[發明專利]具有改進應力的中間電介質層的后端互聯電路

有效

• 申請號: 200910127010.0
• 申請日: 2009-03-10
• 公開（公告）號: CN101582409A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 蔡豪益;劉豫文;陳憲偉;陳英儒;鄭心圃
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L23/532;H01L23/528
• 代理公司: 北京市德恒律師事務所
• 代理人: 馬鐵良;張 覲

技術領域

本發明通常涉及集成電路，特別地涉及后端互聯結構，更特別地涉及互聯結構的可靠性和性能的改進。

背景技術

隨著半導體行業引入具有更高性能和更強功能的新一代集成電路(IC)，組成集成電路的元件的密度增大了，而且元件的尺寸、大小和各個部件或元件之間的距離縮小了。在過去，這種減小僅僅受用光刻法限定結構的能力所限，然而具有更小尺寸的器件的幾何形狀成為了新的限制因素。例如，對于任何兩個相鄰的導電通路，隨著導體之間的距離縮短，因此得到的電容(由導電通路之間的距離所分開的絕緣材料的介電常量(k值)的函數)將會增大。這個增大的電容導致導體之間的電容耦合增大，功耗增大并且阻容時間常數增大。因此，半導體IC性能和功能的持續改進依靠組成電介質薄膜材料的不斷發展，該材料使電介質具有比通常使用的材料-二氧化硅更低的介電常數(k)以減小電容。

具有特低k(extra?low-k，ELK)介電常數的新型材料和超低k(ultra?low-k，XLK)的電介質材料被開發以用作半導體芯片設計中的絕緣體。低介電常數的材料有助于集成電路特征尺寸的進一步縮小。在傳統的IC工藝中，二氧化硅被用作電介質材料的基礎成分，這使得電介質常數大約為3.9。更先進的電介質材料具有低于大約2.5的介電常數，并且可以甚至低于大約2.0。

介電常數最低的物質是空氣(具有1.0的k值)。因為多孔電介質能夠具備非常低的電介質常數，因此它們是非常棒的候選者。然而，由于多孔薄膜的本性機械性很脆弱，因此脆弱的薄膜在芯片制造過程中可能會因為無法經受采用對芯片表面進行平面化處理的化學機械拋光(CMP)工藝而失效。此外，這種脆弱的低k電介質材料還給封裝工藝帶來困難。例如，在引線鍵合工藝中，用于分離引線而施加的力也能夠導致鍵合點下面的低k電介質材料剝落。

隨著具有越來越小的介電常數的電介質的使用，電介質剝落成為影響集成電路制造生產的一個重要因素，需要新的方法來提高成品率而又不影響集成電路的電性能。

發明內容

根據本發明的一個方面，一種集成電路結構包括第一、第二和第三金屬化層。所述第一金屬化層包括具有第一k值的第一電介質層和在所述第一電介質層中的第一金屬連線。所述第二金屬化層在所述第一金屬化層上面，包括具有大于所述第一k值的第二k值的第二電介質層；和在所述第二電介質層中的第二金屬連線。所述第三金屬化層在第二金屬化層上面，包括具有第三k值的第三電介質層；和在所述第三電介質層中的第三金屬連線。所述集成電路結構還包括在所述第三金屬化層之上的底層鈍化層。

根據本發明的另一實施例，一種集成電路結構，包括半導體襯底；在所述半導體襯底上面的鈍化層；以及在所述半導體襯底和所述鈍化層之間的互聯結構。所述互聯結構包括多層金屬化層，每個金屬化層包括電介質層和在所述電介質層中的金屬連線。在所述多個金屬化層中的各個電介質層包括具有第一k值的第一組電介質層；和在所述第一組電介質層上面的、具有第二k值的第二組電介質層；以及在所述第二組電介質層上面的、具有第三k值的第三組電介質層。所述第二k值不同于第一k值和第三k值。

根據本發明的再一實施例，一種集成電路結構包括：半導體襯底；以及在所述半導體襯底上面的互聯結構。所述互聯結構包括至少約7層金屬化層，所述互聯結構包括第一金屬化層，在所述第一金屬化層之上的第二金屬化層和在所述第二金屬化層之上的第三金屬化層。所述第一金屬化層包括具有第一k值的第一電介質層；和在所述第一電介質層中的第一金屬連線。所述第二金屬化層在所述互聯結構的中間位置且包括具有第二k值的第二電介質層，其中所述第二電介質層具有大于第一電介質層的機械強度；和在所述第二電介質層中的第二金屬連線。所述第三金屬化層包括具有第三k值的第三電介質層；和在所述第三電介質層中的第三金屬連線。

本發明的有益效果在于能夠提高半導體芯片的機械強度，由此改善其可靠性。

附圖說明

為了更完整地理解本發明及其優點，現在接合附圖進行如下說明，其中：

圖1示出了具有多層金屬化層的互聯結構；

圖2示出了作為位置函數的節點釋放能量，在所述位置上電介質層被另一具有更高k值的電介質層所替換。

圖3示出了在互聯結構中不同層上的節點釋放能量；以及

圖4示出了當使用具有不同k值的電介質材料替換互聯結構的中間層時節點釋放能量的減少。

具體實施方式