专利名称：金属内连线结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种金属内连线结构，在具有大量金属导孔的区域内导入介层柱的铜双镶嵌内连线结构。
请参阅
图1及图2，图1显示习知铜金属内连线部份上视图，图2为图1沿着切线A-A′的剖面示意图。如图1及图2所示，下层金属导线10与上层金属导线12的线宽皆约为5微米(μm)，并上下重叠形成一5μm×5μm的重叠区域50。重叠区域50又可称为金属导孔区。在下层金属导线10与上层金属导线12之中分别形成有复数个介层柱10a及12a。重叠区域50中则于下层金属导线10与上层金属导线12之间的介电层30中排满金属导孔插塞20。为避免下层金属导线10与上层金属导线12发生断路，习知的作法是在金属导孔区50内禁止介层柱图案的导入。然而，此举却容易造成金属导线的浅碟效应，如图2中标号40所指处。
请参阅图3，图3显示习知铜金属内连线部份上视图，包括两上层金属导线120及122，以及两下层金属导线100及102。如图3所示，上层金属导线120与下层金属导线100形成一金属导孔区51，上层金属导线120与下层金属导线102形成一金属导孔区52，上层金属导线122与下层金属导线100形成一金属导孔区53，上层金属导线122与下层金属导线102形成一金属导孔区54。上层金属导线120及122之间的距离约为0.26微米。由于习知的金属内连线结构在金属导孔区51、52、53及54中并不存在任何的介层柱，因此容易在介于上层金属导线120及122的区域71及72处(如斜线所示)，残留有未被CMP所移除的铜金属。
为达上述目的，本发明提供一种金属内连线结构，包含有一上层金属导线；一下层金属导线，与该上层金属导线形成一重叠区域；一介电层，设于该上层金属导线及该下层金属导线间；复数个金属导孔插塞，设于该重叠区域内一第一区域的该介电层中，用以电连接该上层金属导线及该下层金属导线；以及复数个第一介层柱，嵌于该重叠区域内一第二区域的该上层金导线中，其中该第一区域与该第二区域互不重叠。
依据本发明，该复数个第一介层柱用来降低当一化学机械研磨(chemical-mechanical polishing，CMP)制程施于该重叠区域内的该上层金属导线上时，所产生的浅碟效应。该第一金属导孔插塞区块为一m×n阵列区块。
本发明以金属导孔阵列(例如3×3或4×4阵列)的布局方式，使金属导孔插塞有规则地连接上下两层铜导线，并考虑EM法则，计算出足够的金属导孔插塞数量以承载导线的电流。如此一来，即可改善铜CMP浅碟效应，也可以降低铜导线密度，使导线之间不易产生漏电流现象，大幅提高了制程宽裕度(process margin)。
图示的符号说明10 下层金属导线 10a介层柱12 上层金属导线 12a介层柱20 金属导孔插塞 30介电层40 浅碟现象 50金属导孔区51、52、53、54金属导孔区 71、72区域100、102下层金属导线 120、122上层金属导线210下层金属导线 210a、b介层柱212上层金属导线 212a、b介层柱200金属导孔插塞 300介电层250金属导孔区350m×n金属导孔阵列区块251、252、253、254金属导孔区 271、272区域600、602下层金属导线 220、222上层金属导线需注意的是，介层柱212b的布局图案与金属导孔阵列区块350图案应不相重叠。在图5中，复数个介层柱210b分布在相邻两金属导孔阵列区块350之间的下层金属导线210之中。同样地，介层柱210b的布局与金属导孔阵列区块350图案不相重叠。由于介层柱210b及介层柱212b在不同的步骤中形成，因此其可能上下重叠，亦可能不重叠。
请参阅图6，图6分别显示金属导孔密度对金属导孔阵列间距以及介层柱密度对金属导孔阵列间距的作图。如图6所示，金属导孔区250内的金属导孔插塞200数目依据该行业者所熟知的电迁移法则(electro-migrationru1e，简称为EM法则)，计算出要承载导线电流所需的最小金属导孔插塞200数量，再乘上一安全数所得。图6中，最小金属导孔插塞200数量以及最大金属导孔插塞200数量分别以虚线表示。若以采用一4×4阵列的金属导孔阵列区块为例，建议相邻两个金属导孔阵列区块之间距约为1.2微米，此时的金属导孔密度约为2～3μm-2，介层柱密度约为4％～6％。
如图7所示，图7显示本发明铜金属内连线部份上视图，包括两上层金属导线220及222，以及两下层金属导线600及602。如图7所示，上层金属导线220与下层金属导线600形成一金属导孔区251，上层金属导线220与下层金属导线602形成一金属导孔区252，上层金属导线222与下层金属导线600形成一金属导孔区253，上层金属导线222与下层金属导线602形成一金属导孔区254。上层金属导线220及222之间的距离约为0.26微米。由于本发明的金属内连线结构在金属导孔区251、252、253及254中安置复数个介层柱，因此不易在介于上层金属导线220及222的区域271及272处(如斜线所示)，残留有未被CMP所移除的铜金属。
简言之，本发明以金属导孔阵列(例如3×3或4×4阵列)的布局方式，使金属导孔插塞有规则地连接上下两层铜导线，并考虑EM法则，计算出足够的金属导孔插塞数量以承载导线的电流。如此一来，即可改善铜CMP浅碟效应，也可以降低铜导线密度，使导线之间不易产生漏电流现象，大幅提高了制程宽裕度(process margin)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种金属内连线结构，其特征是包含有一下层金属导线；一上层金属导线，与该下层金属导线形成一重叠区域；一介电层，设于该上层金属导线及该下层金属导线间；复数个金属导孔插塞，设于该重叠区域内一第一区域的该介电层中，用以电连接该上层金属导线及该下层金属导线；以及复数个第一介层柱，嵌于该重叠区域内一第二区域的该上层金属导线中，其中该第一区域与该第二区域互不重叠。
2.如权利要求1所述的金属内连线结构，其特征是该金属内连线结构另包含有复数个第二介层柱，嵌于该第二区域内的该下层金属导线中。
3.如权利要求1所述的金属内连线结构，其特征是该复数个第一介层柱用来降低当一化学机械研磨制程施于该重叠区域内的该上层金属导线上时，所产生的浅碟效应。
4.如权利要求1所述的金属内连线结构，其特征是该上层金属导线由铜金属所构成。
5.如权利要求1所述的金属内连线结构，其特征是该下层金属导线由铜金属所构成。
6.如权利要求1所述的金属内连线结构，其特征是该复数个金属导孔插塞被排列成至少一第一金属导孔插塞区块及一第二金属导孔插塞区块。
7.如权利要求6所述的金属内连线结构，其特征是该第一金属导孔插塞区块为一m×n阵列区块。
8.如权利要求7所述的金属内连线结构，其特征是m＝n。
9.如权利要求6所述的金属内连线结构，其特征是该第一金属导孔插塞区块及第二金属导孔插塞区块之间具有一预定最小距离。
10.如权利要求9所述的金属内连线结构，其特征是该预定最小距离约为1.2微米。
11.一种可消除化学机械研磨浅碟效应的铜金属内连线结构，包含有一上层镶嵌铜导线；一下层镶嵌铜导线，与该上层镶嵌铜导线形成一重叠区域；一介电层，设于该上层镶嵌铜导线及该下层镶嵌铜导线间；复数个m×n金属导孔插塞阵列区块，设于该重叠区域的该介电层中，用以电连接该上层镶嵌铜导线及该下层镶嵌铜导线；复数个第一介层柱，嵌于该重叠区域内相邻两个该m×n金属导孔插塞阵列区块之间的该上层镶嵌铜导线中；以及复数个第二介层柱，嵌于该重叠区域内相邻两个该m×n金属导孔插塞阵列区块之间的该下层镶嵌铜导线中。
12.如权利要求11所述的铜金属内连线结构，其特征是该复数个第一介层柱用来降低当一化学机械研磨制程施于该重叠区域内的该上层镶嵌铜导线上时，所产生的浅碟效应。
13.如权利要求11所述的铜金属内连线结构，其特征是m＝n。
14.如权利要求11所述的铜金属内连线结构，其特征是m介于2至8之间。
15.如权利要求11所述的铜金属内连线结构，其特征是n介于2至8之间。
16.如权利要求11所述的铜金属内连线结构，其特征是相邻两个该m×n金属导孔插塞阵列区块之间具有一预定最小距离。
17.如权利要求16所述的铜金属内连线结构，其特征是该预定最小距离约为1.2微米。
18.如权利要求11所述的铜金属内连线结构，其特征是该铜金属内连线结构另包含有一铜导线设于该上层镶嵌铜导线的一侧，且与该上层镶嵌铜导线具有一预定距离。
19.如权利要求18所述的铜金属内连线结构，其特征是该预定距离大于0.26微米。
全文摘要
一种金属内连线结构，包含有一上层金属导线；一下层金属导线，与该上层金属导线形成一重叠区域；一介电层，设于该上层金属导线及该下层金属导线间；复数个金属导孔插塞，设于该重叠区域内一第一区域的该介电层中，用以电连接该上层金属导线及该下层金属导线；以及复数个第一介层柱，嵌于该重叠区域内一第二区域的该上层金属导线中，其中该第一区域与该第二区域互不重叠；本发明以金属导孔阵列布局方式，使金属导孔插塞有规则地连接上下两层铜导线，并考虑EM法则，计算出足够的金属导孔插塞数量以承载导线的电流，既可改善铜CMP浅碟效应，也可以降低铜导线密度，使导线之间不易产生漏电流现象，大幅提高了制程宽裕度。
文档编号H01L23/52GK1476088SQ02130358
公开日2004年2月18日 申请日期2002年8月16日 优先权日2002年8月16日
发明者林建中, 洪政裕, 王健美, 陈志宏 申请人:联华电子股份有限公司