[發明專利]硅通孔上方的后零通孔層禁入區域減少BEOL泵效應

有效

• 申請號: 201710755737.8
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107799520B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 馬克塔·G·法羅;J·M·薩夫蘭
• 申請（專利權）人: 格芯(美國)集成電路科技有限公司
• 主分類號: H01L27/04
• 分類號: H01L27/04;H01L21/768;H01L23/498
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發明涉及硅通孔上方的后零通孔層禁入區域減少BEOL泵效應，其提供一種IC結構及其相關方法。該IC結構包括：一半導體襯底以及設于該半導體襯底內的一硅通孔。一第一互連層包含設于該硅通孔上的多個V0通孔，其中該多個V0通孔橫向設于該硅通孔的一上表面區域內。設于該第一互連層上方的至少一第二互連層包括多個橫向位于該硅通孔上方的一禁入區域的外側的多個通孔。該方法包括形成包含設于一硅通孔上的多個V0通孔的一第一互連層，該V0通孔橫向設于該硅通孔的一上表面區域內，以及形成設于該第一互連層上方并包含橫向位于該硅通孔上方的一禁入區域的外側的多個通孔的至少一第二互連層。

技術領域

本發明涉及集成電路(IC)結構，更具體而言，涉及具有位于一TSV上方的一禁入區域的外側的后零通孔層(post zero via layers)中的通孔的IC結構，以減少由泵所引起的應力。

背景技術

在集成電路(IC)結構中，硅通孔(through silicon via；TSV)是用于電性耦接包含電路的襯底的相對較大的垂直延伸接觸件。每個硅通孔通過各自的襯底延伸并耦接后段制程(BEOL)互連件，如通孔以及金屬導線。BEOL是指先金屬化之后的設備制造過程中于半導體晶片上執行IC結構制造步驟。硅通孔允許先進IC的三維堆疊。硅通孔使用由一難熔金屬襯墊所包圍的銅以防止該銅擴散到周圍的材料中。硅通孔可延伸通過介電材料以及半導體材料，其中的后者可包括有源設備，例如晶體管。

由于目前的半導體技術節點達到了小于10納米的導線尺寸，硅通孔的一個挑戰被稱為“泵效應(pumping)”。泵效應是由于硅通孔的末端表面因應力引起的變形所產生的銅與周圍半導體材料之間的熱膨脹系數(CTE)的巨大差異的一種現象。也就是，CTE差異引起的應力積聚在硅通孔和周圍的材料中，并引起硅通孔的末端發生變形，例如，變成圓頂形。此變形通過直接接觸硅通孔及其上方的一第一金屬層的一零通孔(V0)互連層被轉移至位于硅通孔上方的其他互連層。互連件位于在后續的互連層中的硅通孔外圍內，例如位于第一金屬層M1，第二金屬層M2等上方的一第一通孔層V1中的正常銅通孔受到泵的影響，其周圍的介電層的壽命也是如此。置于硅通孔的一中心上方的零通孔(V0)是眾所周知的有或沒有銅泵的情況下經受最大量的應力，并且更容易受到應力誘導氣孔(stress inducedvoiding；SIV)的影響。硅通孔的變形也會由于上升區域需要額外的平坦化，而在一第一金屬層介電質中引起凹陷。隨著技術進步至更小且更敏感的導線尺寸，泵的問題也被放大。

用于控制泵的方法包括生成具有低銅量的更小的硅通孔，在平坦化之前對銅退火以減輕應力，減少任何變形，或控制該硅通孔中的銅的微觀結構。不幸的是，并非所有這些方法在半導體制造過程中都是始終可控的。例如，硅通孔的尺寸/體積，或當退火進行時不能在脫離一特定IC設計規范的情況下而變更。此外，退火并不總是有效的。提高SIV可靠性的另一種方法已抵消了接觸相對于硅通孔中心的硅通孔的一上表面的零通孔(V0)。

發明內容

本發明的一第一方面提供一種集成電路(IC)結構，包括：一半導體襯底；設置于該半導體襯底內的一硅通孔(TSV)；包含設置于該硅通孔上的多個零層(V0)通孔的一第一互連層，該多個V0通孔橫向設于該硅通孔的一上表面區域內；以及設置于該第一互連層上方并包含橫向設于設在該硅通孔上方的一禁入區域的外側的多個通孔的至少一第二互連層。

本發明的一第二方面提供一種集成電路結構，包括：一半導體襯底；設置于該半導體襯底內的一硅通孔(TSV)；包含設置于該硅通孔上方的多個零層(V0)通孔的一第一互連層，該多個V0通孔橫向設于該硅通孔的一上表面區域內；以及設置于該第一互連層上方并包含無一設于由該硅通孔的該上表面區域的一整體所定義的一禁入區域上方的多個通孔的至少一第二互連層。

一第三方面提供一種方法，包括：形成位于一半導體襯底內的一硅通孔(TSV)；形成包含設置于該硅通孔上的多個零層(V0)通孔的一第一互連層，該多個V0通孔橫向設于該硅通孔的一上表面區域內；以及形成設置于該第一互連層上方并包含橫向設于該硅通孔上方的一禁入區域的外側的多個通孔的至少一第二互連層。