专利名称：互连结构及其形成方法
技术领域：
本发明涉及一种用于集成电路的互连结构，例如金属镶嵌互连，提高了集成电路的可靠性并改进了电迁移性能。
背景技术：
按照现有技术，“粗线”结构是利用具有较厚高度和较宽宽度的金属线布图的线路布图，金属线的厚度和间距例如是细线(最小基础规则尺寸)的2倍、4倍、6倍等。然而，关于电迁移效应，具有较大间距的粗线结构的可靠性相对于细线结构变差。这种不一致的可靠性源于粗线结构。在这点上，粗线失效通常发生在金属线的顶部，即靠近带的表面，和/或在层间通孔的底部。现有结构中，通孔的底部可能没有充分接触侧壁衬垫。而且，即使通孔接触侧壁衬垫，但是衬垫太薄而不能维持全部的粗线电流密度。
用于形成双金属镶嵌线的传统工艺显示在图1-4中。具体地，在衬底11中形成沟槽12，在沟槽12中通过例如电镀提供诸如铜或铝的金属，从而形成金属线Mx和至少一个通孔Vx。衬底11可以是例如SiO2、低K有机材料、PCVD低介电材料或者其他合适的材料，具有400至2500埃厚度，金属线Mx可具有0.4-1.0微米范围内的厚度和0.2至1.0微米的宽度，通孔Vx可具有自Mx的底部0.4至1.0微米的深度和0.2至0.4微米的直径。而且，衬底11可选择地可被硬掩模层13覆盖，该硬掩模层13可以是例如PCVD氧化物、SiCNH、SiC、Si3N4或者其他合适的材料。而且，在形成沟槽12期间移除的位于沟槽12上方的硬掩模13部分被金属Mx填充。进一步，例如通过化学机械抛光从衬底11或可选硬掩模13的上表面去除多余金属来构图金属线Mx，以形成平滑的上表面。
下一加工步骤中，盖层14涂覆于衬底11/硬掩模13的顶部和金属线Mx之上。盖层14可以是例如SiNx、SiCNH或用于金属线Mx的其他合适的盖层材料，且具有200-1000埃的厚度。在盖层14上沉积衬底或中间级层15。中间级层15，类似衬底11，可以是例如SiO2、低K有机材料、PCVD低k介电材料或者其他合适的材料，具有4000(1×)至24000(6×)的厚度。可选地，硬掩模层16可沉积于中间级层15的表面上。硬掩模层16可以是例如PCVD氧化物、SiCNH或者其他合适的材料，具有300-2000埃的厚度。
传统工艺的下一步骤中，如图2所示，在中间级层15和可选硬掩模16中形成双金属镶嵌沟槽17，通过例如光刻和蚀刻形成的沟槽17由两部分构成从中间级层15/硬掩模16的表面延伸至0.6-2微米深度的第一部分18，和从第一部分18向下延伸穿过盖层14以接触金属线Mx的第二部分19。
如图3所示，在沟槽17中沉积衬垫20，以形成具有50-500埃厚度的阻挡层。衬垫20可以是例如Ta、TaN、W、Ti、TiN或者Ta、TaN、W、Ti、TiN的组合或者其他合适材料，以用作在衬垫20中沉积的金属的阻挡层。而且，衬垫20可由一种或多种提到的材料形成。
如上所述，且如图4所示，在沟槽17中、更具体在衬垫20中沉积金属例如铜，从而在沟槽17的部分18中形成金属线MQ和在沟槽17的部分19中形成通孔VL。进一步，按照该传统工艺，通过例如化学机械抛光从衬底15或可选掩模16的上表面去除金属线MQ的多余金属来构图布线，以得到具有金属带的平滑上表面。
发明内容
本发明涉及一种器件的制造方法。该方法包括在双金属镶嵌线的金属带中形成沟槽，在沟槽中沉积阻挡层，以及用金属填充沟槽的剩余部分。
而且，本发明涉及一种器件，该器件包括具有金属线和通孔的双金属镶嵌线以及设置用于分割金属线的冗余衬垫。
本发明涉及一种互连结构的制造方法。该方法包括在衬底中形成沟槽，在沟槽中沉积金属，在金属中形成第二沟槽，在第二沟槽中沉积冗余衬垫，以及在第二沟槽中沉积金属。
更进一步，本发明涉及一种冗余器件的形成方法，包括形成冗余衬垫以分割双金属镶嵌线的金属线。
图1-4示出了传统双金属镶嵌线的形成(现有技术)；以及图5-10示出按照本发明的特征从图4所示传统双金属镶嵌线形成冗余粗线。
具体实施例方式
本发明涉及从传统双金属镶嵌线形成布线的工艺。按照本发明，所形成的粗线消除了线开口，并通过相比于传统粗线结构提供更长的寿命和更严格的西格马而改进了可靠性(电迁移)。
按照本发明，粗线结构包括在粗线互连结构中的细冗余衬垫，以隔离来自通孔下面的空隙，并防止此空隙向上传播到冗余衬垫的上方。因此，防止了空隙向上传播进入金属层的上部。
通孔开口蚀刻穿过冗余衬垫，这增加了互连的机械强度并基本消除了任何热循环和/或应力迁移效应。进一步，通孔的深度通过增加通孔周围的接触表面改进了对抗电迁移效应的性能。
本发明通过使用冗余衬垫增加了图4所示传统双金属镶嵌线的可靠性。具体地，如图5所示，在金属带例如铜上进行毯覆式反应离子蚀刻(RIE)或毯覆式湿蚀刻，以去除金属线MQ的部分厚度从而形成金属线MQ’。然而，邻接所去除厚度的阻挡层20部分没有去除，使得沟槽21形成于阻挡层20的面对部分之间，且形成于金属线MQ’的上表面与中间级层15/硬掩模16的上表面之间。沟槽21可直到金属线MQ厚度的一半，可以是至少100埃，且优选在金属线MQ厚度的10-30％之间。
形成沟槽21后，如图6所示，阻挡层(冗余衬垫22)沉积于中间级层15/硬掩模16的表面上，以及进入沟槽21中并沿着沟槽21的侧面。阻挡层22可具有50-500埃的厚度，优选50-100埃的厚度，且由例如Ta、TaN、W、Ti、TiN或其他合适材料形成，以作为在阻挡层22中沉积的金属的扩散阻挡层。而且，层22可由一种或多种提及的材料形成。此后，金属例如铜沉积于沟槽21中，更具体地在阻挡层22中，以形成金属线MQ”。
如图7所示，通过例如化学机械抛光从衬底15或可选硬掩模16的上表面去除金属线MQ”的多余金属和阻挡层22的部分来构图布线，以得到具有金属带的平滑上表面。于是，阻挡层22形成位于粗线中间的冗余层，即位于金属线MQ’和MQ”之间。
下一加工步骤中，如图8所示，在衬底15/硬掩模16的顶部和由金属线MQ”构图而成的金属带之上涂覆盖层24。盖层24可以是例如SiNx、SiCNH或者用于金属线Mx的其他合适盖层材料，且具有200-1000埃的厚度。衬底或中间级层25沉积于盖层24上。中间层25，类似衬底11和15，可以是例如SiO2、低K有机材料、PCVD低k介电材料或者其他合适的材料，具有5000至24000埃的厚度。再一次，可选的硬掩模层(未示出)可按照前面提出的方式沉积于中间级层25的表面上。
如图9所示，例如通过光刻和蚀刻，沟槽27形成于中间级层25中，且沟槽27由两部分构成从中间级层25的表面延伸至0.6-2微米深度的第一部分28，和从第一部分28向下延伸穿过至少阻挡(冗余)层22从而产生所需冗余的第二部分29。接下来，层(衬垫)沉积于沟槽27中，接着将金属沉积在沟槽27中，或者更具体地，沉积于沟槽27内的衬垫中，从而形成金属线LN和通孔VQ，如图10所示。而且，可蚀刻部分金属线LN，使得冗余衬垫可布置于被蚀刻部分内，然后沉积金属。可通过化学机械抛光构图布线，以提供平滑表面和金属带。这种工序可重复多次，例如8-9次，依赖于特定的互连设计。
按照这种方式，通孔VQ被蚀刻穿过盖层24、阻挡层22并进入MQ’。于是，通孔VQ可以是例如比粗线厚度的一半更深的深度。而且，阻挡层22又形成了金属线MQ’和LN之间的冗余层。
这种构造的结果是，阻挡层22将防止通孔VQ下面的任何空隙向上传播至金属线MQ”。而且，通孔VQ的深度通过增加通孔VQ周围的接触面积将提高性能，并通过具有更长的寿命和更严格的西格马改进可靠性。这种类型的互连，其中通孔VQ深入粗线将使结构机械上强度更高，并因此不容易由于金属和中间级低k电介质的膨胀或收缩引起热循环或应力迁移失效。
上述电路是集成电路芯片设计的一部分。芯片设计建立在绘图计算机编程语言中，并存储于计算机存储介质中(例如盘、带、物理硬驱动、或者例如存储存取网络的虚拟硬驱动)。如果设计者不制造芯片或者用于制造芯片的光刻掩模，则设计者直接或间接通过物理方式(例如，通过提供存储设计的存储介质的备份)或者电子地(例如通过互联网)将得到的设计传送给这样的实体。存储的设计然后转变成适当格式(例如GDSII)用于制造光刻掩模，其典型包括被讨论的将形成于晶片上的芯片设计的多个备份。光刻掩模用于定义待蚀刻或其他加工的晶片(和/或其上的层)的区域。
而且，上述方法用在集成电路芯片的制造中。
尽管已经按照示范性实施例说明了本发明，但是本领域技术人员会认识到，本发明可于实践中加以改动，并处于权利要求书的精神和范围内。
权利要求
1.一种器件的制造方法，包括在双金属镶嵌线的金属带中形成沟槽；在所述沟槽中沉积阻挡层；以及用金属填充所述沟槽的剩余部分。
2.按照权利要求1的方法，其中所述沟槽的形成包括反应离子蚀刻和湿蚀刻中的一种。
3.按照权利要求1的方法，进一步包括抛光填充所述沟槽剩余部分的金属的上表面，以形成平滑结构上表面中的金属带。
4.按照权利要求3的方法，进一步包括在所述平滑结构上表面之上沉积盖层；在所述盖层之上沉积中间级层；以及在所述中间级层中形成第二沟槽，其中所述第二沟槽的至少部分延伸穿过所述阻挡层。
5.按照权利要求4的方法，进一步包括在所述第二沟槽中沉积第二阻挡层；用金属填充所述第二沟槽的剩余部分；以及抛光填充所述第二沟槽剩余部分的金属的上表面，以形成第二平滑结构上表面中的第二金属带。
6.按照权利要求5的方法，进一步包括在所述第二平滑结构上表面之上沉积第二盖层；在所述第二盖层之上沉积第二中间级层；在所述第二中间级层中形成第三沟槽，其中所述第三沟槽的至少部分延伸穿过所述第二阻挡层；在所述第三沟槽中沉积第二阻挡层；用金属填充所述第三沟槽的剩余部分；以及抛光填充所述第三沟槽剩余部分的金属的上表面，以形成第三平滑结构上表面中的金属带。
7.一种按照权利要求1的方法形成的互连结构。
8.一种器件，包括包括金属线和通孔的双金属镶嵌线；以及设置用于分割所述金属线的冗余衬垫。
9.按照权利要求8的器件，进一步包括形成于所述双金属镶嵌线之上的中间级层；以及所述中间级层包括至少一个第二金属线和至少一个第二通孔，所述至少一个第二通孔延伸穿过所述冗余衬垫。
10.按照权利要求9的器件，其中所述至少一个第二通孔延伸进入设置于所述冗余衬垫下面的所述金属线。
11.按照权利要求9的器件，进一步包括形成于所述双金属镶嵌线和所述中间级层之间的盖层。
12.按照权利要求8的器件，进一步包括形成于所述双金属镶嵌线之上的多个中间级层，其中每个中间级层包括被一冗余衬垫分割的至少一个金属线和包括至少一个通孔；以及至少一个通孔中的每一个延伸穿过结构上位于下面的冗余衬垫。
13.按照权利要求12的器件，进一步包括形成于所述多个中间级层的每个之间的多个盖层。
14.按照权利要求8的器件，进一步包括形成于所述多个中间级层的至少一个上的至少一个硬掩模。
15.一种互连结构的制造方法，包括在衬底中形成沟槽；在所述沟槽中沉积金属；在所述金属中形成第二沟槽；在所述第二沟槽中沉积冗余衬垫；以及在所述第二沟槽中沉积金属。
16.按照权利要求15的方法，进一步包括在所述衬底之上沉积中间级层；以及形成中间级层沟槽，在其中所述中间级层沟槽的至少部分延伸穿过所述冗余衬垫。
17.按照权利要求16的方法，进一步包括沉积金属于所述中间级层沟槽中。
18.按照权利要求17的方法，其中，在沉积金属进入中间级层沟槽中之前，所述方法包括沉积中间级层阻挡衬垫进入所述中间级层沟槽中。
19.一种按照权利要求15的方法形成的冗余结构。
20.一种器件的形成方法，包括形成冗余衬垫以分割双金属镶嵌线的金属线。
全文摘要
本发明公开了一种器件以及器件的制造方法。该器件包括具有金属线和通孔的双金属镶嵌线，以及设置用于分割金属线的冗余衬垫。所述方法包括在双金属镶嵌线的金属带中形成沟槽，在沟槽中沉积阻挡层，以及用金属填充沟槽的剩余部分。
文档编号H01L23/522GK1967804SQ20061015988
公开日2007年5月23日 申请日期2006年11月2日 优先权日2005年11月15日
发明者杜·B·古延, 哈扎拉·S·拉索尔, 比伦德拉·N·阿加瓦拉 申请人:国际商业机器公司