具体实施方式

以下公开内容提供用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件和布置的特定实例以简化本公开。当然，这些组件和布置只是实例且并不意图为限制性的。举例来说，在以下描述中，第一特征在第二特征上方或第二特征上的形成可包含第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例，且还可包含可在第一特征与第二特征之间形成额外特征从而使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。此外，本公开可在各种实例中重复附图标号和/或字母。此重复是出于简单和清晰的目的，且本身并不规定所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了易于描述，在本文中可使用例如“在…下方(beneath)”、“下方(below)”、“下部(lower)”、“在…上方(above)”、“上部(upper)”等空间相对术语来描述如图式中所示出的一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系。除图式中所描绘的定向外，空间相关术语意图涵盖器件在使用或操作中的不同定向。装置可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述词也可相应地解释。

根据本公开的一方面，通过将可用于形成微结构的氮化铝层的表面部分转化成含氧化铝层而保护所述氮化铝层在与介电材料层的界面处经受底切，所述介电材料层包含半导体材料的氧化物、氮氧化物或氮化物。含氧化铝层可包含化学计量的氧化铝(Al₂O₃)或可包含铝、氧以及氮的化合物。含氧化铝层位于与氮化铝层的其余部分的界面的相对侧处的远侧部分中的氧含量可足够高，使得含氧化铝层的远侧表面处(即，界面的相对侧处)不存在氮化铝结晶结构。包含介电材料(例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)的介电间隔物层可形成于含氧化铝层的远侧表面上。含氧化铝层的远侧表面处不存在氮化铝结晶结构使得含氧化铝层与介电间隔物层之间形成无间隙的界面，其致使氮化铝层、含氧化铝层以及介电间隔物层的层堆叠在后续使用各向同性刻蚀剂的各向同性刻蚀(isotropic etch)工艺期间抵抗任何底切的形成。具体来说，在后续各向同性刻蚀工艺期间可抑制底切在介电间隔物层与含氧化铝层之间的界面处的形成。

氮化铝为压电材料且用于许多MEMS器件中。由于尚未完全理解的原因，在湿式刻蚀工艺，例如使用磷酸(其为典型的氮化铝刻蚀剂)的湿式刻蚀工艺期间，氮化铝层与氧化硅层之间的界面容易发生底切。这可能是由于氮化铝层的粗糙度和/或氧化硅层与氮化铝的弱润湿能力或两者的组合。毛细作用可允许湿式刻蚀剂(例如，磷酸)穿透氧化硅与氮化铝的界面。氮化铝层的上部部分和上覆氧化硅层中的底切的横向延伸长度通常可为经刻蚀氮化铝层的厚度的3到8倍。显然，使氮化铝材料加速的界面刻蚀机制在界面处起作用。氮化铝层和氧化硅层的经图案化堆叠中的这种底切不利于氮化铝层的适当功能性，例如作为MEMS器件的压电组件。

参考图1，示出根据本公开的一实施例的示范性结构。示范性结构可包含衬底10，其可为半导体衬底，例如可商购的硅衬底。半导体器件12可任选地在衬底10的顶部表面上形成。举例来说，半导体器件12可包含晶体管，例如互补型金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS)场效应晶体管和/或双极晶体管。半导体器件12可包含无源器件，例如电容器、电阻器和/或电感器(varactors)，且可包含射频(radio frequency；RF)器件、二极管、可变电抗器和/或本领域中已知的其它半导体器件。

至少一个介电缓冲层20可在衬底10的顶部表面上方形成。至少一个介电缓冲层20包含至少一种介电材料，所述至少一种介电材料可提供随后将自衬底10形成的上覆结构的电隔离。在一个实施例中，至少一个介电缓冲层20可包含可已形成于金属互连结构14内的互连级介电材料层。金属互连结构14可提供到达和来自半导体器件12的电连接，且可在半导体器件12与随后将形成于至少一个介电缓冲层20上方的微机电系统(MEMS)器件的相应部分的相应对之间和/或在半导体器件12与随后将形成于至少一个介电缓冲层20上方的接触通孔结构的相应对之间提供电连接。

在一个实施例中，至少一个介电缓冲层20中的每一个可包含介电材料，例如未掺杂的硅酸盐玻璃、掺杂的硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃、非晶形氟化碳、其多孔变体或其组合。金属互连结构14中的每一个可包含至少一种导电材料，所述导电材料可以是金属衬里层(例如金属氮化物或金属碳化物)与金属填充材料的组合。每一金属衬里层可包含TiN、TaN、WN、TiC、TaC以及WC，且每一金属填充材料部分可包含W、Cu、Al、Co、Ru、Mo、Ta、Ti、其合金和/或其组合。可使用本公开所涵盖范围内的其它合适材料。

氮化铝层30可在至少一个介电缓冲层20的最顶部表面上形成。一般来说，至少一个氮化铝层30(其可以是单个氮化铝层或位于不同层处的多个氮化铝层)可在至少一个介电缓冲层20上方形成。在多于一个氮化铝层30在至少一个介电缓冲层20上方形成的实施例中，在此处理步骤中形成的氮化铝层30在本文中被称作近侧氮化铝层32或被称作最底部氮化铝层32。近侧氮化铝层32是可在至少一个介电缓冲层20上方形成的所有氮化铝层30中最接近衬底10的一个氮化铝层。

可使用含铝前驱气体和含氮前驱气体通过原子层沉积(atomic layerdeposition；ALD)来沉积近侧氮化铝层32。举例来说，可使用三(二乙酰胺基)铝(III)(TDEAA)与肼(N₂H₄)或氨(NH₃)的组合在150摄氏度(℃)到300摄氏度范围内的沉积温度下沉积近侧氮化铝层32。替代地，在例如可介于0摄氏度到150摄氏度范围内的较低温度下，可使用等离子增强型原子层沉积(plasma-enhanced atomic layer deposition)来沉积氮化铝。再者，可通过物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)(即溅镀)来沉积氮化铝。近侧氮化铝层32的厚度可介于3纳米到100纳米范围内，例如6纳米到50纳米，但也可使用更小和更大的厚度。

参考图2A，金属层40和其它的氮化铝层30可在近侧氮化铝层32上方交替地形成。每一金属层40可一经沉积即进行图案化，之后沉积下一氮化铝层30。举例来说，可将光刻胶层(未绘示)应用在金属层40上方，且可以光刻方式对所述光刻胶层进行图案化以覆盖金属层40的一区域而不覆盖金属层40的另一区域。可执行各向异性刻蚀(anisotropic etch)工艺以穿过金属层40转印光刻胶层中的图案，从而图案化金属层40。

每一金属层40的图案可经选择以提供合适的微结构(具有至少一个小于10微米的尺寸的结构)，所述微结构可为微机电系统(MEMS)器件。图2B和2C以水平视图示出可用于示范性结构的金属层40的非限制性示范性形状。一般来说，可将每一金属层40图案化成有益于将在示范性结构内形成的MEMS器件的最佳性能的任何合适形状。在一个实施例中，微结构包括含有压电换能器(piezoelectric transducer)的微机电系统(MEMS)器件，所述压电换能器使用至少一个和/或所有氮化铝层30作为压电转换元件，且使用随后将形成的接触通孔结构的子集作为用于压电换能器的电节点。

返回参考图2A，多个其它氮化铝层30和多个金属层40可在近侧氮化铝层32上方形成。在一个实施例中，多个其它氮化铝层30可包含第一中间氮化铝层34、第二中间氮化铝层36以及远侧氮化铝层38。在一个实施例中，多个金属层40可包含近侧金属层42(其还被称作底部金属层)、中间金属层44以及远侧金属层46(其还被称作顶部金属层)。可形成交替顺序的金属层40和氮化铝层30。

虽然用使用三个金属层40的实施例来描述本公开，但本文明确地涵盖使用一个金属层40、两个金属层40、四个金属层40或者五个或多于五个金属层40的实施例。此外，虽然用使用四个氮化铝层30的实施例来描述本公开，但本文明确地涵盖使用两个氮化铝层30、三个氮化铝层30、五个氮化铝层30或者六个或多于六个氮化铝层的实施例。虽然使用在沉积下一氮化铝层30之前对每一金属层40进行图案化的实施例来描述本公开，但本文明确地涵盖同时对金属层40与氮化铝层30的组合进行图案化的实施例。

金属层40可在氮化铝层30中形成，其可共同充当内部形成有金属层40的介电基质。在这类实施例中，氮化铝层30可充当层间介电材料层，其在竖直方向上相邻对的金属层40之间提供竖直隔离。层间介电材料层上覆于衬底10且其中形成有氮化铝层30(即氮化铝层32、氮化铝层34、氮化铝层36、氮化铝层38)。层间介电材料层(包括氮化铝层30的集合)包含上覆于远侧金属层46(其为金属层40中的最顶部金属层)的远侧氮化铝层38(即，最顶部氮化铝层)。

金属层40中的每一个可通过相应的沉积方法沉积，所述沉积方法可选自化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、真空蒸镀或其它薄膜沉积方法。金属层40中的每一个可包含具有与氮化铝的晶格常数相匹配的晶格常数的合适金属材料和/或可基本上由所述金属材料组成。在一个实施例中，金属层40中的至少一个或每一个可包含钼和/或可基本上由钼组成。在一个实施例中，金属层40中的每一个可具有介于5纳米到100纳米范围内的厚度，例如10纳米到50纳米，但也可使用更小和更大的厚度。在一个实施例中，多个金属层40可包含多个相应厚度介于5纳米到100纳米范围内的钼层和/或可基本上由所述多个钼层组成。

其它氮化铝层(氮化铝层34、氮化铝层36、氮化铝层38)中的每一个可使用可用于沉积近侧氮化铝层32的沉积方法中的任一种来沉积。每一氮化铝层30中的铝原子的原子百分比可为50％，或在相应氮化铝层30富含铝(即缺氮)的情况下可大于50％且小于52％。其它氮化铝层30中除远侧氮化铝层38外的每一个可具有介于3纳米到100纳米范围内的厚度，例如6纳米到50纳米，但也可使用更小和更大的厚度。远侧氮化铝层38可具有介于4纳米到120纳米范围内的厚度，例如8纳米到70纳米，但也可使用更小和更大的厚度。

参考图3A和3B，可通过执行氧化工艺将远侧氮化铝层38(即最顶部氮化铝层)的表面部分转化成连续含氧化铝层39L。远侧氮化铝层38的未经转化部分继续作为远侧氮化铝层38，且可包含化学计量或非化学计量的基本上由铝原子和氮原子组成的氮化铝。在氧化工艺之后(即，在将表面部分转化成连续含氧化铝层39L之后)远侧氮化铝层38可具有介于3纳米到100纳米范围内的厚度，例如6纳米到50纳米，但也可使用更小和更大的厚度。

将如在图2A的处理步骤处提供的远侧氮化铝层38的表面部分转化成连续含氧化铝层39L的氧化工艺可包含等离子氧化工艺和/或可包含热氧化工艺。举例来说，在400摄氏度的温度下使用O₂的射频等离子的等离子氧化工艺可用于将如在图2A的处理步骤处提供的远侧氮化铝层38的表面部分转化成连续含氧化铝层39L。连续含氧化铝层39L的厚度可介于1纳米到20纳米范围内，例如2纳米到15纳米，但也可使用更小和更大的厚度。

一般来说，连续含氧化铝层39L中的氧原子浓度往往随着同与远侧氮化铝层38的界面相距的竖直距离而增加。远侧氮化铝层38可基本上由铝原子和氮原子组成，且连续含氧化铝层39L包含含有铝原子、氮原子以及高于痕量水平(即，高于万分之一)的区域。一般来说，连续含氧化铝层39L包括具有成分梯度(compositional gradient)的渐变氮氧化铝层39A，其中氧原子浓度从与远侧氮化铝层38的界面处的0增加到远侧表面处的50％到60％范围内的百分比，所述远侧表面同与远侧氮化铝层38的界面间隔开。取决于连续含氧化铝层39L的厚度且取决于用于形成连续含氧化铝层39L的工艺参数，连续含氧化铝层39L的最顶部部分可或可不包含氮原子。

图3A示出示范性结构的第一示范性配置，其中连续含氧化铝层39L的最顶部部分包含不含氮原子的氧化铝材料，其可为具有Al₂O₃材料成分的化学计量氧化铝材料。在此情况下，连续含氧化铝层39L包括氧化铝层39B，其在远侧表面处与渐变氮氧化铝层39A接触。远侧表面处的氧原子浓度可为60％。因此，连续含氧化铝层39L中的氧原子的原子浓度可从渐变氮氧化铝层39A与远侧氮化铝层38的界面处的0％逐渐增加到与氧化铝层39B的界面处的60％，且所述氧原子的原子浓度在氧化铝层39B内可处于60％。氧化铝层39B可由氧化铝组成。在一个实施例中，渐变氮氧化铝层39A的厚度可介于1纳米到15纳米范围内，例如3纳米到6纳米，且氧化铝层39B的厚度可介于0.3纳米到14纳米范围内，但针对每一者可使用更小和更大的厚度。

图3B示出示范性结构的第二示范性配置，其中连续含氧化铝层39L的最顶部部分包含包括氮原子的氧氮化铝材料。在此情况下，连续含氧化铝层39L可由具有成分梯度的渐变氮氧化铝层39A组成，其中氧原子浓度从与远侧氮化铝层38(即最顶部氮化铝层)的界面处的0增加到实际暴露的远侧表面处等于或大于50％且小于60％的百分比，所述实际暴露的远侧表面同与远侧氮化铝层38的界面间隔开。在此情况下，随后可在渐变氮氧化铝层39A的所述远侧表面上直接沉积介电间隔物层。在一个实施例中，渐变氮氧化铝层39A的厚度(在此情况下与连续含氧化铝层39L的厚度相同)可介于1纳米到15纳米范围内，例如3纳米到6纳米，但也可使用更小和更大的厚度。

参考图4，介电间隔物层50L可在连续含氧化铝层39L的实际暴露的远侧表面(即顶部表面)上方且直接在其上形成。在一个实施例中，介电间隔物层50L可不含金属元素。在一个实施例中，介电间隔物层50L可不含介电金属氧化物、介电金属氮化物或介电金属氮氧化物。在一个实施例中，介电间隔物层50L可包含不含金属元素的介电材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、有机硅酸盐玻璃、聚酰亚胺或硅类无机聚合物。在一个实施例中，介电间隔物层50L可包含氧化硅材料和/或可基本上由氧化硅材料组成，所述氧化硅材料例如未掺杂的硅酸盐玻璃或掺杂的硅酸盐玻璃。介电间隔物层50L可通过等离子增强型化学气相沉积或高密度等离子化学气相沉积来沉积，且可具有介于100纳米到2,000纳米范围内的厚度，例如200纳米到1,000纳米，但也可使用更小和更大的厚度。

一般来说，远侧氮化铝层38、连续含氧化铝层39L以及介电间隔物层50L可在至少一个金属层40上方形成。接触至少一个金属层40的相应部分的至少两个接触通孔结构可在后续处理步骤中形成。在形成至少一个接触通孔结构期间，可对介电间隔物层50L进行图案化以形成至少两个介电间隔物结构。图5到11示出可用于形成至少两个接触通孔结构的示范性处理步骤顺序。然而，应理解，图5到11中所示出的处理步骤仅为示范性的，且其它处理步骤可用于在至少一个金属层40上和/或在形成于至少一个介电缓冲层20内的金属互连结构14上形成至少两个接触通孔结构。

参考图5，可将第一光刻胶层51应用在介电间隔物层50L上方，且可以光刻方式对所述第一光刻胶层51进行图案化以形成穿过其的开口。第一光刻胶层51中的开口中的每一个可在相应区域内形成，其中接触通孔结构延伸到至少一个金属层40(包含远侧金属层46)中的一个和/或延伸到形成于至少一个介电缓冲层20内的金属互连结构14(例如金属线)中的一个。

可执行刻蚀工艺，以穿过介电间隔物层50L和连续含氧化铝层39L转印第一光刻胶层51中的图案，且任选地转印到远侧氮化铝层38的上部部分中。刻蚀工艺可包含各向异性刻蚀工艺和/或各向同性刻蚀工艺。刻蚀工艺可包含多个刻蚀步骤，所述刻蚀步骤可依序刻蚀穿过介电间隔物层50L的未遮蔽部分和连续含氧化铝层39L。在一个实施例中，刻蚀工艺可包含例如反应性离子刻蚀工艺的各向异性刻蚀工艺，其刻蚀穿过介电间隔物层50L的实际暴露部分。举例来说，如果介电间隔物层50L包含氧化硅材料，那么可执行反应性离子刻蚀工艺，其可使用例如CF₄/O₂、CF₄/CHF₃/Ar、C₂F₆、C₃F₈、C₄F₈/CO、C₅F₈和/或CH₂F₂的一系列刻蚀气体。

可形成穿过介电间隔物层50L和连续含氧化铝层39L且穿过远侧氮化铝层38或部分地进入远侧氮化铝层38的各接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)。各接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)可包含至少一个第一接触通孔腔59A、至少一个第二接触通孔腔59B以及任选的至少一个第三接触通孔腔59C，以及任选的上覆于金属互连结构14中的相应一个的任何其它接触通孔腔(未绘示)。随后可例如通过灰化去除第一光刻胶层51。

参考图6，可将第二光刻胶层53应用在介电间隔物层50L上方，且可以光刻方式对所述第二光刻胶层53进行图案化以形成穿过其的开口。第二光刻胶层53中的开口中的每一个可在第二接触通孔腔59B、第三接触通孔腔59C以及任何其它接触通孔腔的区域内形成。可执行刻蚀工艺，以穿过远侧氮化铝层38的任何下伏部分、穿过远侧金属层46且完全或部分地穿过第二中间氮化铝层36转印第二光刻胶层53中的图案。刻蚀工艺可包含各向异性刻蚀工艺，例如反应性离子刻蚀工艺。刻蚀工艺可包含多个刻蚀步骤，其可依序刻蚀穿过远侧氮化铝层38的未遮蔽部分和远侧金属层46，且完全或部分地穿过第二中间氮化铝层36。

第二接触通孔腔59B、第三接触通孔腔59C以及任何其它接触通孔腔可在竖直方向上延伸穿过远侧氮化铝层38，穿过远侧金属层46，且完全或部分地穿过第二中间氮化铝层36，而至少一个第一接触通孔腔59A由第二光刻胶层53覆盖。随后可例如通过灰化去除第二光刻胶层53。

参考图7，可将第三光刻胶层55应用在介电间隔物层50L上方，且可以光刻方式对所述第三光刻胶层55进行图案化以形成穿过其的开口。第三光刻胶层53中的开口中的每一个可在至少一个第三接触通孔腔59C和任何其它接触通孔腔(若存在)的区域内形成。可执行刻蚀工艺，以穿过第二中间氮化铝层36的任何下伏部分、穿过中间金属层44且完全或部分地穿过第一中间氮化铝层34转印第三光刻胶层55中的图案。刻蚀工艺可包含各向异性刻蚀工艺，例如反应性离子刻蚀工艺。刻蚀工艺可包含多个刻蚀步骤，其可依序刻蚀穿过第二中间氮化铝层36的未遮蔽部分，穿过中间金属层44，且完全或部分地穿过第一中间氮化铝层34。

至少一个第三接触通孔腔59C和任何其它接触通孔腔(若存在)可在竖直方向上延伸穿过第二中间氮化铝层36，穿过中间金属层44，且完全或部分地穿过第一中间氮化铝层34，而第一接触通孔腔59A和第二接触通孔腔59B由第三光刻胶层55覆盖。随后可例如通过灰化去除第三光刻胶层55。

参考图8，可执行各向同性刻蚀工艺以去除氮化铝层30下伏于接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)中的每一个的实际暴露部分。各向同性刻蚀工艺实际上暴露金属层40的顶部表面的部分，且从金属层40下伏于接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)的实际暴露的顶部表面去除任何界面化合物或杂质。举例来说，可执行使用磷酸的湿式刻蚀以使氮化铝层30的实际暴露表面凹陷，且随后清洁金属层40的实际暴露表面。

在一些工艺中，可将氧化硅材料(例如，介电间隔物层50L)直接沉积在最顶部氮化铝层(例如，氮化铝层38)的顶部表面上。当形成穿过此类层堆叠的接触通孔腔且执行各向同性湿式刻蚀工艺(例如磷酸湿式刻蚀工艺)时，在氧化硅材料与最顶部氮化铝层之间的界面处在每一接触通孔腔周围形成底切(undercut)。取决于磷酸湿式刻蚀工艺的工艺参数，底切在一个方向上的横向延伸长度可介于最顶部氮化铝层的厚度的3到8倍范围内。附着力测试展示，最顶部氮化铝层(例如，氮化铝层38)与氧化硅材料(例如，介电间隔物层50L)之间的界面展示5B级的附着强度。因此，最顶部氮化物层(例如，氮化物层38)与氧化硅材料(例如，介电间隔物层50L)之间的弱附着力并不是形成底切的原因。

不希望受任何特定理论束缚，认为氧化硅材料(例如，介电间隔物层50L)或其它沉积的介电材料层不能润湿最顶部氮化铝层(例如，氮化铝层38)的顶部表面。有可能氮化铝层(例如，氮化铝层38)的多晶结构提供不利于被随后沉积的介电材料(例如，介电间隔物层50L)润湿的表面构形。因此，在最顶部氮化铝层(例如，氮化铝层38)与沉积的氧化硅材料(例如，介电间隔物层50L)之间的界面处可存在纳米或亚纳米等级的空腔。也有可能在各向同性湿式刻蚀工艺期间，毛细管力起着引起各向同性刻蚀剂的分子横向渗透的作用。不考虑上文所提出的假设的有效性且不考虑形成底切的真正机制，在例如磷酸湿式刻蚀工艺的湿式刻蚀工艺期间氮化铝层(例如，氮化铝层38)与氧化硅材料(例如，介电间隔物层50L)和其它类似材料之间的界面处形成底切是公认的事实。

在介电间隔物层50L包含氧化硅材料的实施例中，最顶部氮化铝层38与介电间隔物层50L之间的界面处的底切的显著减少或消除。在理论上，将氮化铝层的表面部分转化成含氧化铝层在氮化铝层的其余部分与含氧化铝层之间提供不可渗透的界面。此外，在理论上，当随后沉积介电材料时，含氧化铝层的实际暴露表面有益于形成另一不可渗透的界面。不希望受特定理论束缚，含氧化铝层的实际暴露表面的非晶形性质可能是在沉积介电间隔物层时形成不可渗透的界面的原因。认为大部分介电材料，且尤其不包含金属(例如，介电金属氧化物或介电金属氮化物)的介电材料有可能形成这种不可渗透的界面。

一般来说，接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)可在竖直方向上延伸穿过介电间隔物层50L、连续含氧化铝层39L以及远侧氮化铝层38，且任选地穿过一或多个金属层40并且任选地穿过一或多个其它氮化铝层30。接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)可在竖直方向上向下延伸到至少一个金属层40的相应部分。接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)的形成可通过组合至少一种各向异性刻蚀工艺与末端刻蚀(terminal etch)工艺而实现，所述末端刻蚀工艺可为刻蚀氮化铝层30(包含远侧氮化铝层38)的实际暴露部分同时抑制在氮化铝层30中形成底切的湿式刻蚀工艺。

参考图9，可沉积至少一种导电材料以形成呈连续延伸薄膜形式的导电材料层60L，所述导电材料层60L延伸至接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)中的每一个中且在介电间隔物层50L上方延伸。所述至少一种导电材料可包含金属衬里和金属填充材料。举例来说，金属衬里可包含例如TiN、TaN和/或WN的导电金属氮化物材料，且可具有介于3纳米到100纳米范围内的厚度，但也可使用更小和更大的厚度。用于金属衬里的其它合适材料在本公开所涵盖的范围内。金属衬里可通过物理气相沉积或化学气相沉积来沉积。金属填充材料可包含金属、金属合金或重掺杂的半导体材料。举例来说，金属填充材料可包含Cu、Al、Ag、Au、W、Mo、Ru、Co、另一元素金属、其合金(例如Al-Cu合金)和/或其层堆叠。用于金属填充材料的其它合适材料在本公开所涵盖的范围内。如在介电间隔物层50L上方所测量，金属填充材料的厚度可介于100纳米到5,000纳米范围内，但也可使用更小和更大的厚度。金属填充材料可通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、真空蒸镀或其它沉积方法来沉积。

参考图10，可将光刻胶层应用在导电材料层上方，且可以光刻方式对所述光刻胶层进行图案化以形成离散光刻胶材料部分67。可执行各向异性刻蚀工艺，以穿过导电材料层60L和介电间隔物层50L且任选地穿过连续含氧化铝层39L转印离散光刻胶材料部分67的图案。导电材料层60L的每一经图案化部分包括接触通孔结构60，所述接触通孔结构60可包含：形成于相应第一接触通孔腔59A中的至少一个第一接触通孔结构60A；形成于相应第二接触通孔腔59B中的至少一个第二接触通孔结构60B；形成于相应第三接触通孔腔59C中的至少一个第三接触通孔结构60C；以及任选的形成于延伸到相应金属互连结构14的相应其它接触通孔腔中的至少一个其它接触通孔结构(若存在)。

可将介电间隔物层50L图案化成，横向包围相应接触通孔结构60的竖直延伸部分的介电间隔物结构50。每一介电间隔物结构50可具有竖直或锥形的内侧壁以及竖直或锥形的外侧壁。在一个实施例中，每一介电间隔物结构50可包含穿过其的圆柱形开口，且因此可在拓扑上与环面同胚，即可连续变形为环面的形状而不形成新的孔或去除现有孔。每一介电间隔物结构50的外侧壁可在竖直方向上与接触通孔结构60的上覆部分的侧壁重合，即与其位于同一竖直平面内。

连续含氧化铝层39L可被图案化成多个含氧化铝层39。每一含氧化铝层39可包含渐变氮氧化铝层39A。每一含氧化铝层39可包含如图3A中所示的氧化铝层39B，或可由如图3B中所示的渐变氮氧化铝层39A组成。每一介电间隔物结构50可与相应含氧化铝层39的顶部表面接触。在一个实施例中，每一介电间隔物结构50可包括基本上不含金属元素的介电材料(例如氧化硅材料)，和/或可基本上由所述介电材料组成。

参考图11，可例如通过灰化去除离散光刻胶材料部分67。

一般来说，至少两个接触通孔结构60可与至少一个金属层40的相应部分接触。至少两个接触通孔结构60中的每一个可包含相应的顶部部分，所述顶部部分通过含氧化铝层39和相应的介电间隔物结构50而在竖直方向上与层间介电材料层(例如氮化铝层30)间隔开。

在一个实施例中，至少一个金属层40可在上覆于衬底10的层间介电材料层(可包括氮化铝层30)中形成。层间介电材料层可包括远侧氮化铝层38，其上覆于至少一个金属层40中的远侧金属层46(即最顶部金属层)。在一个实施例中，层间介电材料层可包括位于远侧金属层46与衬底10之间的至少一个其它氮化铝层(例如，近侧氮化铝层32、第一中间氮化铝层34以及第二氮化铝层36)。

在一个实施例中，至少一个金属层40可包括多个金属层40，且至少两个接触通孔结构中的一个(例如，第一接触通孔结构60A)可与远侧金属层46(即，最顶部金属层)接触，且至少两个接触通孔结构中的另一个(例如，第二接触通孔结构60B或第三接触通孔结构60C)可与多个金属层40中除远侧金属层46以外的金属层(例如，近侧金属层42或中间金属层44)接触。在一个实施例中，多个金属层40包括多个相应厚度介于5纳米到100纳米范围内的钼层。

在一个实施例中，示范性结构可包含含有压电换能器的MEMS器件，所述压电换能器使用至少两个接触通孔结构60作为电节点，且使用氮化铝层30中的至少一个和/或每一个作为压电转换元件。在一个实施例中，压电换能器可包含麦克风或扬声器。

参考图12，至少一个前侧钝化层(前侧钝化层70、前侧钝化层72)可通过共形(conformal)或非共形沉积工艺沉积在示范性结构上方。举例来说，第一前侧钝化层70可沉积第一介电材料，例如未掺杂的硅酸盐玻璃、掺杂的硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃或介电聚合物材料。任选地，可通过在第一前侧钝化层70上方形成经图案化的光刻胶层(未绘示)且通过各向异性地刻蚀氮化铝层30的未遮蔽部分和金属层40而形成穿过氮化铝层30和金属层40的至少一个开口。可将第二前侧钝化层72沉积在至少一个开口中以及第一前侧钝化层70上方。至少一个前侧钝化层(前侧钝化层70、前侧钝化层72)的平面区的总厚度可介于1微米到30微米范围内，但也可采用更小和更大的厚度。

参考图13，可例如通过研磨、抛光、各向异性刻蚀工艺或各向同性刻蚀工艺而使衬底10薄化。薄化后衬底10的厚度可介于1微米到60微米范围内，但也可采用更小和更大的厚度。可在衬底10的经抛光背侧表面上方形成经图案化的刻蚀掩模层(未绘示)，且可执行刻蚀工艺以刻蚀穿过至少一个介电缓冲层20。可采用氮化铝层30和金属层40作为刻蚀工艺的刻蚀终止结构。刻蚀工艺可为各向同性刻蚀工艺或各向异性刻蚀工艺。随后可例如通过灰化去除经图案化的刻蚀掩模层。

参考图14，可针对氮化铝层30、金属层40以及接触通孔结构60选择性地去除至少一个前侧钝化层(前侧钝化层70、前侧钝化层72)。举例来说，采用稀释氢氟酸的湿式刻蚀工艺可用于刻蚀至少一个前侧钝化层(前侧钝化层70、前侧钝化层72)。可将焊料球(未绘示)附接至接触通孔结构60，且可采用C4接合或打线接合将实例结构附接至半导体管芯或封装衬底。

参考图15，流程图示出可用于形成本公开的各种实施例的通常处理顺序。参考步骤1510，可在衬底10上方形成金属层40(例如，远侧金属层46)。参考步骤1520，可在金属层40的顶部表面上形成氮化铝层30(例如，远侧氮化铝层38)。参考步骤1530，可通过使氮化铝层30的表面部分氧化而将所述表面部分转化成连续含氧化铝层39L。参考步骤1540，可在连续含氧化铝层39L上方形成介电间隔物层50L。参考步骤1550，可使用刻蚀工艺来形成延伸穿过介电间隔物层50L、连续含氧化铝层39L以及氮化铝层30且向下延伸到至少一个金属层40的相应部分的接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)，所述刻蚀工艺含有刻蚀氮化铝层30的实际暴露部分的湿式刻蚀步骤同时抑制在氮化铝层30中形成底切。参考步骤1560，在接触通孔腔(接触通孔腔59A、接触通孔腔59B、接触通孔腔59C)中形成接触通孔结构60。

通过使最顶部氮化铝层38氧化以形成氮氧化铝层39，可保护氮化铝层38出现在湿式刻蚀工艺中引入磷酸时可能出现的底切。氮氧化铝层39L的存在消除了对于在常规工艺中可使用的牺牲钼层的需要。通过消除对于牺牲钼层的需要，可避免沉积其它牺牲层和移除牺牲层的残余部分的操作。这种避免简化了微结构的整体制造，且缩短了制造微结构的周期时间。

参考所有图式且根据本公开的各种实施例，提供一种微结构(其可包含微机电系统(MEMS)器件)。所述微结构包含至少一个金属层40，所述至少一个金属层40形成于上覆于衬底10的层间介电材料层(包括氮化铝层30)内。所述层间介电材料层包括上覆于所述至少一个金属层40中的最顶部金属层(例如，远侧金属层46)的氮化铝层(例如，远侧氮化铝层38)。所述微结构包含至少一个接触通孔结构60，所述至少一个接触通孔结构60与至少一个金属层40中的相应一个接触且包含相应的顶部部分，所述顶部部分通过含氧化铝层39和相应的介电间隔物结构50而在竖直方向上与所述层间介电材料层(例如，氮化铝层30)间隔开，所述介电间隔物结构50包括基本上不含金属元素的介电材料。所述含氧化铝层39与所述氮化铝层(例如，远侧氮化铝层38)的顶部表面的相应部分接触。

根据本公开的另一方面，提供一种微机电系统(MEMS)器件，其包括：至少一个金属层40，所述至少一个金属层40形成于上覆于衬底10的层间介电材料层(包括氮化铝层30)内。所述层间介电材料层包括上覆于所述至少一个金属层40中的最顶部金属层(例如，远侧金属层46)的氮化铝层(例如，远侧氮化铝层38)。所述MEMS器件包括：至少两个接触通孔结构60，所述至少两个接触通孔结构60与所述至少一个金属层40的相应部分接触且包含相应的顶部部分，所述顶部部分通过含氧化铝层39和相应的介电间隔物结构50而在竖直方向上与所述层间介电材料层间隔开。所述MEMS器件包括压电换能器，所述压电换能器使用所述至少两个接触通孔结构60作为电节点且使用所述氮化铝层(例如，远侧氮化铝层38)作为压电转换元件。

根据本公开的另一方面，提供一种图案化微结构的方法。所述方法包含以下操作：在衬底10上方形成金属层40，以及在所述金属层40的顶部表面上形成氮化铝层38。所述方法更包含以下操作：通过使所述氮化铝层38的表面部分氧化而将所述表面部分转化成连续含氧化铝层39。所述方法还包含以下操作：在所述连续含氧化铝层39上方形成介电间隔物层50。所述方法还包含以下操作：使用刻蚀工艺形成延伸穿过所述介电间隔物层30、所述连续含氧化铝层39以及所述氮化铝层38且向下延伸到所述至少一个金属层40的相应部分的接触通孔腔59，所述刻蚀工艺含有刻蚀所述氮化铝层38的实际暴露部分的湿式刻蚀步骤同时抑制在所述氮化铝层38中形成底切。所述方法还包含以下操作：在所述接触通孔腔59中形成接触通孔结构60。

在一些实施例中，所述含氧化铝层包括具有成分梯度的渐变氮氧化铝层，其中氧原子浓度从与最顶部氮化铝层的界面处的0增加到远侧表面处介于50％到60％范围内的百分比，所述远侧表面同与所述最顶部氮化铝层的所述界面间隔开。

在一些实施例中，所述含氧化铝层包括在所述远侧表面处与所述渐变氮氧化铝层接触的氧化铝层以及所述远侧表面处的氧原子浓度为60％。

在一些实施例中，所述远侧表面与所述介电间隔物结构的底部表面接触。

在一些实施例中，所述介电间隔物结构包括氧化硅材料。

在一些实施例中，所述含氧化铝层具有介于3奈米到60奈米范围内的厚度。

在一些实施例中，所述至少一个金属层包括多个金属层，所述至少两个接触通孔结构中的一个与所述最顶部金属层接触以及所述至少两个接触通孔结构中的另一个与所述多个金属层中除所述最顶部金属层以外的金属层接触。

在一些实施例中，所述层间介电材料层包括位于所述最顶部金属层与所述基底之间的至少一个其它氮化铝层。

在一些实施例中，所述多个金属层包括多个具有介于5奈米到100奈米范围内的相应厚度的钼层。

在一些实施例中，所述介电间隔物结构与所述含氧化铝层的顶部表面接触，以及包括不含金属元素的介电材料。

在一些实施例中，所述含氧化铝层包括具有成分梯度的渐变氮氧化铝层，其中氧原子浓度从与最顶部氮化铝层的界面处的0增加到远侧表面处介于50％到60％范围内的百分比，所述远侧表面同与所述最顶部氮化铝层的所述界面间隔开。

在一些实施例中，所述含氧化铝层包括在所述远侧表面处与所述渐变氮氧化铝层接触的氧化铝层以及所述远侧表面处的氧原子浓度为60％。

在一些实施例中，所述远侧表面与所述介电间隔物结构的底部表面接触。

在一些实施例中，所述介电间隔物结构包括氧化硅材料以及所述含氧化铝层具有介于3奈米到60奈米范围内的厚度。

在一些实施例中，上述方法更包括在所述多个接触通孔腔中以及所述介电间隔物层上方沉积导电材料层以及图案化所述导电材料层以及所述介电间隔物层，其中所述导电材料层的经图案化部分包括所述多个接触通孔结构以及所述介电间隔物层的经图案化部分包括横向包围所述多个接触通孔结构中的相应一个的垂直延伸部分的介电间隔物结构。

在一些实施例中，上述方法更包括执行将所述氮化铝层的所述表面部分转化成所述连续含氧化铝层的等离子氧化工艺，其中所述连续含氧化铝层包括具有成分梯度的渐变氮氧化铝层，其中氧原子浓度从与所述氮化铝层的界面处的0增加到远侧表面处介于50％到60％范围内的百分比，所述远侧表面同与所述氮化铝层的所述界面间隔开。

在一些实施例中，所述至少一个金属层包括具有介于5奈米到100奈米范围内的相应厚度的钼层以及所述氮化铝层在所述表面部分转化成所述含氧化铝层之后具有介于3奈米到60奈米范围内的厚度。

在一些实施例中，所述微结构包括含有压电换能器的微机电系统(MEMS)元件，所述压电换能器使用所述接触通孔结构的子集作为电节点以及使用所述氮化铝层作为压电转换元件。

本公开的各种实施例可用于提供一种微结构，所述微结构包含氮化铝层、含氧化铝层以及介电间隔物结构50，所述含氧化铝层与所述介电间隔物结构50之间的界面处的任何底切内。可在下伏金属层40上形成结构稳固的接触通孔结构60。所述微结构可包含含有压电元件的MEMS器件。所述接触通孔结构60和所述介电间隔物结构50的增强的结构完整性可增加所述MEMS器件的机械强度和可靠性。

前文概述若干实施例的特征，使得本领域的技术人员可更好地理解本公开的各方面。本领域的技术人员应了解，其可容易地将本公开用作设计或修改用于实现本文中所引入的实施例的相同目的和/或达成相同优势的其它工艺和结构的基础。本领域的技术人员还应认识到，这些等效构造并不脱离本公开的精神和范围，且其可在不脱离本公开的精神和范围的情况下在本文中进行各种改变、替代和更改。