具有局部狹縫的金屬內連線構造及其製造方法
2023-06-03 00:30:06
專利名稱：具有局部狹縫的金屬內連線構造及其製造方法
技術領域：
本發明涉及集成電路的金屬內連線及其製造方法。
但是，銅金屬無法以乾蝕刻的方式來定義圖案，因為銅金屬與氯氣電漿氣體反應生成的氯化銅(CuCl2)的沸點極高(約1500℃)，因此銅導線的製作需以鑲嵌製程來進行。而雙鑲嵌製程係指形成銅導線的溝槽(trench)和其下方的介層窗開口(via)後，同時於其中填入銅金屬。
參閱
圖1～圖3，顯示傳統上形成雙鑲嵌(dual damascene)的內連線結構的製程剖面圖。參閱圖1，在一半導體基板100上依序有一下層金屬線200、一第一介電層300、一蝕刻停止層310、一第二介電層320。
然後，參閱圖2，進行第一次微影(Photolithography)製程，選擇性蝕刻第二介電層320、蝕刻停止層310、和第一介電層300，而形成一介層洞400。再進行第二次微影製程，蝕刻第二介電層320，直到露出蝕刻停止層310為止，而形成一溝槽420。如此，形成由介層洞400和溝槽420所構成的雙鑲嵌(damascene)開口。
接著，參閱圖3，將金屬填入介層洞400和溝槽420中，再進行化學機械研磨法(CMP；chemical mechanical polishing)，而形成上層金屬線520，同時形成在上、下層金屬線520和220之間的介層插塞500。
由於上層金屬線520很寬且很長，造成很大的應力不利於CMP的進行。因此，在目前的銅內連線製程中，常會在寬且長的大片銅內連線上任意開設一些狹縫(Slot)以減輕整片上層銅內連線的應力，以利CMP的進行。一般而言，對於寬度≥12μm的銅內連線，狹縫的尺寸一般為寬度≥3μm，長度≥3μm。
然而，這種在大片銅內連線上任意開設狹縫的方式並不能解決在介層洞400附近的應力，因而會有局部應力遷移(localized stress migration)的問題。對於寬度很大的大片下層金屬線200而言，由於下層金屬線200在介層洞400附近的應力，會使得下層金屬線200在介層洞400的位置上有圓丘狀(hump)的突起，如圖3的A處所示。再者，對於寬度很大的大片上層金屬線520而言，由於上層金屬線520在介層洞400的附近的應力，則會使得上層金屬線520在介層洞400的位置上有向上扯回(pullback)的現象，如圖4的B處所示。因此，介層插塞500和下層金屬線200之間會有空隙產生，造成漏電。
本發明的目的是這樣實現的一種具有局部狹縫的金屬內連線構造，其特徵在於，包括有一下層金屬線；一介電層，其位於該下層金屬線之上，具有由下方的介層洞和上方的溝槽所構成的雙鑲嵌開口；以及一金屬層，系填於該雙鑲嵌開口內，而形成性於下層金屬線上的金屬插塞，和位於金屬插塞上的上層金屬線，其中該上層或下層金屬線上具有一局部狹縫，該局部狹縫係為介電質所形成且位於介層洞的附近。
該局部狹縫為正方形、長方形、L字形、U字形、或弓字形。
該局部狹縫的尺寸範圍是長度為0.1μm至5μm，寬度為0.1μm至5μm。
該上層金屬線的寬度範圍是0.5μm至10μm。
該下層金屬線的寬度範圍是0.5μm至10μm。
該上層金屬線的材料是Cu，Al，W，Au，Ag，或其合金。
一種製造具有局部狹縫的金屬內連線的方法，其特徵在於包括下列步驟形成一下層金屬線；在該下層金屬線上形成一介電層；在該介電層內形成由介層洞和溝槽所構成的雙鑲嵌開口；以及將金屬填入該雙鑲嵌開口中，而在介層洞內形成一金屬插塞，在溝槽內形成一上層金屬線，其中該上層或下層金屬線上具有一局部狹縫，該局部狹縫係為介電質所形成且位於介層洞附近。
該下層金屬線上具有該局部狹縫，且形成下層金屬線和介電層的方法包括形成具有狹縫的下層金屬線，該狹縫系位於接下來欲形成的介層洞的附近；以及在該下層金屬線上形成一介電層，且將介電質填入下層金屬線的狹縫中。
該上層金屬線上具有該局部狹縫，且形成雙鑲嵌開口和填入金屬的方法包括在該介電層內形成由介層洞和溝槽所構成的雙鑲嵌開口，而且，在形成溝槽的同時，在介層洞附近位置上保留部分介電層而形成狹縫以及將金屬填入該雙鑲嵌開口中，而在介層洞內形成一金屬插塞，在溝槽內形成一具有狹縫的上層金屬線。
該上、下層金屬線上均具有該局部狹縫，該方法包括
形成具有第一狹縫的下層金屬線，該第一狹縫系位於接下來欲形成的介層洞的附近；在該下層金屬線上形成一介電層，且將介電質填入下層金屬線的第一狹縫中；在該介電層內形成由介層洞和溝槽所構成的雙鑲嵌開口，而且，在形成溝槽的同時，在介層洞附近保留部分介電層而形成第二狹縫；以及將金屬填入該雙鑲嵌開口中，而在介層洞內形成一金屬插塞，在溝槽內形成一具有第二狹縫的上層金屬線。
由以上方案，本發明的積極效果如下述為達成本發明的目的，本發明所提供的具有局部狹縫的金屬內連線構造，其包括一下層金屬線；一介電層，其位於該下層金屬線之上，具有由下方的介層洞和上方的溝槽所構成的雙鑲嵌開口；以及一金屬層，系填於雙鑲嵌開口內，而形成位於下層金屬線上的金屬插塞，和位於金屬插塞上的上層金屬線。此上層或下層金屬線上具有一局部狹縫，此局部狹縫係為介電質所形成且位於介層洞附近。本發明並提供一種使用局部狹縫來減輕金屬內連線應力的方法，包括下列步驟形成一下層金屬線，在此下層金屬線上形成一介電層。接著，在此介電層內形成由介層洞和溝槽所構成的雙鑲嵌開口。最後，將金屬填入此雙鑲嵌開口中，而在介層洞內形成一金屬插塞，在溝槽內形成一上層金屬線。此上層或下層金屬線上具有一局部狹縫，此局部狹縫係為介電質所形成且佔於介層洞附近。本發明的局部狹縫可僅在上層金屬線上設置，或僅在下層金屬線上設置，或可同時在上、下層金屬線上設置。依據本發明的一具體實施例，同時在上、下層金屬線上設置狹縫時，其方法包括下列步驟。形成具有第一狹縫的下層金屬線，此第一狹縫系位於接下來欲形成的介層洞附近。接著，在下層金屬線上形成一介電層，且將介電質填入下層金屬線的第一狹縫中。接著，在介電層內形成由介層洞和溝槽所構成的雙鑲嵌開口，而且，在形成溝槽的同時，在介層洞附近保留部分介電層而形成第二狹縫。最後，將金屬填入雙鑲嵌開口中，而在介層洞內形成一金屬插塞，在溝槽內形成一具有第二狹縫的上層金屬線。綜上所述，本發明由於在上層或下層金屬線上、介層洞的附近設置局部狹縫，可以減輕上、下層金屬線在介層洞附近的應力，避免漏電。
82光阻層80的凹槽部分80S光阻凸起部50金屬插塞52上層金屬線參閱圖5，在一半導體基板10上形成具有第一狹縫S1的下層金屬線20，此第一狹縫S1系依於接下來欲形成的介層洞附近，例如，距接下來欲形成的介層洞0至1μm的位置上。
接著，在下層金屬線20上形成一第一介電層30，且將介電質填入下層金屬線20的第一狹縫S1中。此第一介電層30可為以CVD法沉積的氧化矽或氮化矽，或低介電常數材料，如FLARE，PAE-2，SILK等有機聚合物材料，或FSG，HSQ硫化氫(hydrogen silsesquioxane)等非有機材料，或黑鑽石(blac diamond)。然後，在第一介電層30上依序形成一蝕刻停止層31，和一第二介電層32。此蝕刻停止層31可為氮化矽(silicon nitride)或氮氧化矽(siliconoxynitride)，第二介電層32可為氧化矽或氮化矽，或低介電常數材料(如FLARE，PAE-2，SILK，FSG，HSQ，black diamond等)。
接著，參閱圖6，進行第一次微影製程，選擇性蝕刻第二介電層32、蝕刻停止層31、和第一介電層30，而形成一介層洞40，露出底下的下層金屬線20。使得下層金屬線20上的第一狹縫S1在介層洞40附近，例如，第一狹縫S1和介層洞40的距離d1為0至1μm之間。選擇性蝕刻可以使用非等向性蝕刻法，例如，以反應性離子蝕刻法(RIE；reactive ion etching)進行蝕刻。
接著，參閱圖7，在第一介電層32上形成一光阻層80，此光阻層80具有凹槽部分82，用以定義出雙鑲嵌開口的溝槽。並且，在凹槽部分82內並有光阻凸起部805，此光阻凸起部805的位置是在介層洞40附近，例如，光阻凸起合805與介層洞40的距離d2可為0至1μm之間，用以定義出的後所欲形成上層金屬線上的狹縫。
接著，參閱圖8，以光阻層80為罩幕，進行第二次微影製程，以RIE法蝕刻第二介電層32，直到露出蝕刻停止層31的表面為止。如此，在第二介電層32形成一溝槽42，而第一介電層30內的介層洞40和第二介電層32內的溝槽42共同構成雙鑲嵌開口。值得注意的是，由於光阻層80的凹槽部分82內有光阻凸起部80S，因而在第二介電層32的溝槽42內定義出介電凸起部S2，亦稱作第二狹縫S2，且其位置是在介層洞40附近，即，第二狹縫S2和介層洞40的間的距離d2可為0至1μm之間。
接著，參閱圖9，將金屬填入雙鑲嵌開口中，而在介層洞40內形成一金屬插塞50，且在溝槽42內形成具有第一狹縫S2的上層金屬線52。此上層金屬線52可為Cu，AI，W，Au，Ag，或其合金。
上述具體實施例是以上、下層金屬線在介層洞附近(距離0至1μm的位置)都具有狹縫的情況為例，但本發明的範圍並不以此為限。也可以是僅有下層金屬線在介層洞附近具有狹縫，但上層金屬線沒有。或者，也可是僅有上層金屬線在介層洞附近具有狹縫，但下層金屬線沒有。藉由本發明在上、或/和下層金屬線上在介層洞附近設置局部狹縫的方式，可減輕上、下層金屬線在介層洞附近的應力。因此，介層插塞50和下層金屬線20之間，並不會有習知技術中圓丘狀(hump)突起或向上扯回(pull back)的現象發生，如圖9的C處所示，因而可避免漏電。
上層、或/和下層金屬線在介層洞附近的局部狹縫，其形狀並沒有一定的限制。以圖9中上層金屬線52內的狹縫S2為例，其形狀可為正方形、長方形、L字形、U字形、或弓字形。圖10至圖13為上視圖，顯示狹縫S2可能的各種形狀，圖9為沿著2e-2e線而視的剖面圖。
本發明局部狹縫的尺寸範圍可為長度為0.1μm至5μm，寬度為0.1μm至5μm。上層金屬線的寬度可為0.5μm至10μm，下層金屬線的寬度可為0.5μm至10μm。
綜合上述，本發明藉由金屬線在介層洞附近具有局部介電質狹縫，可減輕金屬線在介層洞附近的應力，避免漏電。
雖然本發明已以較佳實施例公開如上，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當以本發明的申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種具有局部狹縫的金屬內連線構造，其特徵在於包括有一下層金屬線；一介電層，其位於該下層金屬線之上，具有由下方的介層洞和上方的溝槽所構成的雙鑲嵌開口；以及一金屬層，系填於該雙鑲嵌開口內，而形成性於下層金屬線上的金屬插塞，和位於金屬插塞上的上層金屬線，其中該上層或下層金屬線上具有一局部狹縫，該局部狹縫係為介電質所形成且位於介層洞的附近。
2.如權利要求1所述具有局部狹縫的金屬內連線構造，其特徵在於該局部狹縫為正方形、長方形、L字形、U字形、或弓字形。
3.如權利要求1所述具有局部狹縫的金屬內連線構造，其特徵在於該局部狹縫的尺寸範圍是長度為0.1μm至5μm，寬度為0.1μm至5μm。
4.如權利要求1所述具有局部狹縫的金屬內連線構造，其特徵在於該上層金屬線的寬度範圍是0.5μm至10μm。
5.如權利要求1所述具有局部狹縫的金屬內連線構造，其特徵在於該下層金屬線的寬度範圍是0.5μm至10μm。
6.如權利要求1所述具有局部狹縫的金屬內連線構造，其特徵在於該上層金屬線的材料是Cu，Al，W，Au，Ag，或其合金。
7.一種製造權利要求1所述具有局部狹縫的金屬內連線的方法，其特徵在於包括下列步驟形成一下層金屬線；在該下層金屬線上形成一介電層；在該介電層內形成由介層洞和溝槽所構成的雙鑲嵌開口；以及將金屬填入該雙鑲嵌開口中，而在介層洞內形成一金屬插塞，在溝槽內形成一上層金屬線，其中該上層或下層金屬線上具有一局部狹縫，該局部狹縫係為介電質所形成且位於介層洞附近。
8.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於該下層金屬線上具有該局部狹縫，且形成下層金屬線和介電層的方法包括形成具有狹縫的下層金屬線，該狹縫系位於接下來欲形成的介層洞的附近；以及在該下層金屬線上形成一介電層，且將介電質填入下層金屬線的狹縫中。
9.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於該上層金屬線上具有該局部狹縫，且形成雙鑲嵌開口和填入金屬的方法包括在該介電層內形成由介層洞和溝槽所構成的雙鑲嵌開口，而且，在形成溝槽的同時，在介層洞附近位置上保留部分介電層而形成狹縫；以及將金屬填入該雙鑲嵌開口中，而在介層洞內形成一金屬插塞，在溝槽內形成一具有狹縫的上層金屬線。
10.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於該上、下層金屬線上均具有該局部狹縫，該方法包括形成具有第一狹縫的下層金屬線，該第一狹縫系位於接下來欲形成的介層洞的附近；在該下層金屬線上形成一介電層，且將介電質填入下層金屬線的第一狹縫中；在該介電層內形成由介層洞和溝槽所構成的雙鑲嵌開口，而且，在形成溝槽的同時，在介層洞附近保留部分介電層而形成第二狹縫；以及將金屬填入該雙鑲嵌開口中，而在介層洞內形成一金屬插塞，在溝槽內形成一具有第二狹縫的上層金屬線。
全文摘要
本發明提供具有局部狹縫的金屬內連線構造及其製造方法。其構造包括一下層金屬線；一介電層，其位於該下層金屬線之上，具有由下方的介層洞和上方的溝槽所構成的雙鑲嵌開口；以及一金屬層，系填於雙鑲嵌開口內，而形成依於下層金屬線上的金屬插塞，和位於金屬插塞上的上層金屬線。此上層或下層金屬線上具有一局部狹縫，此局部狹縫係為介電質所形成且位於介層洞附近。藉由在上層或下層金屬線上、介層洞的附近設置局部狹縫，可以減輕上、下層金屬線在介層洞附近的應力，避免漏電。
文檔編號H01L21/768GK1464553SQ0212236
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月14日 優先權日2002年6月14日
發明者莊學理 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司