專利名稱：具有槽型金屬襯墊和網(wǎng)狀通路圖案的結(jié)合襯墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的某種結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和制造，且更具體而言，涉及包括例如結(jié)合襯墊的某種多層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和制造。
背景技術(shù)：
在集成電路的制造中，結(jié)合襯墊通常用于提供外部電路與集成電路的內(nèi)部線路之間的電連接。通過形成的結(jié)合襯墊和形成在介電層中的金屬栓，外部電路可以與集成電路的內(nèi)部電路形成電連接。
在圖1中示出了常規(guī)的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，該圖示出了常規(guī)結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的截面圖，該結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)包括多個(gè)金屬襯墊2a-2d、設(shè)置在金屬襯墊之間的多個(gè)層間電介質(zhì)3a-3d、和穿過插入的層間電介質(zhì)在相鄰金屬襯墊之間建立電連接的多個(gè)獨(dú)立的接觸栓4a-4c。
如圖1所示的常規(guī)結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)易受某些限制和問題的影響，例如包括由機(jī)械和/或熱應(yīng)力導(dǎo)致的在導(dǎo)電線與金屬襯墊之間的界面和/或金屬襯墊與相鄰的層間電介質(zhì)之間的材料界面分離和/或開裂，或沿它們分離和/或開裂。制造此結(jié)構(gòu)的工藝也可能具有某些限制和問題，例如包括凹陷，即從被較硬材料圍繞的“較軟”材料，例如被電介質(zhì)圍繞的金屬，的中心部分過多地除去材料，其產(chǎn)生凹陷的表面區(qū)域并引起不希望的材料減薄。
已經(jīng)提出各種結(jié)構(gòu)來改變結(jié)合襯墊的結(jié)構(gòu)以解決這些缺陷，包括例如形成具有被介電層分開的第一金屬層和第二金屬層的結(jié)合襯墊，穿過該介電層形成多個(gè)導(dǎo)電栓。提出的另一種方案是采用具有設(shè)置在第一支持層上的覆層的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，該第一支持層可以構(gòu)造為實(shí)心的或槽型片，其又可以設(shè)置在構(gòu)造有槽型或棋盤型排列中的空間的第二支持層上。此提議的變化提供了這樣的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中第一和第二支持層設(shè)置有多個(gè)槽，其垂直于其他支持層中的槽，但既不平行也不垂直于整個(gè)結(jié)構(gòu)的主邊設(shè)置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)可以提高所得結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)對機(jī)械和/或熱應(yīng)力的抵抗力，該機(jī)械和/或熱應(yīng)力將在制造和組裝工藝的剩余部分中產(chǎn)生和最終的半導(dǎo)體器件在后續(xù)使用中可能產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)可以提高所得結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)對包括在結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)中的各種導(dǎo)電和介電層的分離、分層(delamination)或剝落的抵抗力。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)可以改善結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的制造性，其包括例如在結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的制造中減小受到凹陷的影響和/或允許使用更寬范圍的導(dǎo)電和介電材料，從而得到改善的性能和/或可靠性。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)將包括第一介電層；第一導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第一介電層上并圍繞所述第一介電層的延長部分；第二介電層，形成在所述第一導(dǎo)電襯墊圖案上；第一多個(gè)導(dǎo)電通路，具有第一結(jié)構(gòu)，穿過所述第二介電層形成并與所述第一導(dǎo)電襯墊圖案形成電接觸；第二導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第二介電層上，與第一多個(gè)導(dǎo)電通路電接觸，并圍繞所述第二介電層的延長部分；第三介電層，形成在所述第二導(dǎo)電襯墊圖案上；第二多個(gè)導(dǎo)電通路，具有第二結(jié)構(gòu)，穿過第三介電層形成，并與所述第二導(dǎo)電襯墊圖案形成電接觸；和第三導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第三介電層中，并與所述第二多個(gè)導(dǎo)電通路形成電接觸。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)還可以改進(jìn)，通過例如把第一導(dǎo)電襯墊圖案構(gòu)造為圍繞第一介電層的多個(gè)延長部分和/或把第二導(dǎo)電襯墊圖案構(gòu)造為圍繞第二介電層的多個(gè)延長部分。根據(jù)此第一實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的其他改進(jìn)可以包括構(gòu)造第一介電層的延長部分以具有開口構(gòu)造，例如不完全被導(dǎo)電襯墊圖案覆蓋，和/或構(gòu)造第二介電層的延長部分為具有開口構(gòu)造。類似地，第一介電層的延長部分可以被構(gòu)造為具有封閉結(jié)構(gòu)，例如完全被導(dǎo)電襯墊圖案覆蓋和/或圍繞導(dǎo)電襯墊圖案的一部分，和/或構(gòu)造第二介電層的延長部分為具有封閉構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)還可以改進(jìn)，通過例如構(gòu)造第一介電層的延長部分為包括不超過由第一導(dǎo)電襯墊結(jié)構(gòu)的周邊所限定區(qū)域的10％，和/或構(gòu)造第二介電層的延長部分為代表不超過由所述第二導(dǎo)電襯墊結(jié)構(gòu)的周邊所限定區(qū)域的10％。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，相應(yīng)的圖案可以構(gòu)造來基本上提供導(dǎo)電襯墊結(jié)構(gòu)表面與介電層的相應(yīng)延長部分之間的任何希望的比例，且因此介電層區(qū)域可以包括例如總面積的15％、20％、25％或可能多達(dá)50％。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，隨著介電層相對面積的減小，由介電部分提供的優(yōu)點(diǎn)將傾向于減少，增加了在結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的制造期間的例如CMP的加工步驟中發(fā)生破壞的可能性。通過對保留來提高其有效性的介電部分構(gòu)造的改進(jìn)，可以在某種程度上解決此減少。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解，增加介電部分的相對面積能增加總結(jié)構(gòu)的抵抗力，并為連接在相鄰導(dǎo)電襯墊圖案之間的通路的形成提供較少的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)還可以改進(jìn)，通過例如設(shè)置第一和第二介電層的延長部分為互補(bǔ)圖案，包括例如設(shè)置第一和第二延長介電部分的延長部分，因此與第一延長介電部分相關(guān)的縱軸和與第二延長介電部分相關(guān)的縱軸限定了兩組介電部分之間的轉(zhuǎn)動(dòng)、軸向、橫向和/或徑向偏移。例如90度的轉(zhuǎn)動(dòng)偏移θ，比如類似構(gòu)造的第一和第二延長介電部分之間基本垂直的排列，將傾向于減小連續(xù)圖案之間的垂直交疊，因此提高所得結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。
如此處所采用的，術(shù)語轉(zhuǎn)動(dòng)偏移指這樣的情形一個(gè)圖案相對于另一圖案關(guān)于軸轉(zhuǎn)動(dòng)，雖然移動(dòng)的圖案和參考圖案可能設(shè)置為同軸關(guān)系或不設(shè)置為同軸關(guān)系。如此處所采用的，術(shù)語軸向和橫向偏移指移動(dòng)圖案不改變尺寸地沿單軸關(guān)于參考圖案的移動(dòng)，例如絕對x和y尺度，或縱橫比例如移動(dòng)圖案的x和y尺度的比例。如此處所采用的，術(shù)語徑向偏移指沿徑向線移動(dòng)移動(dòng)圖案的相應(yīng)部分，特別是涉及關(guān)于中心點(diǎn)對稱的圖案，因此傾向于改變移動(dòng)圖案的尺寸而不改變移動(dòng)圖案的縱橫比。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)可以包括設(shè)置為關(guān)于第二介電層的延長部分的基本平行和橫向偏移取向的第一介電層的延長部分。用于制造結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的連續(xù)系列圖案之間的偏移排列可以擴(kuò)展到設(shè)置為關(guān)于第二多個(gè)導(dǎo)電通路建立偏移取向的第一多個(gè)導(dǎo)電通路。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，相應(yīng)的圖案可以構(gòu)造得基本上提供連續(xù)導(dǎo)電通路之間任何希望的垂直交疊度，以提供例如不超過連續(xù)通路圖案之間約90％的垂直交疊度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，此垂直交疊度可以通過調(diào)整相關(guān)圖案層而根據(jù)希望改進(jìn)，從而提供例如不超過連續(xù)導(dǎo)電通路圖案的導(dǎo)電通路表面區(qū)域之間75％、50％、25％、10％、10％以下的垂直交疊甚至無垂直交疊。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)還可以包括第一和/或第二介電層的延長部分，其設(shè)置為關(guān)于前面的和/或后面的導(dǎo)電通路圖案基本平行和橫向偏移取向，因此通路圖案僅設(shè)置在介電層的相鄰延長部分之間區(qū)域中，例如，導(dǎo)致通路圖案與介電圖案之間很少或沒有垂直交疊的設(shè)置。介電圖案和/或通路圖案也可以設(shè)置為當(dāng)從上觀測時(shí)產(chǎn)生“網(wǎng)狀”或“籃狀”圖案，類似或不同材料的連續(xù)圖案轉(zhuǎn)動(dòng)偏移例如90度和/或軸向偏移，典型地僅沿x或y軸，以形成具有相對小區(qū)域的圖案，其中存在例如在圖6A中或圖2A和圖3的覆蓋圖(overlay)中示出的連續(xù)圖案之間的垂直交疊。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例包括第一介電層；第一導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第一介電層中并圍繞所述第一介電層的延長部分；第二介電層，形成在所述第一導(dǎo)電襯墊圖案上；第一多個(gè)導(dǎo)電通路，具有第一結(jié)構(gòu)，穿過所述第二介電層形成并與所述第一導(dǎo)電襯墊圖案電接觸；第二導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第二介電層中，與所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路電接觸；和鈍化圖案，形成在所述第二導(dǎo)電襯墊圖案的上表面上并暴露其大部分。
如同根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例，此實(shí)施例也可以改進(jìn)，通過例如構(gòu)造第一導(dǎo)電襯墊圖案以圍繞所述第一介電層的多個(gè)延長部分。導(dǎo)電襯墊圖案也可以構(gòu)造為在介電層中產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)“開口”和/或封閉結(jié)構(gòu)。結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的此實(shí)施例也可以包括關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的上述一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)變量。
本發(fā)明還包括晶片制造工藝的實(shí)施例，其包括形成根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)所需的步驟。形成根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的方法的第一實(shí)施例包括如下步驟形成第一介電層；除去所述第一介電層的部分以形成圍繞所述第一介電層的延長部分的第一凹陷導(dǎo)電襯墊區(qū)；淀積第一導(dǎo)電材料層；除去所述第一導(dǎo)電材料層的上部分以形成圍繞所述第一介電層的延長部分的第一導(dǎo)電襯墊；形成第二介電層；除去所述第二介電層的第一部分以形成具有第一結(jié)構(gòu)的多個(gè)第一通路開口；除去所述第二介電層的第二部分，以形成圍繞第二介電層的延長部分的第二凹陷導(dǎo)電襯墊區(qū)；淀積第二導(dǎo)電材料層；除去第二導(dǎo)電材料層的上部分以形成圍繞所述第二介電層的延長部分的第二導(dǎo)電襯墊和在第一和第二導(dǎo)電襯墊之間建立電接觸的第一多個(gè)導(dǎo)電通路；形成第三介電層；除去所述第三介電層的第一部分以形成多個(gè)第二通路開口；淀積第三導(dǎo)電材料層；并除去所述第三導(dǎo)電材料層的上部分以形成第三導(dǎo)電襯墊和在第二和第三導(dǎo)電襯墊之間建立電接觸第二多個(gè)導(dǎo)電通路。
將理解，上述根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例可以改進(jìn)，通過例如設(shè)置第二多個(gè)導(dǎo)電通路為設(shè)置在第一結(jié)構(gòu)中并沿轉(zhuǎn)動(dòng)、徑向和/或橫向從第一多個(gè)導(dǎo)電通路偏移，以減小第一和第二導(dǎo)電通路圖案之間的交疊。可以形成上述關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，從而第一介電層的延長部分將從第二或連續(xù)介電層或其他參考層的延長部分轉(zhuǎn)動(dòng)偏移。


通過參照附圖對本發(fā)明示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述中，本發(fā)明將變得更為明顯，在附圖中圖1提供了用于制造半導(dǎo)體器件的常規(guī)結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2A是用于根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的N金屬襯墊和N通路圖案的俯視圖，且圖2B是圖2A的通路圖案部分140的放大視圖；圖3是用于根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的結(jié)合襯墊的圖案的N+1金屬襯墊和N+1通路圖案的俯視圖；圖4是沿分別接合了圖2和圖3所示的N和N+1金屬襯墊和N和N+1通路圖案的本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的示范性實(shí)施例的線A-A’的截面圖；圖5A和5B示出了N和N+1金屬襯墊的示范性實(shí)施例的平面圖，每個(gè)金屬襯墊都具有設(shè)置為基本垂直于相鄰金屬襯墊上的槽的取向的多個(gè)槽；圖6A示出了相鄰?fù)逢嚵?40、240的偏移對準(zhǔn)的示范性實(shí)施例的平面圖，其中這些陣列沿一般的水平軸彼此偏移，導(dǎo)致單個(gè)和交疊區(qū)域190(具有交叉陰影線)；圖6B示出了相鄰?fù)逢嚵?40、240的偏移對準(zhǔn)的示范性實(shí)施例的平面圖，其中這些陣列沿一般的對角軸彼此偏移，導(dǎo)致單個(gè)和交疊區(qū)域190(具有交叉陰影線)；圖7A-7C示出了用于在連續(xù)金屬襯墊或其他導(dǎo)電材料之間建立接觸的通路圖案的可選示范性實(shí)施例；圖8是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的示范性實(shí)施例的截面圖；圖9是接合有根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的示范性實(shí)施例的寬型通路圖案的最后或上金屬襯墊的截面圖；
圖10是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的示范性實(shí)施例的截面圖；圖11是具有更復(fù)雜槽結(jié)構(gòu)和偏移通路陣列的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的示范性實(shí)施例的平面圖；圖12是具有更復(fù)雜槽結(jié)構(gòu)和偏移通路陣列的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的另一示范性實(shí)施例平面圖；圖13A-13D是具有各種開口和封閉槽結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電圖案層的個(gè)各種示范性實(shí)施例的平面圖；和圖14A-14D是在圖13A-13D中示出的各個(gè)導(dǎo)電圖案層的兩層疊層的各種示范性實(shí)施例的平面圖，其中兩層被轉(zhuǎn)動(dòng)偏移以限定設(shè)置在導(dǎo)電圖案中的開口之間的各種垂直交疊。
提供這些附圖以幫助對下面詳細(xì)描述的本發(fā)明示范性實(shí)施例的理解，且不應(yīng)理解為對本發(fā)明的不恰當(dāng)?shù)南拗?。特別是，在附圖中示出的各種相對空間、位置、尺寸和維度不是成比例的，且為了提高清晰起見，可能已經(jīng)對其進(jìn)行了夸大、減小或改進(jìn)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解，僅為了提高和減少附圖數(shù)目而省略了可選結(jié)構(gòu)的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解可以選擇并獨(dú)立組合示出或描述的不脫離本公開的范圍和精神的關(guān)于示范性實(shí)施例的各種工藝步驟以產(chǎn)生用于制造半導(dǎo)體器件的其他方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了包括通路圖案和槽型金屬襯墊的一定范圍的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)及制造此結(jié)構(gòu)的方法，以克服常規(guī)結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。
如圖2A所示，金屬襯墊120形成在襯底100上。金屬襯墊包括至少一個(gè)槽130，例如至少部分穿過形成金屬襯墊的金屬層而形成的延長開口，且第一層間電介質(zhì)形成在第一(或第N)個(gè)金屬襯墊上。雖然示出形成在金屬襯墊120中的開口是延長槽130，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，此開口可以容易地變化為在金屬襯墊的周邊內(nèi)暴露出的寬范圍的介電區(qū)結(jié)構(gòu)。
如此處所采用的，N和第N應(yīng)理解為可互換的變量，其指設(shè)置在相應(yīng)于N+1或第N+1水平或結(jié)構(gòu)下面的水平或結(jié)構(gòu)，即在器件制造工藝中較早形成的。例如，如果第N水平是第二水平，則第N+1水平是第三水平。將理解，參考水平N以上或以下的水平數(shù)目可以通過使用適當(dāng)?shù)恼?對第N層以上的層)和負(fù)值(對第N層以下的層)而容易地表示。
還將理解，在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)中形成的每個(gè)導(dǎo)電“水平”將被相應(yīng)的介電層與至少一個(gè)相鄰導(dǎo)電水平分離，通過該介電層提供導(dǎo)電通路以在相鄰導(dǎo)電水平之間建立電連接。導(dǎo)電通路所采用的數(shù)目、尺寸和材料將決定導(dǎo)電通路對整個(gè)結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的總電阻(Ω)和總電流攜帶能力的貢獻(xiàn)。類似地，較大金屬襯墊的材料和尺寸也對根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的總電阻有貢獻(xiàn)。
然后，一系列第一通路開口140穿過層間電介質(zhì)形成，以暴露出金屬襯墊120表面的一部分。然后這些第一通路開口被填充有一種或多種導(dǎo)電材料，包括例如從包括鋁、銅和它們的合金、其他金屬例如鈦、鉭和鎢及它們的氮化物構(gòu)成的組中選擇的一種或多種導(dǎo)電材料，以形成到第一金屬襯墊的電連接?？梢詫殡姾蛯?dǎo)電材料進(jìn)行一種或多種工藝，例如蝕刻和/或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，以形成適合于額外處理的相對光滑、平整的表面。
依靠用于制造半導(dǎo)體器件的特定工藝，可以在平整化的表面上淀積第二金屬層，以建立到設(shè)置在第一通路開口中的導(dǎo)電材料的上表面的電連接。然后可以采用例如常規(guī)光刻和濕法和/或干法刻蝕工藝構(gòu)圖并蝕刻這一層，以形成第二金屬襯墊，該第二金屬襯墊也可以包括至少一個(gè)穿過第二金屬襯墊延伸的槽230。
作為選擇，可以采用金屬鑲嵌(damascene)工藝，在該工藝中可以淀積然后構(gòu)圖并蝕刻另一介電層以敞開指定區(qū)域，包括那些位于設(shè)置在第一通路開口中的導(dǎo)電材料以上的區(qū)域。然后可以在開口區(qū)域中并在介電層的剩余部分上淀積第二金屬層，然后對其采用例如CMP處理，以除去不在所定義的開口中的金屬層的區(qū)域，例如那些位于槽上的和那些位于介電層未蝕刻部分上的，因此形成第二金屬襯墊220。
第一和第二金屬層可以由單一金屬或金屬合金形成，但一個(gè)或多個(gè)金屬層可以包括難熔金屬層、硅化物或?qū)щ姷?，以提供一個(gè)或多個(gè)阻擋層。類似地，根據(jù)相應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)和具體半導(dǎo)體器件的電流及電壓要求，一種或多種金屬層可以被導(dǎo)電材料替換或與其結(jié)合設(shè)置，該導(dǎo)電材料例如TaN、TiN和WN，這將增加在后續(xù)的高溫操作中的抵抗力。然而，在大多數(shù)情況下認(rèn)為鋁、鋁合金、銅和/或銅合金足夠用作至少最高導(dǎo)電層水平。然而，在銅和銅合金的情形，通常優(yōu)選使用阻擋層，例如金屬/金屬氮化物阻擋層的組合如Ta/TaN。
設(shè)置在第二金屬中的槽230和形成在覆蓋第二(第N+1)金屬襯墊的介電層中的通路開口240的特定圖案可以以某種方式偏移，例如沿某軸移動(dòng)或設(shè)置為與槽130和第一金屬襯墊連接的通路開口140的鏡像或互補(bǔ)結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，根據(jù)與第一和第二金屬襯墊相關(guān)的結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，可以采用寬范圍的結(jié)構(gòu)，包括具有某種程度交疊的那些，以實(shí)施此發(fā)明。
無論如何，一旦第二(或第N+1)金屬襯墊220已經(jīng)形成，另一層間電介質(zhì)形成在第二金屬襯墊220上。一系列第二通路開口240穿過層間電介質(zhì)形成以暴露部分金屬襯墊220的表面。然后這些第二通路開口被填充一種或多種導(dǎo)電材料，包括例如從包括鋁、銅和合金、其他金屬例如鈦、鉭和鎢及其氮化物構(gòu)成的組中選擇的一種或多種導(dǎo)電材料以形成到第二金屬襯墊的電連接。可以對介電和導(dǎo)電材料進(jìn)行一種或多種工藝，例如蝕刻和/或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，以形成適合于額外處理的相對光滑、平整的表面。
根據(jù)用于制造半導(dǎo)體器件的特定工藝，可以在平整化的表面上淀積第三金屬層，以建立到設(shè)置在第二通路開口中的導(dǎo)電材料的上表面的電連接。然后可以采用例如常規(guī)光刻和一種或多種濕法和/或干法刻蝕工藝構(gòu)圖并蝕刻這一層，以形成第二金屬襯墊。
作為選擇，可以采用金屬鑲嵌工藝，其中可以淀積然后構(gòu)圖并蝕刻另一介電層以打開指定區(qū)域，包括那些位于設(shè)置在第二通路開口中的導(dǎo)電材料以上的區(qū)域。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以根據(jù)實(shí)施本發(fā)明的人的需要，對第N+2、N+3等層重復(fù)形成在金屬襯墊上的絕緣層和通過其形成到在下的導(dǎo)體的電接觸的開口通路的基本工序。
然后可以在開口區(qū)域中和介電層的剩余部分上淀積一種或多種額外金屬層，包括例如第三(或最后)金屬層，然后將其通過例如CMP進(jìn)行處理以除去金屬層不在限定的開口中的部分，因此形成第三金屬襯墊350。如果第三金屬襯墊350是結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)中的最后金屬層，那么周邊可以被氮化物或其他適當(dāng)材料的鈍化層所保護(hù)，這些材料將趨向于抑制或防止對結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的污染(contamination)和/或機(jī)械損傷。
圖2B示出了圖2A所示的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的放大部分，具體是跨過第一金屬襯墊120的表面設(shè)置的通路陣列140中的一個(gè)。如圖2B所示，通路陣列可以包括水平部分150、垂直部分160、和水平與垂直部分彼此接近的未敞開區(qū)域170。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，此處形容詞水平的和垂直的僅為了圖2B的定向的方便，而不必與參考結(jié)構(gòu)的實(shí)際物理定位有任何關(guān)聯(lián)。
圖3示出了能用于制造根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的N+1金屬襯墊和N+1通路圖案的平面圖。如圖3所示，N+1金屬襯墊220包括至少部分穿過金屬襯墊延伸的多個(gè)槽230和設(shè)置在槽之間的幾個(gè)多通路陣列240。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的示范性實(shí)施例的截面圖，其包括在圖2A和3中示出的N和N+1金屬襯墊和通路陣列。如圖4所示，第N個(gè)金屬襯墊120形成在襯底100上。根據(jù)所采用的具體制造工藝，“槽”130可以代表在淀積金屬層之前被構(gòu)圖和蝕刻的介電材料層的剩余部分。然后可以采用適當(dāng)蝕刻或CMP工藝除去上覆金屬層的上部分，以暴露介電材料層的表面，并限定其中形成有“槽”的金屬襯墊。
作為選擇，可以淀積、構(gòu)圖和蝕刻金屬層以限定金屬襯墊的周邊，并通過除去金屬襯墊120周邊內(nèi)的金屬部分而敞開槽130。然后在后續(xù)的層間介電材料的淀積中，將這些開口或槽130填充介電材料。
無論槽如何形成，它們建立了通常比圍繞的金屬要硬得多的介電材料區(qū)域，這將傾向于減少或消除在后續(xù)CMP處理中的金屬襯墊120的凹陷。然后可以采用適當(dāng)?shù)腃MP工藝除去凹陷介電材料，以提供適合于后續(xù)工藝的基本平整化的表面。
然后在金屬襯墊120的上表面上淀積或形成層間電介質(zhì)，且可以敞開多個(gè)通路140以暴露下面的金屬襯墊的表面部分，這多個(gè)通路140可以設(shè)置成單個(gè)圖案或一個(gè)或多個(gè)重復(fù)圖案。然后這些通路被填充一種或多種導(dǎo)電材料，包括例如從包括鋁、銅及合金其他金屬例如鈦、鉭和鎢及其氮化物構(gòu)成的組中選擇的一種或多種導(dǎo)電材料，以形成到金屬襯墊120的電連接。當(dāng)采用超過一種導(dǎo)電材料時(shí)，例如金屬氮化物如TaN的薄層會(huì)形成在通路的壁上，隨后是金屬層，例如Ta，以及在某些情況中另一種導(dǎo)電材料的另一層，例如Cu或Al?？梢詫殡姾蛯?dǎo)電材料進(jìn)行一種或多種工藝，例如蝕刻和/或CMP處理，以形成適合于額外處理的比較光滑、平整的表面。
如圖4所示，第N+1金屬襯墊220形成在形成于第N通路陣列140上的層間介電層的上表面上。根據(jù)采用的具體制造工藝，類似于上述槽130的槽230(在圖4中未示出)，可以代表在金屬層的淀積之前被構(gòu)圖和蝕刻的介電材料層的剩余部分，或者形成在金屬襯墊220中并隨后在后續(xù)的下一層層間介電材料的淀積中被填充介電材料的開口。
此外，槽130和230可以設(shè)置成相應(yīng)的或互補(bǔ)圖案，從而減少或消除其中兩個(gè)水平的槽垂直“堆疊”的區(qū)域。通過交替如圖5A和5B所示的槽130、230的圖案，且如下面所述的通路陣列140、240，所得結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的總機(jī)械強(qiáng)度可以得到提高。無論槽如何形成，它們建立將在后續(xù)CMP處理中傾向于減少或消除金屬襯墊220的凹陷的介電材料區(qū)域。
然后層間電介質(zhì)淀積或形成在金屬襯墊220的上表面上，且可以設(shè)置為單一圖案或一種或多種重復(fù)圖案的多個(gè)第N+1通路240被敞開以暴露下面的金屬襯墊的表面部分。第N+1通路240可以設(shè)置成相應(yīng)和/或互補(bǔ)圖案，如圖7A-7C所示，下面的第N通路140和通路陣列的交替或連續(xù)的水平可以沿圖6A、6B、11和12中示出的徑向和/或軸向偏離。然后這些通路240被填充一種或多種材料，包括，例如從包括鋁、銅及合金、其他金屬例如鈦、鉭和鎢及其合金構(gòu)成的組中選擇的一種或多種導(dǎo)電材料，以形成到金屬襯墊220的電連接。可以對介電和導(dǎo)電材料進(jìn)行一種或多種工藝，例如蝕刻和/或CMP工藝，以形成適用于額外處理的相對光滑、平整的表面。
然后第N+2金屬襯墊350，在此情況下是第三襯墊，可以形成在第N+1介電層和通路陣列240上，以提供用于結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的外接觸表面?？梢缘矸e、構(gòu)圖和蝕刻保護(hù)覆層或鈍化層，以形成在金屬襯墊350的周邊部分上延伸的保護(hù)材料圖案395，以完成示范性結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)。雖然此結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)已經(jīng)描述為具有三個(gè)分離的金屬襯墊，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，如圖8所示，可以采用額外的金屬襯墊320、通路陣列340和介電層390以產(chǎn)生可選的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)。
關(guān)于用于在兩個(gè)相鄰金屬襯墊之間，特別是在圖9所示的暴露的金屬襯墊350和相鄰的下金屬襯墊之間建立電接觸的結(jié)構(gòu)，通路陣列可以由單個(gè)的大導(dǎo)體340’替代。此結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是與采用通路陣列所實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)相比，減小了暴露的襯墊350與下面的金屬襯墊之間的電阻，且可能更適合較高電流連接例如固定或干線電壓(rail voltage)線，例如Vcc和Vss，如與信號(hào)線相對。
如圖10所示，本發(fā)明的其它實(shí)施例可以組合較少層。如圖10所示，可以在襯底100上形成層間電介質(zhì)400。然后可以構(gòu)圖并蝕刻該層間電介質(zhì)的上部分，以形成凹部，可以采用例如金屬鑲嵌工藝在該凹部中淀積金屬或其它導(dǎo)電材料410，在金屬鑲嵌工藝中，淀積導(dǎo)電材料層然后除去上部以在先前形成的凹部中留下導(dǎo)電材料的隔離區(qū)。當(dāng)然，如上所述，可以構(gòu)圖導(dǎo)電材料然后可以淀積第二層間介電層450以分離該導(dǎo)電材料(未示出)。
一旦形成下導(dǎo)電材料圖案或第一導(dǎo)電材料圖案410，可以在導(dǎo)電圖案和第一層間介電材料420的延伸部分的暴露表面上淀積第二層間介電層450，該第一層間介電材料420填充形成在第一導(dǎo)電材料圖案中的“槽”。然后可以構(gòu)圖并蝕刻第二層間介電層450以形成多個(gè)通路開口，該多個(gè)通路開口隨后被填充一種或多種充分導(dǎo)電材料，例如金屬、金屬硅化物和/或金屬氮化物，以形成導(dǎo)電通路430。導(dǎo)電通路可以設(shè)置為將提供充分導(dǎo)電表面區(qū)(且相應(yīng)的載流量)的寬范圍的結(jié)構(gòu)和圖案，包括例如在附圖中示出和在本說明書的其它位置討論的各種圖案。
也可以構(gòu)圖并蝕刻第二層間介電層450以在導(dǎo)電通路430上形成更大和更淺的開口。然后第二或上導(dǎo)電材料層，典型地是金屬或金屬合金，可以形成在構(gòu)圖的第二層間介電層450上，且上部被除去以形成第二或上導(dǎo)電材料圖案440，其通過導(dǎo)電通路430與第一或下導(dǎo)電材料圖案410電接觸。然后可以在第二層間介電層450的暴露表面部分和第二導(dǎo)電材料圖案440的交疊周邊部分上形成保護(hù)圖案460，例如氮化物圖案，以減小機(jī)械損傷和/或污染的風(fēng)險(xiǎn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，額外的導(dǎo)電材料圖案(未示出)可以組合進(jìn)層間介電層400、450中，以把結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)連接到其它器件電路。
如圖11所示，在開口130設(shè)置于其中并填充有介電材料的導(dǎo)電襯墊120以上和以下，設(shè)置了導(dǎo)電通路圖案140、240，它可以彼此偏離以提供一些垂直交疊區(qū)域。如圖11所示，兩個(gè)圖案之間的偏移可以沿單軸進(jìn)行，但可以采用徑向和更復(fù)雜的偏移結(jié)構(gòu)(未示出)。如圖12所示，開口130可以較為復(fù)雜，并用于在導(dǎo)電襯墊120上限定分離區(qū)，相應(yīng)通路結(jié)構(gòu)140、240將與導(dǎo)電襯墊對準(zhǔn)。如圖11所示，在圖12中，兩個(gè)通路圖案140、240彼此偏離以減小垂直交疊區(qū)245的尺寸，但在超過一個(gè)方向上偏移。
圖13A-13D示出了各種導(dǎo)電圖案120，其中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)槽和/或開口130，該槽和/或開口130將允許介電材料以例如可以提高所得結(jié)構(gòu)的可操作性和/可靠性的方式集成到結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)中。圖14A-14B示出了從具有相應(yīng)開口130a、130b的兩個(gè)相同圖案120a、120b的單一轉(zhuǎn)動(dòng)(圖14A-14C情況下的90°和圖14D情況下的45°)所得的交疊區(qū)域。如圖14A-14D所示，示出了其中開口交疊135可以界定來在相應(yīng)的電介質(zhì)和/或通路結(jié)構(gòu)之間提供希望程度的垂直交疊的區(qū)域。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以采用多個(gè)公知的工藝制造金屬襯墊，且可以采用不同材料。當(dāng)銅用作第一導(dǎo)體時(shí)，例如可以采用雙金屬鑲嵌工藝形成金屬襯墊和通路。在淀積銅層之前，可以采用例如Ta、TaN或其組合在襯墊開口和/或通路開口中形成阻擋層(未示出)。相反，如果鋁和/或鋁合金，例如鋁和硅，被用作主要導(dǎo)體，那么通路可以填充鋁或其它金屬，例如鎢。
已經(jīng)采用示范性優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明的范圍不限于所公開的實(shí)施例。相反，其旨在覆蓋各種改進(jìn)和類似排列。因此，權(quán)利要求的范圍應(yīng)該給予根據(jù)最寬的解釋以包括所有這種改進(jìn)和類似排列。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，包括第一介電層；第一導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第一介電層中并圍繞所述第一介電層的延長部分；第二介電層，形成在所述第一導(dǎo)電襯墊圖案上；第一多個(gè)導(dǎo)電通路，具有第一結(jié)構(gòu)，穿過所述第二介電層形成并與所述第一導(dǎo)電襯墊圖案電接觸；第二導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第二介電層中，與第一多個(gè)導(dǎo)電通路電接觸，并圍繞所述第二介電層的延長部分；第三介電層，形成在所述第二導(dǎo)電襯墊圖案上；第二多個(gè)導(dǎo)電通路，具有第二結(jié)構(gòu)，穿過所述第三介電層形成，并與所述第二導(dǎo)電襯墊圖案電接觸；和第三導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第三介電層中，并與所述第二多個(gè)導(dǎo)電通路電接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)基本相同。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一導(dǎo)電襯墊圖案圍繞所述第一介電層的多個(gè)延長部分；且所述第二導(dǎo)電襯墊圖案圍繞所述第二介電層的多個(gè)延長部分。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一介電層的延長部分具有開口結(jié)構(gòu)；和所述第二介電層的延長部分具有開口結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一介電層的延長部分代表不超過由所述第一導(dǎo)電襯墊結(jié)構(gòu)的周邊所限定區(qū)域的15％；所述第二介電層的延長部分代表不超過由所述第二導(dǎo)電襯墊結(jié)構(gòu)的周邊所限定區(qū)域的15％。
6.如權(quán)利要求1所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一介電層的延長部分設(shè)置得關(guān)于所述第二介電層的延長部分具有基本垂直的取向。
7.如權(quán)利要求1所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一介電層的延長部分設(shè)置得關(guān)于所述第二介電層的延長部分具有基本平行和橫向偏移的取向。
8.如權(quán)利要求1所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路設(shè)置在第二多個(gè)導(dǎo)電通路的橫向偏移取向上。
9.如權(quán)利要求8所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路設(shè)置在第二多個(gè)導(dǎo)電通路的橫向偏移取向上以提供小于90％的垂直交疊。
10.如權(quán)利要求8所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路設(shè)置在第二多個(gè)導(dǎo)電通路的橫向偏移取向上以提供小于50％的垂直交疊。
11.如權(quán)利要求8所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路設(shè)置在第二多個(gè)導(dǎo)電通路的橫向偏移取向上以提供小于10％的垂直交疊。
12.如權(quán)利要求3所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中在所述第一介電層相鄰的延長部分之間區(qū)域中，所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路設(shè)置來接觸所述第一導(dǎo)電襯墊圖案；和在所述第二介電層的相鄰延長部分之間區(qū)域中，所述第二多個(gè)導(dǎo)電通路設(shè)置來接觸所述第二導(dǎo)電襯墊圖案。
13.如權(quán)利要求12所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路設(shè)置成網(wǎng)狀圖案；和所述第二多個(gè)導(dǎo)電通路設(shè)置成網(wǎng)狀圖案，并在所述第二介電層的相鄰延長部分之間區(qū)域中，接觸第二導(dǎo)電襯墊圖案。
14.一種結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，包括第一介電層；第一導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第一介電層中并圍繞所述第一介電層的延長部分；第二介電層，形成在所述第一導(dǎo)電襯墊圖案上；第一多個(gè)導(dǎo)電通路，具有第一結(jié)構(gòu)，穿過所述第二介電層形成，并與所述第一導(dǎo)電襯墊圖案電接觸；第二導(dǎo)電襯墊圖案，形成在所述第二介電層中，與所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路電接觸；和鈍化圖案，形成在所述第二導(dǎo)電襯墊圖案上并暴露其上表面的大部分。
15.如權(quán)利要求14所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一導(dǎo)電襯墊圖案圍繞所述第一介電層的多個(gè)延長部分。
16.如權(quán)利要求14所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一介電層的延長部分具有開口結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求15所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一介電層的延長部分具有開口結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求14所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一介電層的延長部分代表不超過由所述第一導(dǎo)電襯墊結(jié)構(gòu)的周邊所限定區(qū)域的15％。
19.如權(quán)利要求15所述的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)，其中所述第一介電層的延長部分代表不超過由所述第二導(dǎo)電襯墊結(jié)構(gòu)的周邊所限定區(qū)域的15％。
20.一種形成結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的方法，包括形成第一介電層；除去所述第一介電層的部分以形成圍繞所述第一介電層的延長部分的第一凹陷導(dǎo)電襯墊區(qū)；淀積第一導(dǎo)電材料層；除去所述第一導(dǎo)電材料層的上部以形成圍繞所述第一介電層的延長部分的第一導(dǎo)電襯墊；形成第二介電層；除去所述第二介電層的第一部分以形成具有第一結(jié)構(gòu)的第一多個(gè)通路開口；除去所述第二介電層的第二部分以形成圍繞所述第二介電層的延長部分的第二凹陷導(dǎo)電襯墊區(qū)；淀積第二導(dǎo)電材料層；除去所述第二導(dǎo)電材料層的上部，以形成圍繞所述第二介電層的延長部分的第二導(dǎo)電襯墊和在所述第一和第二導(dǎo)電襯墊之間建立電接觸的第一多個(gè)導(dǎo)電通路；形成第三介電層；除去所述第三介電層的第一部分以形成第二多個(gè)通路開口；除去所述第三介電層的第二部分以形成第三凹陷導(dǎo)電襯墊區(qū)；淀積第三導(dǎo)電材料層；和除去所述第三導(dǎo)電材料層的上部以形成第三導(dǎo)電襯墊和在所述第二和第三導(dǎo)電襯墊之間建立電接觸的第二多個(gè)導(dǎo)電通路。
21.如權(quán)利要求20所述的形成結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的方法，其中所述第二多個(gè)導(dǎo)電通路設(shè)置在所述第一結(jié)構(gòu)中并沿橫向從所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路偏移。
22.如權(quán)利要求20所述的形成結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的方法，其中所述第一介電層的延長部分從所述第二介電層的延長部分轉(zhuǎn)動(dòng)地偏離。
23.一種形成結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的方法，依次包括形成第一介電層；形成第一導(dǎo)電材料層；除去所述第一導(dǎo)電材料層的部分以形成第一導(dǎo)電材料圖案，所述圖案具有延長的開口，通過所述延長的開口暴露出所述第一介電層表面的一部分；淀積第二介電層；除去所述第二介電層的上部分以暴露所述第一導(dǎo)電材料圖案的表面，并形成圍繞所述延長的開口和所述第二介電層的延長部分的第一導(dǎo)電襯墊；形成第三介電層；除去所述第三介電層的第一部分以形成具有第一結(jié)構(gòu)的第一多個(gè)通路開口；形成第二導(dǎo)電材料層；除去所述第二導(dǎo)電材料層的第一部分以形成第二多個(gè)導(dǎo)電通路，其與所述第一導(dǎo)電襯墊電接觸；和形成第三導(dǎo)電材料層，與所述第一多個(gè)導(dǎo)電通路電接觸。
24.如權(quán)利要求23所述的形成結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的方法，還依次包括除去所述第三導(dǎo)電材料層的第一部分以形成第二導(dǎo)電材料圖案，所述圖案具有延長的開口，通過延長的開口暴露出所述第三介電層表面的一部分；形成第四介電層；除去所述第四介電層的上部以暴露所述第二導(dǎo)電材料圖案的表面，并形成圍繞所述延長的開口和所述第四介電層的延長部分的第二導(dǎo)電襯墊。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)介電層圖案和/或設(shè)置在相應(yīng)的第一導(dǎo)電層圖案周邊內(nèi)的導(dǎo)電通路圖案。可以構(gòu)造這些圖案使得在結(jié)合襯墊鍍金屬工序的連續(xù)水平上的圖案以傾向于增加所得結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)對后續(xù)的機(jī)械和/或熱應(yīng)力的抵抗力的方式偏移。通過提高結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)的粘附，也可以實(shí)現(xiàn)分離的頻率及程度的減小、包括在結(jié)合襯墊結(jié)構(gòu)中的各種導(dǎo)電和介電層的分層或剝落的減小。
文檔編號(hào)H01L23/485GK1870260SQ200610059210
公開日2006年11月29日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月15日
發(fā)明者崔慈英 申請人:三星電子株式會(huì)社