專(zhuān)利名稱(chēng)：低介電常數(shù)介質(zhì)集成電路用破裂擋板和氧勢(shì)壘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是集成電路工藝領(lǐng)域，特別是具有低K電介質(zhì)和銅金屬化的電路。
比較新的銅互連集成電路領(lǐng)域提供了眾所周知的性能優(yōu)點(diǎn)，特別是當(dāng)銅與諸如無(wú)定形碳、來(lái)自Allied Signal的FLARE和Naroglas以及從Dow Chemicals得到的SiLK之類(lèi)的低K或多孔介電材料組合使用時(shí)更是如此。但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種材料組合出乎意外地容易受到氧的腐蝕。已經(jīng)證明，即使氮化物和氧化物是對(duì)氧的良好勢(shì)壘，用于現(xiàn)有技術(shù)的阻擋氧的方法也是無(wú)效的，因而現(xiàn)在需要一種阻擋腐蝕的改進(jìn)方法。
本發(fā)明涉及到用來(lái)既阻擋破裂傳播又用來(lái)降低氧擴(kuò)散進(jìn)入集成電路并隨后腐蝕電路中金屬化的結(jié)構(gòu)和方法。
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是一種復(fù)合破裂擋板結(jié)構(gòu)，其中與電路互連元件同時(shí)構(gòu)成破裂擋板的相應(yīng)元件；例如，電路中的水平互連元件在破裂擋板中具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)，且電路中互連層之間的通孔在破裂擋板中具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是一種破裂擋板結(jié)構(gòu)，其中各個(gè)層的寬度逐漸縮減，致使上層包含在下一層的限度內(nèi)，允許工藝容差。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是破裂擋板由與電路互連元件相同的材料構(gòu)成，亦即，破裂擋板容易受到腐蝕，而不是抗腐蝕的。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是使用覆蓋破裂擋板并插入在保護(hù)性介電層的窗口中的金屬結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的又一特點(diǎn)是使用主要破裂擋板內(nèi)部并位于它與導(dǎo)環(huán)之間的備用氧勢(shì)壘。


圖1以局部圖示的局部示意形式示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的集成電路的一部分。
圖2示出了最佳實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)的破裂擋板。
參照?qǐng)D1，示出了部分集成電路上部。在左上角處，標(biāo)注為切口的箭頭，表示將成為晶片切口的區(qū)域10。在中心處，復(fù)合結(jié)構(gòu)組成破裂擋板，主要設(shè)計(jì)來(lái)阻擋破裂從切口中或切口附近的區(qū)域傳播進(jìn)入電路主體之中。破裂擋板2被埋置在未獨(dú)立示出而是用參考號(hào)6一般性表示的一組介電層中?？缭綀D的頂部，氮化物層20、氧化物層30和氮化物覆蓋層31組合起來(lái)密封電路的頂部。
金屬層40，例如Al、Cu、或與Cu形成良好鍵合的任何材料，填充層20中的窗口，并延伸在層30的頂部上，以便確保對(duì)氧擴(kuò)散的密封。由于銅與氮化物20底部之間的界面是破裂傳播的弱點(diǎn)，故金屬40(例如Al)被選擇來(lái)與破裂擋板元件142的材料(最好是銅)形成良好鍵合?？滓部梢孕∮谄屏褤醢宓膶挾?，但這不是必需的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖3所示，窗口被提供在破裂擋板結(jié)構(gòu)2′的各個(gè)側(cè)上的層20、30和31中，以便抑制破裂沿電介質(zhì)10的頂層與氮化物覆蓋層31之間的界面?zhèn)鞑?。破裂擋板上的位于窗口中的金?0′是可選的。這一方法提供了對(duì)破裂的良好防止，但現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有意識(shí)到氧通過(guò)低K介電材料滲透的嚴(yán)重性。
在圖的中心附近，通常用參考號(hào)2表示并包含層112、122、132和142的復(fù)合結(jié)構(gòu)，用作破裂擋板結(jié)構(gòu)和主要的氧擴(kuò)散勢(shì)壘。破裂擋板的右邊，在現(xiàn)有技術(shù)中作為移動(dòng)離子擴(kuò)散主要?jiǎng)輭镜膶?dǎo)環(huán)4，現(xiàn)在是次要的氧勢(shì)壘。在右邊，為示例性目的示出了電路的部分金屬互連。稱(chēng)為水平互連元件的方框146，是垂直于紙平面延伸的布線(xiàn)。通孔136最好在常規(guī)雙重鑲嵌工藝中沿布線(xiàn)146制作。在通孔136下面，方框126示意地表示水平布線(xiàn)，以通孔136形成布線(xiàn)126和146之間的電連接。所有的銅元件都具有常規(guī)的擴(kuò)散勢(shì)壘襯里，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在圖中未示出。在結(jié)構(gòu)2和4之間，有標(biāo)注為3的虛線(xiàn)框，它示意地表示與破裂擋板結(jié)構(gòu)2相同的可選的次要結(jié)構(gòu)。這一可選結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)2萬(wàn)一被損壞時(shí)提供了對(duì)氧擴(kuò)散的備用的防止。
在圖的底部，框8示意地表示組合形成所涉及到的電路的晶體管、二極管和其它的電路元件。襯底1是常規(guī)的半導(dǎo)體襯底，例如硅。
本發(fā)明討論的一個(gè)問(wèn)題是氧對(duì)銅互連元件126、136、146等的腐蝕。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氧容易擴(kuò)散通過(guò)低K材料或多孔材料，諸如鎢、TaN等之類(lèi)的常規(guī)襯里材料對(duì)銅互連的不充分的覆蓋損害了對(duì)氧的布線(xiàn)勢(shì)壘。這些勢(shì)壘通常被用來(lái)改善銅的粘合性并防止銅從互連擴(kuò)散出去。因此，本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員可能已經(jīng)期望襯里能夠防止銅被氧腐蝕。
借助于擴(kuò)散通過(guò)襯里材料和/或借助于通過(guò)裂縫、針孔或其它弱點(diǎn)，氧能夠達(dá)到銅。若發(fā)生這種情況，則銅腐蝕和/或迅速冒出進(jìn)入周?chē)慕殡姴牧现?，引起開(kāi)路或到鄰近布線(xiàn)的短路。
在構(gòu)造電路的過(guò)程中，用例如CMOS的任何常規(guī)方法，器件被制作在襯底1中，然后制作互連和破裂擋板。
若存在破裂擋板的最下層或下層，則如果希望的話(huà)，可以使用諸如多晶硅的下層互連。其好處是消除了對(duì)高形狀比的窗口的需要，致使最下層的銅能夠達(dá)及硅襯底。為了避免留下氧擴(kuò)散的路徑，需要低K或多孔電介質(zhì)中連續(xù)的破裂擋板。
一旦開(kāi)始制造金屬互連，最好是電路互連元件、導(dǎo)環(huán)元件和破裂擋板元件都同時(shí)制作。例如，若第一金屬互連層是與晶體管的源、漏和柵形成接觸的雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)，則用同一個(gè)掩模在導(dǎo)環(huán)和破裂擋板位置處開(kāi)窗口。若第一互連是多晶硅，則最好是破裂擋板的底層，但這并不重要。導(dǎo)環(huán)和破裂擋板窗口將延伸在集成電路周邊各處，并具有適當(dāng)?shù)臋M向?qū)挾取?br> 電路互連被例如建立在一系列雙重鑲嵌窗口中，其中具有下層通孔和上層布線(xiàn)的一組二層窗口，用常規(guī)工藝被制作在介電層中。在通孔(以及垂直破裂擋板元件)中和在水平布線(xiàn)中，淀積襯里層，然后用金屬填充銅，最好是電鍍。
當(dāng)完成互連制作工藝時(shí)，由水平破裂擋板部件交替組成的破裂擋板結(jié)構(gòu)2具有不一定是電路中的布線(xiàn)的寬度，并構(gòu)成例如數(shù)目為3的最好具有通孔的橫向尺寸的垂直元件。多層垂直元件的使用是不重要的，但提供了備用。在示例性實(shí)施例中，元件122和142的寬度為例如9微米，而112和132組中的元件的寬度為例如1.5微米。不一定要使用這種交替的垂直結(jié)構(gòu)，且如果希望的話(huà)，電路設(shè)計(jì)者可以使破裂擋板的所有元件具有相同的寬度；正如導(dǎo)環(huán)那樣。
為了提供改善了的電導(dǎo)率，導(dǎo)環(huán)由例如具有相同的橫向?qū)挾鹊脑瞥伞Ｒ蕾?lài)于設(shè)計(jì)者偏好何種極性的可移動(dòng)離子被排斥以及何種極性被吸引到導(dǎo)環(huán)，可以將導(dǎo)環(huán)連接到地或連接到正電壓。導(dǎo)環(huán)也可以可選地具有相同的斜坡寬度結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)參照?qǐng)D2，示出了部分破裂擋板結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。方框112-1是銅(也可以是多晶硅、氮化物或氧化物)。雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)112-2和112-3各被制作成寬度小于其緊鄰下方的結(jié)構(gòu)。其理由是保持了更好的襯里覆蓋整體性和避免了氧擴(kuò)散進(jìn)入破裂擋板材料的弱點(diǎn)。這樣，在最佳實(shí)施例中，各個(gè)層被制作成明顯窄于其前者，致使各個(gè)層的不可避免的不對(duì)準(zhǔn)將不暴露這種下面的角落。例如，若對(duì)準(zhǔn)中的3σ容差為0.1微米，則上層將比下層小0.2微米。
本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員可以理解，本發(fā)明可以應(yīng)用于許多介電材料和許多腐蝕性材料，不僅僅是低K材料和氧，而且不是所有的層間介電材料都必需相同。而且，有許多方法來(lái)互連形成或分別制作通孔并填充通孔，隨之以制作水平互連元件；首先腐蝕通孔，隨之以腐蝕水平互連，并同時(shí)填充它們；首先腐蝕水平互連，隨之以通孔等。而且，雙重鑲嵌方法的使用是為了降低成本，并不是必需的。
雖然根據(jù)單個(gè)最佳實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員可以理解，能夠在下列權(quán)利要求的構(gòu)思與范圍內(nèi)，以各種各樣的形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．一種集成電路的制作方法，此集成電路在電路元件周?chē)哂袕?fù)合破裂擋板結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合破裂擋板結(jié)構(gòu)包括一組破裂擋板垂直元件和一組破裂擋板水平元件，所述制作方法包含下列步驟在半導(dǎo)體襯底中制作一組有源器件；以及連接所述有源器件組，以便借助于下列方法形成電路(a)在第一介電層中同時(shí)制作第一組互連通孔和第一組破裂擋板垂直元件；(b)在直接位于所述第一介電層上的第二介電層中，同時(shí)制作第一組互連水平元件和第一組破裂擋板水平元件，所述第一組破裂擋板水平元件直接位于所述第一組破裂擋板垂直元件上方；重復(fù)以上上述步驟(a)和(b)，直至完成所述互連元件組，從而所述破裂擋板元件組構(gòu)成所述破裂擋板結(jié)構(gòu)，且最后的介電層包圍最后的破裂擋板元件層；在所述最后的介電層上淀積覆蓋層；在所述破裂擋板結(jié)構(gòu)上的所述覆蓋層中制作窗口，并在所述窗口中淀積粘附的金屬襯里。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(a)和(b)被組合在雙重鑲嵌方法中，其中一組通孔窗口被制作在用來(lái)容納相應(yīng)的通孔組的下介電層中，而一組覆蓋所述通孔窗口組的水平互連窗口被制作在制作于所述下介電層上的上介電層中，且所述窗口組被導(dǎo)電材料同時(shí)填充。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述導(dǎo)電材料是銅。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括制作所述破裂擋板結(jié)構(gòu)與所述電路元件之間的第二破裂擋板結(jié)構(gòu)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括制作所述破裂擋板結(jié)構(gòu)與所述電路元件之間的第二破裂擋板結(jié)構(gòu)。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)所述垂直破裂擋板元件組的橫向尺寸比緊鄰其下的水平破裂擋板元件組的相應(yīng)橫向尺寸小一個(gè)容差量，致使所述至少一個(gè)所述破裂擋板元件位于所述相應(yīng)橫向距離之內(nèi)。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中各個(gè)所述破裂擋板元件的橫向尺寸比緊鄰其下的破裂擋板元件的相應(yīng)橫向尺寸小一個(gè)容差量，致使所述各個(gè)破裂擋板元件位于所述相應(yīng)橫向距離之內(nèi)。
8．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中至少一個(gè)所述破裂擋板元件的橫向尺寸比緊鄰其下的破裂擋板元件的相應(yīng)橫向尺寸小一個(gè)容差量，致使所述至少一個(gè)所述破裂擋板元件被排列在所述相應(yīng)橫向距離之內(nèi)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中各個(gè)所述破裂擋板元件的橫向尺寸比緊鄰其下的破裂擋板元件的相應(yīng)橫向尺寸小一個(gè)容差量，致使所述各個(gè)破裂擋板元件位于所述相應(yīng)橫向距離之內(nèi)。
10．集成電路，它具有半導(dǎo)體襯底中的一組有源器件和圍繞電路元件的復(fù)合破裂擋板結(jié)構(gòu)，所述電路還包括一組互連元件，包括通孔和互連水平元件，連接所述有源器件組以形成所述電路，其中(a)第一組互連通孔和第一組破裂擋板垂直元件位于第一介電層中；(b)第一組互連水平元件和第一組破裂擋板水平元件位于直接排列在所述第一介電層上的第二介電層中，所述第一組破裂擋板水平元件直接位于所述第一組破裂擋板垂直元件上；重復(fù)以上所述結(jié)構(gòu)(a)和(b)，直至完成所述互連元件組，從而所述破裂擋板元件組構(gòu)成所述破裂擋板結(jié)構(gòu)，且最后的介電層包圍最后的破裂擋板元件層；覆蓋層位于所述最后的介電層上，在所述破裂擋板結(jié)構(gòu)上形成有窗口；以及粘附的金屬襯里被排列在所述窗口中，從而所述粘附的金屬襯里被鍵合到所述破裂擋板結(jié)構(gòu)的頂層。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的電路，其中所述結(jié)構(gòu)(a)和(b)被組合在雙重鑲嵌方法中，其中一組通孔窗口被制作在用來(lái)容納相應(yīng)的通孔組的下介電層中，而一組覆蓋所述通孔窗口組的水平互連窗口被制作在制作于所述下介電層上的上介電層中，且所述窗口組被導(dǎo)電材料同時(shí)填充。
12．根據(jù)權(quán)利要求10的電路，其中至少一個(gè)所述垂直破裂擋板元件組的橫向尺寸比緊鄰其下的水平破裂擋板元件組的相應(yīng)橫向尺寸小一個(gè)容差量，致使所述至少一個(gè)所述破裂擋板元件位于所述相應(yīng)橫向距離之內(nèi)。
13．根據(jù)權(quán)利要求11的電路，其中至少一個(gè)所述垂直破裂擋板元件組的橫向尺寸比緊鄰其下的水平破裂擋板元件組的相應(yīng)橫向尺寸小一個(gè)容差量，致使所述至少一個(gè)所述破裂擋板元件位于所述相應(yīng)橫向距離之內(nèi)。
全文摘要
借助于與電路互連元件同時(shí)構(gòu)成破裂擋板的相應(yīng)元件,當(dāng)靠近切口的破裂擋板也被用作氧擴(kuò)散通過(guò)電介質(zhì)的主要?jiǎng)輭緯r(shí),銅互連、低K介電集成電路降低了互連的腐蝕;例如水平互連元件在破裂擋板中具有相應(yīng)結(jié)構(gòu),且互連層之間的通孔在破裂擋板中具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/3205GK1308372SQ0110325
公開(kāi)日2001年8月15日 申請(qǐng)日期2001年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月10日
發(fā)明者亨利·A·尼三世, 文森特·J·邁克噶荷, 庫(kù)爾特·A·托曼 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司