本公開(kāi)一般涉及集成電路，并且更具體地涉及集成電路中的磁通門磁力計(jì)。

背景技術(shù)：

一些集成電路具有磁通門磁力計(jì)，其由通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)線線圈纏繞的小的磁敏感芯體組成。交流電流通過(guò)一個(gè)線圈，通過(guò)磁飽和的交替循環(huán)驅(qū)動(dòng)線圈。芯體中不斷反轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)在第二線圈中感生出電流。在磁中性背景下，輸入電力和輸出電流匹配。然而，當(dāng)芯體暴露于背景磁場(chǎng)時(shí)，它在與該場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)時(shí)更容易飽和并且在與其反向時(shí)不太容易飽和。因此，交變磁場(chǎng)和感生輸出電流將與輸入電流不同步。它們不同步的程度取決于背景磁場(chǎng)的強(qiáng)度。通常，輸出線圈中的電流被積分(integrate)，產(chǎn)生與磁場(chǎng)成比例的輸出模擬電壓。

將磁通門磁力計(jì)集成到集成電路制造工藝中需要形成厚度為微米或以上的高磁導(dǎo)率材料諸如坡莫合金(nife)的磁芯。為了改進(jìn)電氣性質(zhì)，磁芯可由高磁導(dǎo)率材料與介電材料諸如氮化鋁(aln)的多個(gè)交替層形成。在找到以良好的尺寸控制、以良好的輪廓并且以對(duì)材料性質(zhì)諸如晶粒尺寸的不敏感性來(lái)蝕刻兩種不同材料的多個(gè)層的厚堆疊的蝕刻方面存在挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在所述實(shí)例中，用相同的蝕刻速率同時(shí)蝕刻nife和aln的蝕刻劑包括磷酸、乙酸和硝酸。

一種在集成電路中形成磁通門磁力計(jì)的方法包括由坡莫合金與aln電介質(zhì)的交替層形成磁通門磁力計(jì)的磁芯。含有磷酸、乙酸、硝酸和去離子水的濕法蝕刻以良好的尺寸控制并且以良好的所得磁芯輪廓提供了交替層的良好蝕刻速率。

如果需要，nife與aln的交替層可用應(yīng)力緩解層(relieflayer)包封。可使用磁芯光致抗蝕劑圖案來(lái)限定磁芯幾何形狀。可控制濕法蝕刻的過(guò)度蝕刻時(shí)間，使得蝕刻后磁芯圖案延伸超過(guò)磁芯的基部至少1.5μm。用于形成磁芯光致抗蝕劑圖案的光掩?？捎糜谛纬蓱?yīng)力緩解材料蝕刻圖案。

附圖說(shuō)明

圖1為包含磁通門磁力計(jì)的示例集成電路的橫截面。

圖2為磁通門磁力計(jì)的圖示。

圖3a至圖3d為描繪的連續(xù)制造階段中的圖1的集成電路的橫截面。

圖4為描述用于用濕法蝕刻劑蝕刻磁芯的過(guò)程的流程圖。

圖5為用應(yīng)力緩解層包封的磁芯的橫截面。

圖6a至圖6c為描繪的連續(xù)制造階段中的圖5的集成電路的橫截面。

具體實(shí)施方式

共同擁有的專利申請(qǐng)no.us14/557,611據(jù)此以引用方式并入本文。

附圖并非按比例繪制?？稍诓皇褂靡粋€(gè)或更多個(gè)具體細(xì)節(jié)或使用其它方法的情況下實(shí)踐示例實(shí)施例。某些動(dòng)作可按不同順序發(fā)生和/或與其它動(dòng)作或事件同時(shí)發(fā)生。而且，一些例示的動(dòng)作或事件并非實(shí)施根據(jù)示例實(shí)施例的方法所需的。

具有磁通門磁力計(jì)的集成電路可形成為具有磁芯，該磁芯由nife坡莫合金(nife)與aln電介質(zhì)的多個(gè)交替層構(gòu)成。在nife層的層之間的aln層通過(guò)降低高頻下的渦流損耗來(lái)改進(jìn)磁力計(jì)的性能。磁芯可由nife與aln的多個(gè)交替層構(gòu)成，厚度為1微米或更多。磁芯可由約3層至10層的nife/ain層壓結(jié)構(gòu)構(gòu)成。由于在大多數(shù)蝕刻劑中nife和aln的蝕刻速率上的差異，因此難以實(shí)現(xiàn)良好的蝕刻輪廓。良好的輪廓對(duì)于防止磁芯和上覆電介質(zhì)之間的可導(dǎo)致分層和電路故障的空隙以及減小磁通門磁力計(jì)中的噪聲是重要的，磁通門磁力計(jì)中的噪聲可限制對(duì)檢測(cè)弱磁場(chǎng)的靈敏度。

在示例實(shí)施例中，一種蝕刻以可接受的蝕刻速率、以良好的尺寸控制并且以良好的輪廓來(lái)蝕刻aln和nife的多層堆疊。該蝕刻對(duì)可在晶片上變化、可隨晶片不同而變化并且可隨批次不同而變化的材料性質(zhì)(諸如晶粒尺寸)不敏感。

圖1為包含磁通門磁力計(jì)111的示例集成電路100的橫截面。磁通門磁力計(jì)111包括由一個(gè)線圈或多個(gè)線圈圍繞的磁芯120。一個(gè)線圈或多個(gè)線圈由在磁芯120下方的第一組金屬線108和在磁芯上方的第二組金屬線130形成，兩組金屬線與位于磁芯120的前面第一組通路(via)213(圖2)以及位于磁芯120后面的第二組通路217(圖2)耦合在一起。通路132也可用于在第一金屬線104到第二金屬線126之間形成電連接。下面的電介質(zhì)層110將磁芯120與第一組金屬線108電隔離。上覆的電介質(zhì)層124覆蓋磁芯120的側(cè)面和頂部，并且將其與通路132、通路213和通路217電隔離，而且還將其與第二組金屬線130電隔離。雖然僅示出了一個(gè)磁通門磁力計(jì)傳感器線圈，但可存在兩個(gè)或更多傳感器線圈。

集成電路100包括第一層間電介質(zhì)(ild)層102，其可包括基于二氧化硅的材料，諸如有機(jī)硅酸鹽玻璃(osg)、氮化硅、氮氧化硅和/或低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)。具有銅鑲嵌結(jié)構(gòu)的多個(gè)第一金屬線104設(shè)置在第一ild層102中，延伸到第一ild層102的頂表面105。第一金屬線104的每個(gè)實(shí)例包括鉭和/或氮化鉭的難熔金屬襯墊(liner)(未示出)，以及在金屬襯墊上的銅的填充金屬106。第一金屬線104中的一個(gè)或更多個(gè)可連接到設(shè)置在第一ild層102中的具有銅鑲嵌結(jié)構(gòu)的第一通路113。第一金屬線108中的其它一個(gè)或更多個(gè)可形成在磁芯下方并成為磁通磁力計(jì)傳感器線圈的部分。第一金屬線104和第一通路113可為如圖1所描繪的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，或可為單鑲嵌結(jié)構(gòu)。

下面的電介質(zhì)層110設(shè)置在第一ild層102上并且在第一金屬線104上，并且將第一金屬線104與磁芯120電隔離。下面的電介質(zhì)層110可為500nm至1000nm厚。下面的電介質(zhì)層110可包括在第一ild層102上方并且在第一金屬線104上方的第一蝕刻停止層112。第一蝕刻停止層112可主要為35納米至150納米厚的基于氮化硅的介電材料，這有利地減少了來(lái)自第一金屬線104的銅遷移。形成在第一蝕刻停止層112上的電介質(zhì)層114可為使用原硅酸四乙酯(又名為四乙氧基硅烷(teos))通過(guò)pecvd形成的500nm至1000nm厚的二氧化硅層?？稍陔娊橘|(zhì)層114上方形成可選的第二蝕刻停止層116。第二蝕刻停止層116可主要為50納米至150納米厚的基于氮化硅的介電材料，并且可被形成用于為隨后的蝕刻步驟提供蝕刻停止。

磁芯120形成在下面的電介質(zhì)層110的頂部。磁芯120材料為以下材料的交替層的多層堆疊：nife坡莫合金(nife)，其為具有高磁導(dǎo)率和低電阻的材料；以及aln，其為電介質(zhì)。在一個(gè)示例磁通門磁力計(jì)111中，磁芯包括3層至10層的nife與aln，其中nife層與aln層交替，nife層具有約225nm至425nm的厚度，并且aln層具有約5nm至15nm的厚度。

第二ild層124設(shè)置在下面的電介質(zhì)層110上方并且在磁芯120的側(cè)面和頂部上方。第二ild層124的厚度取決于磁芯120的厚度。取決于磁芯120的厚度，第二ild層124的厚度可在約1微米和4微米之間。在一個(gè)示例磁通門磁力計(jì)中，磁芯的厚度為約1.4微米，并且第二ild層的厚度為使用pecvdteos工藝沉積的約3.5微米的二氧化硅。

具有銅鑲嵌結(jié)構(gòu)的多個(gè)第二通路132設(shè)置在第二ild層124中。第二通路132中的一些延伸穿過(guò)下面的電介質(zhì)層110并且連接到第一金屬線104。第二通路132可為雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的部分，其包括在第二通路132上方的第二金屬線126，如圖1所描繪的。集成電路100可包括設(shè)置在第二ild層124上方并且在第二金屬線126上方的保護(hù)性外涂層134，該保護(hù)性外涂層134具有用于進(jìn)行電連接的接合焊盤(pán)開(kāi)口136，如圖1所示?；蛘撸呻娐房砂ㄔO(shè)置在第二ild層124和第二金屬線126上方的第三蝕刻停止層，以及可能的在第三蝕刻停止層上方的第三ild層?？稍诘诙饘倬€與接合焊盤(pán)開(kāi)口136之間形成附加的ild層和互連層。

在磁芯120上面的第二金屬引線130通過(guò)設(shè)置在磁芯120前面的第一組通路132并且通過(guò)設(shè)置在磁芯120后面的第二組通路132連接到在磁芯120下方的第一金屬引線108。這些通路132將第一金屬引線108連接到第二金屬引線130，以形成卷繞在磁芯214周圍的線圈212(圖2)。第一金屬引線108可連接到第二金屬引線130，以形成圍繞磁芯120的多于一個(gè)線圈。線圈通過(guò)下面的第一電介質(zhì)110并且通過(guò)第二ild層124與磁芯120和第二通路132電隔離。

也如圖2所示，磁芯120下面的第一金屬引線108通過(guò)磁芯120前面的通路213并且通過(guò)磁芯120后面的通路217連接到上覆在磁芯120上的第二金屬引線130。盡管僅示出了一個(gè)線圈212，但在磁芯120周圍通常形成兩個(gè)或更多個(gè)線圈，以形成磁通門磁力計(jì)111。

圖3a至圖3d為描繪的連續(xù)制造階段中的圖1的集成電路的橫截面。

參考圖3a，下面的電介質(zhì)層110形成在包括集成電路100的基板的較低層上方。下面的電介質(zhì)層110可由不同介電材料層形成。下面的電介質(zhì)層堆疊110中的第一電介質(zhì)層112可為形成在第一ild層102上以及第一金屬引線104上的蝕刻停止層112。第一蝕刻停止層112可為厚度在約35nm與150nm之間的氮化硅并且可使用硅烷、氨氣和氮?dú)馔ㄟ^(guò)pecvd形成，以便為隨后形成的基于二氧化硅的介電材料的上覆層提供期望的蝕刻選擇性。第一電介質(zhì)層112還有利地為下面的第一金屬引線104中的銅106提供擴(kuò)散勢(shì)壘。

下面的電介質(zhì)堆疊110中的第二電介質(zhì)層114可為約500nm至約1000nm厚的基于二氧化硅的介電材料，其使用四乙基原硅酸鹽(又名為四乙氧基硅烷(teos))通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)或其它合適的工藝形成。

下面的電介質(zhì)堆疊110中的第三電介質(zhì)層116可為可選的第二蝕刻停止層116。第二蝕刻停止層116可為使用硅烷、氨氣和氮?dú)馔ㄟ^(guò)pecvd形成的厚度在約35nm和150nm之間的氮化硅，并且可為隨后的蝕刻提供期望的蝕刻選擇性。

參考圖3b，磁芯材料層308形成在下面的電介質(zhì)層110上。磁芯材料層308由nife與aln的交替層構(gòu)成。nife層具有約225nm至425nm的厚度，并且aln層具有約5nm至15nm的厚度。在一個(gè)示例實(shí)施例中，nife層厚度為約325nm，并且aln層厚度為約10nm。在該示例實(shí)施例中，磁芯為約3層至10層aln/nife的堆疊。介入在nife層之間的aln層通過(guò)降低歸因于渦流的損耗，特別是在高頻下的損耗，來(lái)改進(jìn)磁通門磁力計(jì)的性能。磁芯圖案310形成在磁芯材料層308上方，并且使要被蝕刻掉的磁芯材料層308暴露。磁芯圖案310可包括通過(guò)光刻工藝形成的光致抗蝕劑，并且可包括抗反射層和/或硬掩模層。

參考圖3c，從由磁芯圖案310暴露出的區(qū)域蝕刻磁芯材料層308，以形成磁芯120。

蝕刻磁芯材料308的堆疊(產(chǎn)生良好的尺寸控制和良好的輪廓)的濕法蝕刻劑含有磷酸、乙酸、硝酸和去離子(di)水。濕法蝕刻劑由約20重量％至40重量％之間的濃磷酸、約1重量％至10重量％之間的濃乙酸，約0.1％至3％之間的濃硝酸和約20重量％至80重量％之間的di水構(gòu)成。濕法蝕刻劑可在約20℃至35℃的溫度范圍內(nèi)使用。蝕刻時(shí)間取決于溫度。蝕刻速率在較高溫度下較快，因此在較高溫度下蝕刻時(shí)間較短。濕法蝕刻劑的優(yōu)選組成取決于nife層和aln層的相對(duì)厚度。在一個(gè)示例磁通門磁力計(jì)中，濕法蝕刻劑為約30％重量的磷酸、約4％重量的乙酸和約0.45％重量的硝酸。該蝕刻劑以大致相同的速率蝕刻nife和aln，以提供具有良好輪廓的磁芯。不同于其它通常以不同的速率蝕刻nife和aln(產(chǎn)生其中aln層突出超過(guò)nife層的輪廓)的蝕刻劑，該蝕刻劑產(chǎn)生其中aln層和nife層的邊緣為大體上共線的磁芯輪廓。平滑的輪廓提供了上覆在磁芯上的電介質(zhì)之間的改進(jìn)的機(jī)械穩(wěn)定性，因而避免可導(dǎo)致電路故障的分層。平滑的輪廓也降低了噪聲，該噪聲可限制磁芯在弱磁場(chǎng)檢測(cè)中的靈敏度。

參考圖3d，在移除磁芯圖案310之后，繼續(xù)制造集成電路100，以提供圖1的磁通門磁力計(jì)111結(jié)構(gòu)。

當(dāng)磁芯材料堆疊308為厚時(shí)，當(dāng)蝕刻時(shí)間超過(guò)約4分鐘時(shí)，磁芯材料的蝕刻速率可開(kāi)始減慢。蝕刻速率可通過(guò)執(zhí)行di沖洗并且然后將晶片回到濕法蝕刻劑浴槽(bath)來(lái)恢復(fù)，諸如在圖4的工藝流程中所描述的。

參考圖4，將具有圖案化的nife/aln磁芯材料的晶片放入蝕刻劑浴槽中(在上面步驟402中描述)，并且在步驟404中蝕刻少于約6分鐘的時(shí)間。在一個(gè)示例工藝中，晶片被蝕刻約4分鐘。

在步驟406中，用di水沖洗晶片。在步驟408中，檢查晶片以查看nife/aln磁芯材料是否被從由磁芯圖案暴露出的區(qū)域中清除。如果它被清除干凈，則在工藝流程中將晶片移動(dòng)到下一個(gè)工序410。

如果nife/aln磁芯材料沒(méi)有清除干凈，則使晶片回到蝕刻浴槽402，并且重復(fù)步驟402、步驟404和步驟408，直到磁芯材料被蝕刻干凈為止。

參考圖5，用下面的應(yīng)力緩解層118和/或上覆應(yīng)力緩解層122包封磁芯120可通過(guò)消除磁芯120與周圍電介質(zhì)層110和電介質(zhì)層124的歸因于應(yīng)力的分層來(lái)提高產(chǎn)率。

圖6a至6c為描繪的連續(xù)制造階段中的圖5的集成電路的橫截面。

參考圖6a，第一層應(yīng)力緩解材料層606(諸如鈦)設(shè)置在蝕刻停止層116上?？墒褂闷渌鼞?yīng)力緩解材料(諸如ta、tin、tan、ru和pt)。使用鈦用于例示。對(duì)于該實(shí)施例，蝕刻停止層116不是可選的。它為隨后的包含氟的等離子體蝕刻提供蝕刻停止選擇性。可使用諸如濺射的物理氣相沉積(pvd)將鈦層606沉積至約30nm至50nm之間的厚度。

磁芯材料層608如上所述形成在應(yīng)力緩解材料層606上。磁芯圖案610形成在磁芯材料層608上。

參考圖6b，濕法蝕刻劑用于蝕刻掉由磁芯圖案610暴露出的磁芯材料608。在磁芯120的底部處的磁芯圖案610的底切(undercut)605的量可用濕法蝕刻的過(guò)蝕刻時(shí)間來(lái)控制。應(yīng)力緩解層606延伸超過(guò)磁芯120至少約1.5微米是有利的，以提供足夠的機(jī)械穩(wěn)定性來(lái)消除可能導(dǎo)致電路故障的分層。晶片可保留在濕法蝕刻劑浴槽中，使得磁芯圖案延伸超過(guò)磁芯120的底部至少1.5微米的長(zhǎng)度605。這使得形成磁芯圖案610的光掩模可重新用于形成應(yīng)力緩解材料蝕刻圖案614，節(jié)約了可觀的成本。

參考圖6c，移除了磁芯圖案610，并且可在第一應(yīng)力緩解材料層606上方并且在磁芯120的頂部和側(cè)面上方形成第二應(yīng)力緩解材料(諸如鈦)層612。鈦層612可使用諸如濺射的物理氣相沉積(pvd)沉積至約90nm至300nm之間的厚度。

應(yīng)力緩解材料蝕刻圖案614形成在第二應(yīng)力緩解層612上。用于形成磁芯圖案610的相同的光掩模可用于形成應(yīng)力緩解材料蝕刻圖案614。應(yīng)力緩解材料蝕刻圖案614延伸超過(guò)磁芯120的基部至少1.5微米的長(zhǎng)度615。

使用含有氟氣的等離子體蝕刻來(lái)蝕刻由應(yīng)力緩解材料蝕刻圖案614暴露的第二鈦層612和第一鈦層606，以形成圖5中的結(jié)構(gòu)。等離子體蝕刻在蝕刻停止層116上停止。延伸超過(guò)磁芯的邊緣至少1.5微米的第一應(yīng)力緩解層和第二應(yīng)力緩解層提供了足夠的機(jī)械穩(wěn)定性，以防止磁芯120與周圍的電介質(zhì)層116和電介質(zhì)層124分層，這可引入降低磁通磁力計(jì)的靈敏度的噪聲，并且還可導(dǎo)致電路故障。

然后繼續(xù)制造集成電路100，以提供外加應(yīng)力緩解包封的類似于圖1的磁通門磁力計(jì)結(jié)構(gòu)111。

在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在所述實(shí)施例中修改是可能的，并且其它實(shí)施例是可能的。