專利名稱：集成電路的虛擬圖案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于集成電路的虛擬圖案，特別是有關(guān)于銅制程中，應(yīng)用虛擬圖案(Dummy Pattern)于集成電路結(jié)構(gòu)，借以改善銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)與其它材料產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，而產(chǎn)生腐蝕(Corrosion)或消耗(Consumption)現(xiàn)象。
而銅金屬本身具有許多優(yōu)勢(shì)，例如(1)低電阻銅金屬的電阻值約為1.67μΩ-cm，較金金屬為低。(2)抗電性遷移能力佳銅金屬約為鋁金屬的30倍至100倍。(3)良好的熱導(dǎo)性。再加上可以化學(xué)氣相沉積與電鍍的方式長(zhǎng)成，因此，銅制程已漸成為各集成電路廠所采用的制程。以上所述的銅金屬的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于集成電路組件的特性有很大的幫助，例如較快的速度、降低串音現(xiàn)象(Cross Talk)、以及具有較小的RC時(shí)間常數(shù)。但是，銅金屬的一些化學(xué)性質(zhì)卻阻礙了其在集成電路組件上的應(yīng)用，其中包括(1)銅金屬在約200℃的低溫下極易與許多元素反應(yīng)，例如與硅或硅基材反應(yīng)，形成如Cu3Si的化合物于集成電路結(jié)構(gòu)中，而造成組件失效。(2)銅金屬無(wú)法像鋁金屬一樣生成自我保護(hù)的氧化層，因此容易氧化與腐蝕，而影響金屬聯(lián)機(jī)的導(dǎo)電穩(wěn)定性。(3)銅金屬與介電層的附著性不良，使得集成電路中薄膜結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度不足。(4)銅原子具有快速的擴(kuò)散性，在電場(chǎng)的加速下，銅原子能穿透介電層而快速的擴(kuò)散，尤其一旦銅原子擴(kuò)散至硅基材中，會(huì)引入深層能階受體(Deep Level Acceptor)，造成組件的特性退化與失效。(5)銅的鹵素氣體在電漿中的蒸氣壓很低，不易以反應(yīng)性離子蝕刻(Reactive Ion Etching)等干蝕刻方式，來(lái)制作細(xì)微線路圖樣。
集成電路是將特定電路所需的各種電子組件與線路，縮小制作在微小芯片面積上的一種電子產(chǎn)品。當(dāng)集成電路的積集度增加，使得芯片的表面無(wú)法提供足夠的面積來(lái)制作所需的內(nèi)聯(lián)機(jī)時(shí)，多層金屬層的設(shè)計(jì)便逐漸成為許多集成電路所必須采用的方式。各層金屬層間，再利用金屬聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，例如插塞或介層窗，來(lái)達(dá)到彼此串連的目的，以成為一個(gè)完整的回路。而為了不讓各層金屬層間除了有插塞外的結(jié)構(gòu)相互接觸而發(fā)生短路，可利用介電材料所構(gòu)成的內(nèi)金屬介電層來(lái)加以隔離。

圖1所繪示為一般集成電路組件，其中一金屬聯(lián)機(jī)層的俯視圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，介電層10中的斜線部分是代表集成電路中的其中一層的銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)，由于組件的設(shè)計(jì)不同，各銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)的長(zhǎng)度與形狀也不盡相同。另外，由上述說(shuō)明中，可了解銅金屬具有易氧化與腐蝕的缺點(diǎn)，在一般多重金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)制程中，利用化學(xué)氣相沉積所形成的介電層10中含有許多的自由電子，因此銅金屬插塞很容易與介電層10間進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，而造成暴露于介電層表面的銅金屬聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕(Corrosion)或消耗(Consumption)現(xiàn)象。更由于銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)14的長(zhǎng)度大于銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)12的長(zhǎng)度，造成電化學(xué)反應(yīng)中，陰陽(yáng)極面積比相差過(guò)于懸殊，因此在銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)14上的插塞結(jié)構(gòu)會(huì)較銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)12上的插塞結(jié)構(gòu)易腐蝕。如此一來(lái)，銅金屬的腐蝕現(xiàn)象降低了導(dǎo)電穩(wěn)定性，而影響集成電路組件的品質(zhì)。
本發(fā)明集成電路的虛擬圖案包括一虛擬區(qū)域位于沉積層中，其中虛擬區(qū)域的表面是暴露于沉積層的表面；以及，一虛擬導(dǎo)線，其中虛擬導(dǎo)線的一端是與虛擬區(qū)域相互連接，且虛擬導(dǎo)線的另一端是與銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)相互連接。本發(fā)明集成電路的虛擬圖案中，上述的虛擬區(qū)域與虛擬導(dǎo)線是由一銅金屬材料所構(gòu)成，并可應(yīng)用于例如氟硅玻璃(FSG)或其它介電材料所構(gòu)成的沉積層中，此沉積層可以化學(xué)氣相沉積方法(CVD)或旋轉(zhuǎn)涂布(Spin-On)方式所形成。另外，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，上述的虛擬區(qū)域可應(yīng)用一般使化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)更加平坦化的虛擬結(jié)構(gòu)，例如虛擬焊墊(Dummy Pad)、虛擬聯(lián)機(jī)(Dummy Line)、或虛擬介層窗(Dummy Via)結(jié)構(gòu)。
因此，將本發(fā)明虛擬圖案應(yīng)用在集成電路結(jié)構(gòu)中，則可包括一基材；一第一銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)位于基材上；一介電層位于銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)上；一第二銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)位于介電層中，其中第二銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)的一端是與第一銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)相互連接，而另一端是暴露于介電層的表面；以及，一虛擬圖案位于介電層中，此虛擬圖案是為上述本發(fā)明集成電路的虛擬圖案。另外，上述的第二銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)是可為一金屬插塞結(jié)構(gòu)。
將本發(fā)明集成電路的虛擬圖案應(yīng)用在集成電路中，可由于構(gòu)成虛擬圖案的銅金屬材料的犧牲，使得原先線路中銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)的腐蝕現(xiàn)象減輕，而改善組件的導(dǎo)電穩(wěn)定性。
圖號(hào)說(shuō)明10 介電層 12 銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)14 銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī) 30 內(nèi)金屬介電層32 銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī) 34 銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)36 基材 38 暴露表面40 接觸面 42 虛擬焊墊50 內(nèi)金屬介電層 52 銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)54 虛擬聯(lián)機(jī) 56 虛擬焊墊58 銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī) 60 基材62 虛擬銅導(dǎo)線 64 虛擬銅導(dǎo)線
66 暴露表面 68 暴露表面70 暴露表面 72 接觸面A-A’ 剖面線B-B’ 剖面線而與內(nèi)金屬介電層30的接觸面40，則產(chǎn)生一還原反應(yīng)，其反應(yīng)式如下所示
如此一來(lái)，暴露表面38的銅金屬材料便漸漸被消耗，而產(chǎn)生銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)32的腐蝕現(xiàn)象。這種腐蝕現(xiàn)象尤其在陰陽(yáng)極比例相差懸殊，亦即接觸面40的表面積比暴露表面的表面積大很多的情況下，更為嚴(yán)重。
因此，本發(fā)明是提供一種集成電路的虛擬圖案，借以改善上述因氧化還原情況所造成的銅金屬腐蝕現(xiàn)象。本發(fā)明以一較佳實(shí)施例來(lái)做為說(shuō)明。圖3A所繪示為應(yīng)用本發(fā)明虛擬圖案的集成電路部分結(jié)構(gòu)的俯視圖，而圖3B所繪示為應(yīng)用本發(fā)明虛擬圖案的集成電路部分結(jié)構(gòu)的剖面圖，其中圖3B是為圖3A沿B-B’剖面線的剖面結(jié)構(gòu)圖。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D3A與圖3B，在基材60上，是具有銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)58，并有一內(nèi)金屬介電層50位于銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)58上，另外，并具有銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)52于內(nèi)金屬介電層50，以做為銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)58與上一層金屬層的電性連接。而本發(fā)明是在內(nèi)金屬介電層50形成虛擬區(qū)域例如虛擬聯(lián)機(jī)54與虛擬焊墊56，并形成虛擬銅導(dǎo)線62與虛擬銅導(dǎo)線64以分別做為虛擬聯(lián)機(jī)54、虛擬焊墊56與銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)58間的連接，如此便形成本發(fā)明的虛擬圖案。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于利用虛擬區(qū)域以做為銅金屬材料與內(nèi)金屬介電層50間的氧化還原犧牲區(qū)。請(qǐng)參照?qǐng)D3B，因?yàn)殂~金屬材料本身化學(xué)特性所致，銅金屬材料與內(nèi)金屬介電層50的接觸面，例如接觸面72，會(huì)產(chǎn)生還原反應(yīng)，而銅金屬材料不與內(nèi)金屬介電層50接觸表面，例如暴露表面66、暴露表面68、與暴露表面70，則產(chǎn)生氧化反應(yīng)。由于應(yīng)用本發(fā)明虛擬圖案于集成電路中，利用例如虛擬聯(lián)機(jī)54與虛擬焊墊56的虛擬區(qū)域來(lái)平衡電化學(xué)反應(yīng)中陰陽(yáng)極的面積比，因此在銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)52表面的銅金屬材料的消耗速率可減輕，而可改善習(xí)知的銅腐蝕現(xiàn)象。另外，暴露于介電層表面的虛擬區(qū)域的面積越大，例如虛擬聯(lián)機(jī)54與虛擬焊墊56的表面積越大，則進(jìn)行氧化反應(yīng)的暴露面積與進(jìn)行還原反應(yīng)的接觸面積越接近，因此，越能改善銅金屬的消耗與腐蝕現(xiàn)象。
本發(fā)明集成電路的虛擬圖案是于制作銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)52時(shí)，利用例如金屬鑲嵌制程來(lái)同步制作，而可省略制程時(shí)間與步驟。另外，在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，做為虛擬區(qū)域是應(yīng)用一般集成電路制程中改善化學(xué)機(jī)械研磨平坦化所用的虛擬結(jié)構(gòu)，例如虛擬焊墊。因此，本發(fā)明僅需制作虛擬銅導(dǎo)線62與虛擬銅導(dǎo)線64，更可使制程簡(jiǎn)單化。值得注意的是，上述本發(fā)明構(gòu)成虛擬圖案的虛擬區(qū)域與虛擬銅導(dǎo)線的位置、形狀、數(shù)量與結(jié)構(gòu)僅為舉例，可視制程與產(chǎn)品所需而加以改變，本發(fā)明不限于此。而上述制作銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)、焊墊、介層窗、與溝渠等結(jié)構(gòu)所需的制程是為熟悉此技藝者所知，故本發(fā)明不在此贅述。
應(yīng)用本發(fā)明集成電路的虛擬圖案，可改善銅金屬材料消耗與腐蝕的缺點(diǎn)，進(jìn)而增加金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)的導(dǎo)電穩(wěn)定性，因此可制作品質(zhì)較佳的集成電路組件。
權(quán)利要求
1.一種集成電路的虛擬圖案(Dummy Pattern)，是借以改善一銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)與一沉積層進(jìn)行一氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象，該集成電路的虛擬圖案至少包括一虛擬區(qū)域位于該沉積層中，其中該虛擬區(qū)域的一面是暴露于該沉積層的表面；以及一虛擬導(dǎo)線，其中該虛擬導(dǎo)線的一端是與該虛擬區(qū)域的另一面相互連接，且該虛擬導(dǎo)線的另一端是與該銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路的虛擬圖案，其特征在于上述的虛擬區(qū)域與該虛擬導(dǎo)線是由一銅金屬材料所構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路的虛擬圖案，其特征在于上述的沉積層是一介電層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路的虛擬圖案，其特征在于上述的虛擬區(qū)域是借以使得一化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟可更加平坦化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路的虛擬圖案，其特征在于該虛擬區(qū)域是一虛擬焊墊(Dummy Pad)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路的虛擬圖案，其特征在于該虛擬區(qū)域是一虛擬聯(lián)機(jī)(Dummy Line)結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路的虛擬圖案，其特征在于該虛擬區(qū)域是一虛擬介層窗(Dummy Via)結(jié)構(gòu)。
8.一種改善銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)腐蝕現(xiàn)象的集成電路結(jié)構(gòu)，至少包括一基材；一第一銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)位于該基材上；一介電層位于該第一銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)上；一第二銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)位于該介電層中，其中該第二銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)的一端是與該第一銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)相互連接，而該第二銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)的另一端是暴露于該介電層的表面；以及一虛擬圖案位于該介電層中，該虛擬圖案至少包括一虛擬區(qū)域，其中該虛擬區(qū)域的一面是暴露于該介電層的表面；以及一虛擬導(dǎo)線，其中該虛擬導(dǎo)線的一端是與該虛擬區(qū)域的另一面相互連接，且該虛擬導(dǎo)線的另一端是與該第一銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)相互連接，而該虛擬區(qū)域是借以使得一化學(xué)機(jī)械研磨步驟可更加平坦化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改善銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)腐蝕現(xiàn)象的集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于上述的虛擬圖案是由一銅金屬材料所構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改善銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)腐蝕現(xiàn)象的集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于該虛擬區(qū)域的結(jié)構(gòu)是可選自于由一虛擬焊墊結(jié)構(gòu)、一虛擬聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)與一虛擬介層窗結(jié)構(gòu)所組成的一族群。
全文摘要
一種集成電路的虛擬圖案，是在銅制程中，制作虛擬導(dǎo)線以連接虛擬區(qū)域與組件的銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)，借以利用構(gòu)成虛擬圖案的銅金屬材料的犧牲，來(lái)改善一般暴露于介電層表面的銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)或插塞結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象；其中，上述的虛擬區(qū)域需具有較大的面積，因此可利用原有改善化學(xué)機(jī)械研磨所使用的虛擬焊墊，或在金屬鑲嵌制程中同步制作虛擬聯(lián)機(jī)、虛擬介層窗、或虛擬溝渠結(jié)構(gòu)；將此虛擬圖案應(yīng)用在集成電路中，可獲得導(dǎo)電性較為穩(wěn)定的組件產(chǎn)品。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1459842SQ02119790
公開(kāi)日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2002年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月16日
發(fā)明者邱文智, 施足 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司