であるのが更に好ましく、また約２０，０００オングストロームであるのが最も好ましい。金属がトレンチに堆積された後、ＣＭＰのような平坦化工程が行われ、インダクタ線１２０ｃと金属線１４０ａ及び１４０ｂとの上面が、酸化層１３８の上面と同じ高さにされる。インダクタ線１２０ｃと金属線１４０ａ及び１４０ｂとが半導体構造１４６内に形成されるとき、付加的な金属線（図示せず）及び要素（図示せず）が半導体構造１４６内に形成されることに注目できる。インダクタ線１２０ｃと金属線１４０ａ及び１４０ｂとが酸化層１３８に形成されると、図４の通り、インダクタ線１２０ｄ、金属線１４２ａ及び１４２ｂ、導電性ビア１４２ｃが酸化層１４４に形成される。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態により、酸化層１４４中にインダクタ線１２０ｄ、金属線１４２ａ及び１４２ｂ、導電性ビア１４２ｃを有する、半導体構造１４６の更なる金属層を示す。インダクタ線１２０ｄは、インダクタ線１２０ｄ−１及び１２０ｄ−２から成る。インダクタ線１２０ｄの上部である、インダクタ線１２０ｄ−１のパターンを定めるトレンチと、金属線１４２ａ及び１４２ｂのパターンを定めるトレンチとが、上述のダマシンプロセスを用いて酸化層１４４にパターニングされる。次に、インダクタ線１２０ｄ−２のパターンを定めるトレンチと、導電性ビア１４２ｃのパターンを定めるトレンチとが、上述のデュアルダマシン技術を用いて酸化層１４４にパターニングされる。酸化層１４４にトレンチがパターニングされた後、金属がトレンチに堆積され、インダクタ線１２０ｄ−１及び１２０ｄ−２、金属線１４２ａ及び１４２ｂ、導電性ビア１４２ｃが形成される。トレンチに堆積される金属は、銅（Ｃｕ）であるのが好ましい。インダクタ線１２０ｄ−２と導電性ビア１４２ｃとは、厚みと深さとが、約５，０００オングストロームから約２０，０００オングストロームの範囲であるのが好ましく、また約８，０００オングストロームから約１５，０００オングストロームの範囲であるのがより好ましく、また約１２，０００オングストロームであるのが最も好ましい。インダクタ線１２０ｄ−１と、金属線１４２ａ及び１４２ｂとは、厚みが約５，０００オングストロームから約５０，０００オングストロームの範囲であるのが好ましく、また約１０，０００オングストロームから約３０，０００オングストロームの範囲であるのがより好ましく、また約２０，０００オングストロームであるのが最も好ましい。酸化層１４４にインダクタ線１２０ｄと金属線１４２ａ及び１４２ｂとが形成されると、ＣＭＰ工程が行われ、インダクタ線１２０ｄと金属線１４２ａ及び１４２ｂとの上面が、酸化層１４４の上面と同じ高さにされる。ここで再び、インダクタ線１２０ｄと金属線１４２ａ及び１４２ｂと導電性ビア１４２ｃとが形成されるとき、他の金属線（図示せず）及び他の要素（図示せず）が酸化層１４４内に形成されることに注目できる。さらに、付加的なインダクタ線、金属線及び他の要素有する他の金属層を半導体構造１４６に形成することができることにも注目できる。
【００３５】
図４に示すとおり、基板１００から離れてインダクタが形成されるほど、インダクタの厚みが増加する。これは、インダクタ１２０の金属量が増加するに連れて抵抗が減少し、よって全体的なインダクタンスやＱが増加するため、利点となる。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態による、バリア層１４７ａ及び１４７ｂと、シード層１４８ａ及び１４８ｂとを有するインダクタ線１２０ｂ及び１２０ｃを示す。バリア層１４７ａは、インダクタ線１２０ｂ内の金属が、半導体構造１４６内に移動するのを防ぐよう、設計されている。実施の形態では、第２のインダクタトレンチ１２９が酸化層１２２にエッチングされた後、バリア層１４７ａが第１のインダクタトレンチ１２８（図２Ｃ参照）と第２のインダクタトレンチ１２９とに形成される。バリア層１４７ａは、物理的蒸着法（ＰＶＤ）など、任意の数の公知の技術を用いて、第１のインダクタトレンチ１２８と第２のインダクタトレンチ１２９とに堆積される。酸化エッチ工程１３６の間にバリア層１４７ａが第１のインダクタトレンチ１２８と第２のインダクタトレンチ１２９とに形成されるとき、他のバリア層（図示せず）もまたバイアコンタクト金属トレンチ１３０及び１３２、ビアトレンチ及び他のトレンチ（図示せず）内に形成されることに注目できる。実施の形態では、バリア層１４７ａは、タンタル（Ｔａ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）であることが好ましい。バリア層１４７ａは、厚みが約５０オングストロームから約１，０００オングストロームの範囲であるのが好ましく、また約１００オングストロームから約３００オングストロームの範囲であるのがより好ましく、また約２００オングストロームであるのが最も好ましい。
【００３７】
インダクタ線１２０ｂ内にバリア層１４７ａが形成された後、バリア層１４７ａの上にシード層１４８ａが形成される。シード層１４８ａは、銅の接着性、ひいてはインダクタ線１２０ｂの形成を最適化する。シード層１４８ａの形成は、一般的に標準的な電気めっき技術や堆積技術などを用いて行われる。シード層１４８ａは、銅（Ｃｕ）であるのが好ましい。シード層１４８ａは、厚みが約５０オングストロームから約１，０００オングストロームの範囲であるように堆積されるのが好ましく、また約２００オングストロームから約５００オングストロームの範囲であるのがより好ましく、また約３００オングストロームであるのが最も好ましい。酸化エッチ工程１３６において、シード層１４８ａが第１のインダクタトレンチ１２８と第２のインダクタトレンチ１２９とに形成されるとき、他のシード層（図示せず）が同時に酸化層１２２内のバイアコンタクト金属トレンチ１３０及び１３２、ビアトレンチ、及び他のトレンチ（図示せず）内に形成されることに注目できる。
【００３８】
図５はまた、本発明の実施の形態による、バリア層１４７ｂ及びシード層１４８ｂの構造をも示す。バリア層１４７ｂは、インダクタ線１２０ｃ内の金属が、半導体構造１４６内に移動するのを防ぐよう、設計されている。実施の形態では、酸化層１３８がエッチングされ、インダクタ線１２０ｃとなるトレンチが形成された後、バリア層１４７ｂがトレンチに堆積される。バリア層１４７ａと同様に、バリア層１４７ｂがインダクタ線１２０ｃとなるトレンチに形成されるとき、他の金属線（図示せず）及び他の要素（図示せず）用のバリア層（図示せず）が同時に酸化層１３８内の他の金属線及び他の要素内に形成される。バリア層１４７ａは、物理的蒸着法（ＰＶＤ）など、任意の数の公知の技術を用いてインダクタ線１２０ｃになるトレンチ内に堆積される。実施の形態では、バリア層１４７ｂは、タンタル（Ｔａ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）であることが好ましい。バリア層１４７ｂは、厚みが約５０オングストロームから約１，０００オングストロームの範囲であるのが好ましく、また約１００オングストロームから約３００オングストロームの範囲であるのがより好ましく、また約２００オングストロームであるのが最も好ましい。
【００３９】
インダクタ線１２０ｃ内にバリア層１４７ｂが形成された後、バリア層１４７ｂの上にシード層１４８ｂが形成される。シード層１４８ｂは、インダクタ線１２０ｃの形成を最適化する。シード層１４８ｂの形成は、一般的に標準的な電気めっき技術や堆積技術などを用いて行われる。シード層１４８ｂは、銅（Ｃｕ）であるのが好ましい。シード層１４８ｂは、厚みが約５０オングストロームから約１，０００オングストロームの範囲であるように堆積されるのが好ましく、また約２００オングストロームから約５００オングストロームの範囲であるのがより好ましく、また約３００オングストロームであるのが最も好ましい。当業者であれば、シード層１４８ａが形成されるとき、他のシード層（図示せず）が同時に酸化層１２２内の付加的な金属線及び付加的な要素に形成されることを認識するであろう。
【００４０】
図６Ａは、本発明の実施の形態による、半導体構造１４６の平面図であり、インダクタ１２０及び金属線１４２ａ、１４２ｄ及び１４２ｅが示されている。金属線１４２ａ、１４２ｄ及び１４２ｅは、ダマシンプロセスを用いて半導体構造１４６に形成される際に、インダクタ１２０のインダクタ線１２０ｄ−１もまた、同じダマシンプロセスを用いて形成される。従って、インダクタ１２０は、付加的な製造工程無しで半導体構造１４６に形成される。インダクタ１２０のインダクタ形状は、電流がインダクタ１２０を流れると、インダクタ１２０と基板に発生したキャパシタンスに電荷が蓄えられるようになっている。インダクタ１２０は、半導体構造１４６の基板１００に最も近い位置にある酸化層内に形成されたものではないことに注目できる。当業者には公知の通り、インダクタ１２０が基板１００から５０，０００オングストローム以内にあると、基板１００のシリコンがインダクタ１２０のキャパシタンスに影響を与える。故に、インダクタ１２０は最も上にある金属層内に形成される。この、半導体構造１４６内のインダクタ１２０の配置により、インダクタ１２０が基板１００の至近距離にあることによる寄生損が最小限になる。
【００４１】
図６Ｂは、酸化層１４４内の異なる深さのインダクタ１２０を示す、半導体構造１４６の平面図である。図６Ｂには、酸化層１４４中の導電性ビア１４２ｃ及び１４２ｆ−ｋが示されている。デュアルダマシンプロセスでビア１４２ｃ及び１４２ｆ−ｋが形成される際、インダクタ１２０のインダクタ線１２０ｄ−２もまた形成される。故に、インダクタ１２０の厚みは最大となる。インダクタ１２０を形成する金属が、酸化層１４４内でバイアコンタクト金属線用の導電性ビア１４２ｃ及び１４２ｆ−ｋを形成するデュアルダマシンプロセスの間に堆積されるからである。
【００４２】
図７は、本発明の実施の形態による、半導体構造内にインダクタを形成する方法２００を示す。工程２０２において、上述のダマシンプロセス及びデュアルダマシンプロセスを用いて多階層の半導体装置内に低い金属層が形成される。半導体基板の上に低い金属層が形成されると、その低い金属層の上に誘電層がブランケット堆積される。低い金属層の上に誘電層が形成された後、フォトレジスト層が誘電層の上にスピンコートされ、誘電層をパターニングする。
【００４３】
フォトレジスト層は、標準のフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされ、パターン化されたフォトレジスト層が形成される。パターン化されたフォトレジスト層は、パターニングされて、金属線トレンチ、第１のインダクタ形状トレンチ、及び付加的な要素のトレンチを誘電層内に定めるウィンドウを形成する。第１のインダクタ形状トレンチのウィンドウは、誘電層内に形成されるインダクタのインダクタ形状（例えば螺旋状）を定める。インダクタ形状は、インダクタ形状を定める第１のインダクタ形状トレンチに形成されるインダクタ線に電流が流れると、キャパシタンスが発生するように構成されている。パターン化されたフォトレジスト層が誘電層上に形成された後、金属線トレンチ、第１のインダクタ形状トレンチ、及び付加的な要素のトレンチが工程２０４の酸化エッチ工程で形成される。
【００４４】
工程２０６では、金属線トレンチ、第１のインダクタ形状トレンチ、及び付加的な要素のトレンチが誘電層に形成された後、第２のフォトレジスト層が誘電層上にスピンコートされる。第２のフォトレジスト層は、標準のフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされ、ビアトレンチと、第１のインダクタトレンチと同じインダクタ形状を有する第２のインダクタ形状トレンチを定めるウィンドウが形成される。パターン化されたフォトレジスト層が形成されると、工程２０６において、酸化エッチ工程が行われ、ビアトレンチ及び第２の形状インダクタトレンチが誘電層に形成される。工程２０６が完了した後、方法２００は工程２０８に進む。
【００４５】
工程２０８では、金属線トレンチ、第１のインダクタ形状トレンチ、付加的な要素のトレンチ、ビアトレンチ、及び第２のインダクタ形状トレンチに銅を充填し、誘電層に金属線、付加的な要素、導電性ビア、及びインダクタが形成される。当業者には、誘電層内に金属線、付加的な要素、導電性ビア、及びインダクタを形成する工程は、上述のダマシンプロセス及びデュアルダマシンプロセスを用いて行われることが理解されよう。インダクタは、ダマシンプロセスとデュアルダマシンプロセスの両方によって形成されるため、厚みが増していくことに注目できる。その結果、インダクタの金属の厚みが増していくため、インダクタの抵抗は減少し、Ｑは増加する。従って、インダクタの全体的な効率は向上する。
【００４６】
工程２０８が完了すると、方法２００は工程２１０に移る。工程２１０では、半導体構造内の金属線とインダクタの階層を定めるために誘電層は研磨される。この研磨は、ＣＭＰ工程など、公知の技術を用いて行われる。この研磨工程により、金属線とインダクタの階層が、誘電層の上面と同じ高さになる。
【００４７】
工程２１２では、工程２１０が完了した後の半導体構造に、さらにインダクタ階層が必要かどうかが決定される。半導体構造にさらなるインダクタ階層が必要な場合は、方法２００はさらなるインダクタ階層を形成するために繰り返される。さらなるインダクタ階層が必要ない場合は、方法２００は完了する。
【００４８】
ダマシンプロセス及びデュアルダマシンプロセスを用いて、銅でインダクタ１２０を形成することにより、だいたい１０未満という、高いインダクタ１２０のＱが得られる。より好ましくは、だいたい１５未満である。ダマシンプロセスを用いることにより、設計者はインダクタ内の金属の厚みを増すことができ、これにより全体的にインダクタ１２０内の抵抗を減少させることができる。
【００４９】
本発明により、設計者は、寄生損を減少させるとともに、製造工程を増やすこと無しに、半導体構造内のインダクタの性能を向上させることができる。その高いＱによって証明されるように、本発明のインダクタはより効率的なものである。本発明のインダクタの抵抗は、インダクタ内に銅が用いられているため、またインダクタ金属領域の金属間酸化物の厚み全体に銅を用いていることにより、従来のインダクタの抵抗よりかなり低い。
【００５０】
上述したとおり、従来のインダクタでは、インダクタのインダクタ形状を形成するのに、銅より高抵抗のアルミニウムが用いられていた。よって、本発明はインダクタに銅を用いていることにより、かなり抵抗が低くなっている。さらに、酸化層に金属線を形成するダマシンプロセスと、酸化層に導電性ビアを形成するデュアルダマシンプロセスとの両方で銅が堆積されるため、インダクタの金属の厚みは最大値である。
【００５１】
本発明では、半導体構造に金属線及び他の要素を形成するダマシンプロセスにおいてインダクタを形成していることにより、インダクタの製造コスト及び製造時間を減少させることができる。このように、半導体構造に受動素子を組み込もうと考えている設計者にとって、高いＱ、低い抵抗値と、製造コスト及び製造時間の削減という利点を併せ持った本発明は、魅力ある選択肢となるはずである。
【００５２】
上述の発明は、理解を図るために詳細に説明したが、添付の請求項の範囲内で変更や修正を加えることができるのは明らかである。よって実施の形態は例としてあげられたものであって限定的なものではない。また本発明はここにあげた詳細な説明によって限定されるものではなく、添付の請求項の範囲内で変更や修正を加えることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態による、半導体構造内にトレンチを形成するためのエッチング工程を示す図。
【図２Ａ】
本発明の実施の形態による、金属線の形成とインダクタ線の形成を示す図。
【図２Ｂ】
本発明の実施の形態による、半導体構造に酸化エッチ工程が行われているところを示す図。
【図２Ｃ】
本発明の実施の形態による、第１のインダクタトレンチと金属線トレンチの形成を示す図。
【図２Ｄ】
本発明の実施の形態による、インダクタ線トレンチとビアトレンチとを形成する酸化エッチ工程が半導体構造に行われているところを示す図。
【図２Ｅ】
本発明の実施の形態による、金属線とインダクタ線が形成された半導体構造を示す図。
【図３】
本発明の実施の形態による、酸化層にインダクタ線と金属線が形成されている半導体構造を示す図。
【図４】
本発明の実施の形態による、インダクタ線、金属線、及び導電性ビアが酸化層に形成されている、半導体構造の付加的な金属層を示す図。。
【図５】
本発明の実施の形態による、バリア層及びシード層を備えたインダクタ線を示す図。
【図６Ａ】
本発明の実施の形態による、インダクタ及び金属線を有する半導体構造の平面図。
【図６Ｂ】
本発明の実施の形態による、酸化層内でインダクタの深さが異なる、半導体構造の平面図。
【図７】
本発明の実施の形態による、半導体構造にインダクタを形成する方法を示すフローチャート。
【国際公開パンフレット】
2004503103.tif 000003
2004503103.tif 000004
2004503103.tif 000005
2004503103.tif 000006
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2004503103.tif 000009
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2004503103.tif 000011
2004503103.tif 000012
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2004503103.tif 000014
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2004503103.tif 000023
2004503103.tif 000024
2004503103.tif 000025
2004503103.tif 000026
2004503103.tif 000027
2004503103.tif 000028
2004503103.tif 000029
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004503103.tif 000030
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004503103.tif 000031
【国際調査報告】
2004503103.tif 000032
2004503103.tif 000033
2004503103.tif 000034