集成电路金属互连线结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种集成电路金属互连线结构，包括半导体衬底及形成于其上的至少一层金属层，相邻金属层之间形成有层间介质层；所述金属层包括至少一条金属互连线，所述金属互连线中形成有若干纵向长条形通槽或倾斜长条形通槽，所述金属互连线的长度大于布莱什长度。本实用新型通过在金属互连线中设置纵向或倾斜长条形通槽，使得金属互连线类似于由若干段短导线连接而成，每一段短导线的长度均小于布莱什长度，从而有效抑制金属互连线的电迁移，而总的金属互连线长度又可以远大于布莱什长度，从而大幅减少互连金属层的层数，降低集成电路复杂性，提高器件可靠性；横向长条形通槽可以使应力分布更加均匀，进一步降低晶界扩散，改善电迁移。
【专利说明】集成电路金属互连线结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体制造领域，涉及一种集成电路金属互连线结构。
【背景技术】
[0002]电迁移(Electromigrat1n)是由于通电导体内的电子运动，把它们的动能传递给导体的金属离子，使离子朝电场反方向运动而逐渐迁移，导致导体的原子扩散，损失的一种现象。由法国科学家伽拉丁约在100年前发现的。但到1966年出现集成电路后，才有更多人对它进行研究。影响电迁移的重要物理因素主要有温度、导线的宽度和导线的长度。当电迁移效应出现时，由于离子流的不对称性，可造成二种电线路的失败:1)当流走的离子通量超过流入离子通量时；形成空缺，造成开断电路；2)当流入离子流超过流出离子流时，出现“小山丘”，造成电路短路。金属互连线中，晶格扩散主要包括以下三种过程:晶界扩散，体扩散及表面扩散。
[0003]由于科学技术的快速发展，集成电路的密度不断提高，现已发展到应用纳米技术阶段，目前其发展趋势如下:电流密度由1E4 A/cm2到3E7 A/cm2 ;线宽由90nm变小到15nm ；线长由lkm/cm2增大到7km/cm2。在这样高密度的集成电路要求下，如何避免电迁移效应的发生是一个首先要考虑的问题。
[0004]Blech等人于1976年发现于较短的金属导线中，并无电迁移效应产生，由于电迁移效应造成原子从阴极扩散到阳极，因此于阳极产生了一股压应力(compressivestress),此压应力达到一定程度时即会产生一股反作用力，抵偿了由于电迁移引起的金属原子输运，因此抑制了电迁移效应的产生。而于一定电流密度下，导线长度需要达到一临界长度，若导线长度低于该临界长度则电迁移效应将受到抑制，该临界长度称为Blech长度(布莱什长度)、Blech特征长度或Blech临界长度。布莱什长度与电流密度有关，不同尺寸金属导线的布莱什长度也不相同。
[0005]现有技术中基于Blech效应将金属互连线设置为小于Blech长度，不同金属互连线之间通过通孔连接，形成长导线。然而，这种方法并不好，需要多层金属设计，从而导致器件设计复杂化。
[0006]因此，设计一种新的集成电路中的金属互连线结构以在避免电迁移效应的基础上延长金属互连线长度、减少金属层的层数、降低器件复杂性实属必要。
实用新型内容
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种集成电路金属互连线结构，用于解决现有技术中单根金属互连线长度太短，需要通过层间通孔将多根金属互连线进行多层互连才能形成长导线、导致器件复杂性增加、可靠性降低的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种集成电路金属互连线结构，包括半导体衬底及形成于所述半导体衬底上的至少一层金属层，相邻金属层之间形成有层间介质层；所述金属层包括至少一条金属互连线，所述金属互连线中形成有若干纵向长条形通槽或倾斜长条形通槽，所述金属互连线的长度大于布莱什长度。
[0009]可选地，所述金属互连线中形成有若干横向长条形通槽及若干纵向长条形通槽。
[0010]可选地，所述纵向长条形通槽在所述金属互连线长度方向上一一排列，相邻纵向长条形通槽之间形成有一组横向长条形通槽，每组横向长条形通槽至少包括一条横向长条形通槽。
[0011]可选地，所述纵向长条形通槽的长度至少为所述金属互连线宽度的二分之一。
[0012]可选地，所述纵向长条形通槽上下两侧分别形成有一条横向长条形通槽。
[0013]可选地，所述纵向长条形通槽的长度至少为所述金属互连线宽度的四分之一。
[0014]可选地，相邻两条纵向长条形通槽之间的距离小于布莱什长度。
[0015]可选地，所述金属互连线中仅形成有若干纵向长条形通槽，相邻两条纵向长条形通槽之间的距离小于布莱什长度，所述纵向长条形通槽的长度至少为所述金属互连线宽度的二分之一。
[0016]可选地，所述金属互连线中仅形成有若干倾斜长条形通槽，相邻两条倾斜长条形通槽之间的距离小于布莱什长度。
[0017]可选地，所述倾斜长条形通槽的倾斜角度范围是30?150°。
[0018]可选地，所述金属互连线的长度至少为布莱什长度的两倍。
[0019]可选地，所述金属互连线的长度为布莱什长度的10?500倍。
[0020]如上所述，本实用新型的集成电路金属互连线结构，具有以下有益效果:1)本实用新型通过在金属互连线中设置纵向长条形通槽或倾斜长条形通槽，相邻两条纵向长条形通槽或倾斜长条形通槽之间的距离小于布莱什长度，使得金属互连线类似于由若干段短导线连接而成，每一段短导线的长度均小于布莱什长度，从而有效抑制金属互连线的电迁移，而总的金属互连线长度又可以远大于布莱什长度，从而大幅减少互连金属层的层数，降低集成电路复杂性，提高器件可靠性；2)本实用新型还可以在纵向长条形通槽的基础上进一步在金属互连线中设置横向长条形通槽，横向长条形通槽可以使得金属互连线中的应力分布更加均匀，并且对于需要应用到较宽金属互连线(微米或亚微米级别)的情况，如汽车电子领域等要用到大电流的情况，横向长条形通槽可以进一步降低较宽金属互连线的晶界扩散，改善电迁移。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1显示为本实用新型的集成电路金属互连线结构中金属互连线在实施例一中的结构示意图。
[0022]图2显示为本实用新型的集成电路金属互连线结构中金属互连线在实施例二中的结构示意图。
[0023]图3显示为金属互连线的晶粒分布图。
[0024]图4显示为横向长条形通槽阻止晶粒相互扩散的示意图。
[0025]图5显示为本实用新型的集成电路金属互连线结构中金属互连线在实施例三中的结构示意图。
[0026]图6显示为本实用新型的集成电路金属互连线结构中金属互连线在实施例四中的结构示意图。
[0027]元件标号说明
[0028]I金属互连线
[0029]2纵向长条形通槽
[0030]3横向长条形通槽
[0031]4倾斜长条形通槽
[0032]L1相邻两条纵向长条形通槽之间的距离
[0033]L2相邻两条倾斜长条形通槽之间的距离
[0034]Θ倾斜角度
【具体实施方式】
[0035]以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0036]请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0037]实施例一
[0038]本实用新型提供一种集成电路金属互连线结构，包括半导体衬底及形成于所述半导体衬底上的至少一层金属层，相邻金属层之间形成有层间介质层；所述金属层包括至少一条金属互连线，所述金属互连线中形成有若干纵向长条形通槽，所述金属互连线的长度大于布莱什长度。
[0039]具体的，所述半导体衬底中形成有半导体器件，所述金属层用于进行电互连，所述层间介质层用于层间绝缘，不同金属层之间可通过层间通孔进行连接。
[0040]请参阅图1，显示为所述金属互连线I中形成有若干纵向长条形通槽I的示意图。需要指出的是，此处长条形通槽是指通槽的长度大于宽度，优选为通槽长度大于通槽宽度的两倍，长条形通槽的两端可以为弧形或直线型，图1中示出的是弧形的情形；此处纵向是相对于所述金属互连线I的走向而言，其中，纵向代表与金属互连线垂直，后面所述横向代表与金属互连线平行，倾斜代表与金属互连线非平行及非垂直。
[0041]本实施例中，所述金属互连线I中仅形成有若干纵向长条形通槽2，所述纵向长条形通槽2在所述金属互连线I长度方向上一一排列，优选为上下居中。相邻两条纵向长条形通槽之间的距离L1小于布莱什长度(Blech长度)，所述纵向长条形通槽2的长度至少为所述金属互连线I宽度的二分之一。
[0042]具体的，所述金属互连线的长度至少为布莱什长度的两倍，作为示例，可为10?500倍。由于金属互连线的长度可以在同一层中做得很长，无需通过多层互连将多段短导线连接成长导线，可以有效减少器件中互连金属层的层数，降低电路复杂性。所述金属互连线的宽度可为先进工艺的14nm、28nm等，也可以根据器件需求做得更宽，此处不应过分限制本实用新型的保护范围。
[0043]本实用新型的集成电路互连线结构中，通过在金属互连线中设置纵向长条形通槽，相邻两条纵向长条形通槽之间的距离小于布莱什长度，使得金属互连线类似于由若干段短导线连接而成，每一段短导线的长度均小于布莱什长度，从而有效抑制金属互连线的电迁移，而总的金属互连线长度又可以远大于布莱什长度，从而大幅减少互连金属层的层数，降低集成电路复杂性，提高器件可靠性。
[0044]实施例二
[0045]本实用新型提供一种集成电路金属互连线结构，包括半导体衬底及形成于所述半导体衬底上的至少一层金属层，相邻金属层之间形成有层间介质层；所述金属层包括至少一条金属互连线，所述金属互连线中形成有若干纵向长条形通槽及横向长条形通槽，所述金属互连线的长度大于布莱什长度。
[0046]请参阅图2，显示为所述金属互连线I中形成有若干横向长条形通槽3及若干纵向长条形通槽2的示意图。
[0047]具体的，所述纵向长条形通槽2在所述金属互连线I长度方向上一一排列，相邻纵向长条形通槽2之间形成有一组横向长条形通槽3，每组横向长条形通槽至少包括一条横向长条形通槽3。作为示例，图2显示为每组横向长条形通槽包括三条横向长条形通槽3的情形，在其它实施例中，也可为其它数目，如一条、两条等，此处不应过分限制本实用新型的保护范围。
[0048]具体的，所述纵向长条形通槽I的长度至少为所述金属互连线宽度的二分之一，且相邻两条纵向长条形通槽2之间的距离L1小于布莱什长度。
[0049]相对于实施例一中所述金属互连线I中仅包括若干纵向长条形通槽2的情形，本实施例中金属互连线在相邻两条纵向长条形通槽2之间进一步形成有一组横向长条形通槽3。所述横向长条形通槽3可以使得金属互连线中的应力分布更加均匀，电阻性能更好。
[0050]请参阅图3，显示为金属互连线的晶粒分布图。对于较宽的金属互连线，其宽度大于晶粒的平均粒径，由于金属互连线中，晶格扩散主要包括以下三种过程:(a)晶界扩散，(b)体扩散及(C)表面扩散，本实用新型在所述金属互连线中设置横向长条形通槽3还可以有效阻止晶粒之间的相互扩散，进一步改善电迁移。请参阅图4，显示为横向长条形通槽阻止晶粒相互扩散的示意图。。
[0051]本实用新型的集成电路互连线结构中，通过在金属互连线中同时设置纵向长条形通槽及横向长条形通槽，不仅可以将金属互连线等效为由若干段长度小于布莱什长度的短导线连接而成，使得金属互连线长度远大于布莱什长度并位于同一层，减少器件中金属互连层的层数。所述横向长条形通槽的存在还可以进一步使得金属互连线中的应力分布更加均匀，并且对于需要应用到较宽金属互连线(微米或亚微米级别)的情况，如汽车电子领域等要用到大电流的情况，横向长条形通槽还可以进一步降低较宽金属互连线的晶界扩散，改善电迁移。
[0052]实施例三
[0053]本实施例与实施例二采用基本相同的技术方案，不同之处在于图形设计有微小差巳
[0054]请参阅图5,显示为本实施例中金属互连线的示意图。如图所示,所述纵向长条形通槽I在所述金属互连线I长度方向上一一排列，相邻纵向长条形通槽之间形成有一组横向长条形通槽，每组横向长条形通槽至少包括一条横向长条形通槽3 (图5中显示的为一条的情形)，进一步的，所述纵向长条形通槽2上下两侧分别形成有一条横向长条形通槽3。
[0055]具体的，所述纵向长条形通槽2的长度至少为所述金属互连线I宽度的四分之一，相邻两条纵向长条形通槽2之间的距离L1小于布莱什长度。
[0056]具体的，所述金属互连线I的长度至少为布莱什长度的两倍，作为示例，可为10?500倍。由于金属互连线的长度可以做得很长，无需通过多层互连将多段短导线连接成长导线，可以有效减少互连金属层的层数，降低电路复杂性。所述金属互连线的宽度可为先进工艺的14nm、28nm等，也可以根据器件需求做得更宽。
[0057]本实用新型的集成电路互连线结构中，通过在金属互连线中同时设置纵向长条形通槽及横向长条形通槽，不仅可以将金属互连线等效为由若干段长度小于布莱什长度的短导线连接而成，使得金属互连线长度远大于布莱什长度并位于同一层，减少器件中金属互连层的层数。所述横向长条形通槽的存在还可以进一步使得金属互连线中的应力分布更加均匀，并且对于需要应用到较宽金属互连线(微米或亚微米级别)的情况，如汽车电子领域等要用到大电流的情况，横向长条形通槽还可以进一步降低较宽金属互连线的晶界扩散，改善电迁移。
[0058]实施例四
[0059]本实用新型提供一种集成电路金属互连线结构，包括半导体衬底及形成于所述半导体衬底上的至少一层金属层，相邻金属层之间形成有层间介质层；所述金属层包括至少一条金属互连线，所述金属互连线中形成有若干倾斜长条形通槽，所述金属互连线的长度大于布莱什长度。
[0060]请参阅图6，显示为所述金属互连线I中仅形成有若干倾斜长条形通槽4的示意图，相邻两条倾斜长条形通槽之间的距离L2小于布莱什长度。
[0061]具体的，所述倾斜长条形通槽4的倾斜角度Θ范围优选为30?150°。
[0062]当然，在其它实施例中，所述金属互连线I中也可以同时形成有若干倾斜长条形通槽4及其它类型通槽，如纵向长条形通槽、横向长条形通槽；另外，图6显示的是若干倾斜长条形通槽排列成两行的情形，在其他实施例中，所述倾斜长条形通槽也可仅排列成一行，此处不应过分限制本实用新型的保护范围。
[0063]本实用新型的集成电路互连线结构中，通过在金属互连线中设置倾斜长条形通槽，相邻两条倾斜长条形通槽之间的距离小于布莱什长度。由于倾斜长条形通槽兼顾了横向长条形通槽及纵向长条形通槽的特点，不仅可以达到实施例一的技术效果，即使得金属互连线类似于由若干段短导线连接而成，每一段短导线的长度均小于布莱什长度，从而有效抑制金属互连线的电迁移，而总的金属互连线长度又可以远大于布莱什长度，从而大幅减少互连金属层的层数，降低集成电路复杂性，提高器件可靠性的技术效果。本实用新型还可以达到实施例二或实施例三中改善应力分布，降低晶界扩散，进一步改善电迁移的技术效果。
[0064]综上所述，本实用新型的集成电路金属互连线结构，具有以下有益效果:1)本实用新型通过在金属互连线中设置纵向长条形通槽或倾斜长条形通槽，相邻两条纵向长条形通槽或倾斜长条形通槽之间的距离小于布莱什长度，使得金属互连线类似于由若干段短导线连接而成，每一段短导线的长度均小于布莱什长度，从而有效抑制金属互连线的电迁移，而总的金属互连线长度又可以远大于布莱什长度，从而大幅减少互连金属层的层数，降低集成电路复杂性，提高器件可靠性；2)本实用新型还可以在纵向长条形通槽的基础上进一步在金属互连线中设置横向长条形通槽，横向长条形通槽可以使得金属互连线中的应力分布更加均匀，并且对于需要应用到较宽金属互连线(微米或亚微米级别)的情况，如汽车电子领域等要用到大电流的情况，横向长条形通槽可以进一步降低较宽金属互连线的晶界扩散，改善电迁移。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0065]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种集成电路金属互连线结构，包括半导体衬底及形成于所述半导体衬底上的至少一层金属层，相邻金属层之间形成有层间介质层；所述金属层包括至少一条金属互连线，其特征在于:所述金属互连线中形成有若干纵向长条形通槽或倾斜长条形通槽，所述金属互连线的长度大于布莱什长度。
2.根据权利要求1所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述金属互连线中形成有若干横向长条形通槽及若干纵向长条形通槽。
3.根据权利要求2所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述纵向长条形通槽在所述金属互连线长度方向上 排列，相邻纵向长条形通槽之间形成有一组横向长条形通槽，每组横向长条形通槽至少包括一条横向长条形通槽。
4.根据权利要求3所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述纵向长条形通槽的长度至少为所述金属互连线宽度的二分之一。
5.根据权利要求3所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述纵向长条形通槽上下两侧分别形成有一条横向长条形通槽。
6.根据权利要求5所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述纵向长条形通槽的长度至少为所述金属互连线宽度的四分之一。
7.根据权利要求2?6任意一项所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:相邻两条纵向长条形通槽之间的距离小于布莱什长度。
8.根据权利要求1所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述金属互连线中仅形成有若干纵向长条形通槽，相邻两条纵向长条形通槽之间的距离小于布莱什长度，所述纵向长条形通槽的长度至少为所述金属互连线宽度的二分之一。
9.根据权利要求1所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述金属互连线中仅形成有若干倾斜长条形通槽，相邻两条倾斜长条形通槽之间的距离小于布莱什长度。
10.根据权利要求1所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述倾斜长条形通槽的倾斜角度范围是30?150°。
11.根据权利要求1所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述金属互连线的长度至少为布莱什长度的两倍。
12.根据权利要求11所述的集成电路金属互连线结构，其特征在于:所述金属互连线的长度为布莱什长度的10?500倍。
【文档编号】H01L23/528GK203983266SQ201420413106
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】甘正浩 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司