[發明專利]包括通孔的結構及其制造方法

有效

• 申請號: 200810074179.X
• 申請日: 2008-02-27
• 公開（公告）號: CN101257000A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 丹尼爾·C·埃德爾斯坦;野上毅;王平川;王允愈;楊智超
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L21/768
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 張波

技術領域

本發明總地涉及集成電路(IC)芯片制造，更特別地，涉及在銅布線和介電層無襯界面處具有難熔金屬環的包括通孔的結構及相關方法。

背景技術

在集成電路芯片制造工業中，電遷移(electromigration，EM)導致的故障是高級線后端(back?end?of?line)技術的主要關注點。特別地，早期電遷移導致的故障顯著減小產品芯片在操作條件下的預期電流限制。一種電遷移導致的故障是“線損耗(line-depletion)”。如圖1A-1C所示，線損耗電遷移包括從向上延伸的通孔10向下流入下面的金屬布線12的電流。當電流流動時，原子移動造成“狹縫空缺(slit?void)”故障14(圖1C)，其例如始于通孔10與無襯界面18之間的位點(site)16(圖1B)，無襯界面18在金屬線12與其上的介電層20之間。眾所周知，該狹縫空缺會在電路運行期間在電遷移條件下造成非常早的故障，因為不用多長時間就可形成這樣的小空缺。圖1A和1B中的箭頭顯示了電遷移流的方向(例如電遷移期間的原子流)。一般地，狹縫空缺故障14(圖1C)在通孔10與金屬布線12之間的界面附近的缺陷位點16(圖1B)開始(或成核)，且生長到通孔10的底部22，直到它延伸在整個界面上且造成電開口24，如圖1C所示。狹縫空缺故障14出現在有(如圖所示)或沒有通孔刨槽(via?gouging)(即通孔10延伸到金屬線12中)的結構中。

發明內容

本發明提供一種結構及相關方法，該結構包括在金屬布線和介電層的無襯界面處的難熔金屬環(collar)。在一實施例中，一結構包括：與其上的介電層具有無襯界面的銅布線；通孔，從該銅布線向上延伸穿過該介電層；以及難熔金屬環，從該通孔的側面部分沿著該無襯界面延伸。難熔金屬環通過改善通孔周圍的界面來防止電遷移造成的狹縫空缺，并防止空缺成核出現在通孔附近。另外，在通孔和介電層無襯界面附近存在空缺時，難熔金屬環提供電冗余。

本發明的第一方面提供一種結構，包括：與其上的介電層具有無襯界面的銅布線；通孔，從該銅布線向上延伸穿過該介電層；以及難熔金屬環，從該通孔的側面部分沿著該無襯界面延伸。

本發明的第二方面提供一種方法，包括：提供銅布線于第一介電層中；在該銅布線上形成第二介電層，以在該銅布線和該第二介電層之間形成無襯界面；形成開口貫穿該第二介電層且到該銅布線中；在該第二介電層下從該開口產生底切(undercut)；形成難熔金屬環于該底切中；以及用金屬填充該開口以形成通孔。

本發明的第三方面提供一種結構，包括：與其上的介電層具有無襯界面的銅布線；通孔，從該銅布線向上延伸穿過該介電層，該通孔包括在該銅布線中的基本截頭圓錐形的部分；在該通孔周圍的第一襯墊，該第一襯墊包括難熔金屬；以及難熔金屬環，從該通孔的側面部分沿著該無襯界面延伸。

本發明的示例性方面用于解決這里描述的問題和/或未論述的其他問題。

附圖說明

本發明的這些和其他特征將從下面結合附圖對本發明各方面的詳細描述變得更易于理解，附圖示出本發明的各實施例，附圖中：

圖1A-1C示出其中電遷移導致故障的常規通孔和金屬布線界面；

圖2示出根據本發明實施例的結構。

圖3-7示出形成圖2結構的方法。

注意，本發明的附圖不是按比例的。該附圖僅意在表現本發明的一般方面，因此不應認為是對本發明的范圍的限定。在附圖中，類似的附圖標記代表類似的元件。

具體實施方式

圖2示出根據本發明實施例的結構100。結構100包括通孔110，其從金屬布線112(例如銅)向上延伸穿過介電層120。在一實施例中，通孔110包括在金屬布線112中的基本截頭圓錐形的部分122。但是，本發明的教導不限于此類通孔。金屬布線112位于另一介電層124中，且包括在金屬布線112和介電層124之間的襯墊(liner)126。襯墊126可包括任意現在已知的或將來開發的金屬擴散阻擋材料，例如鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、鎢、氮化鎢、釕、氮化釕等。但是需要注意的是，襯墊126僅沿著金屬布線112的底部128和側面130將金屬布線112和介電層124分隔開。因此，金屬布線112包括與其上的介電層120的無襯界面118。