過孔及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件，并且在具體的實(shí)施例中涉及過孔及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件被用于許多電子應(yīng)用及其它應(yīng)用。半導(dǎo)體器件包括，通過在半導(dǎo)體晶片之上沉積許多類型的材料薄膜并且將該材料薄膜圖案化以形成集成電路而形成在半導(dǎo)體晶片上的集成電路。
[0003]金屬化結(jié)構(gòu)層通常是半導(dǎo)體器件的最上層。半導(dǎo)體器件的制造典型地被分為兩個(gè)階段:前段制程(FE0L)和后段制程(BEOL)。BE0L典型地被認(rèn)為是形成金屬化結(jié)構(gòu)層的制造過程，而FE0L被認(rèn)為包括了在金屬化結(jié)構(gòu)層的形成之前的制造過程。
[0004]雖然一些集成電路具有單個(gè)金屬化結(jié)構(gòu)頂層，但是另外的集成電路包括多層級(jí)互連(mult1-level interconnects)，其中在半導(dǎo)體晶片或工件之上形成了兩個(gè)以上的金屬化結(jié)構(gòu)層。每個(gè)導(dǎo)電線層典型地包括由絕緣材料彼此間隔開的多個(gè)導(dǎo)電線，該絕緣材料也稱作中間層級(jí)電介質(zhì)(ILD)。在相鄰的水平金屬化結(jié)構(gòu)層中的導(dǎo)電線經(jīng)由形成在導(dǎo)電線之間的過孔而在預(yù)定位置處被垂直地連接。
[0005]半導(dǎo)體技術(shù)的挑戰(zhàn)之一是，需要開發(fā)將工藝成本最小化同時(shí)將性能和可靠性最大化的工藝。重視可靠性的應(yīng)用包括航空、空間/衛(wèi)星、汽車、醫(yī)學(xué)、工業(yè)應(yīng)用。這是因?yàn)?，產(chǎn)品在用于這些應(yīng)用之一中時(shí)發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。例如，如果發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致:受傷和死亡的危險(xiǎn)(航空、汽車)；昂貴后果的風(fēng)險(xiǎn)(工業(yè):生產(chǎn)線停止、材料或設(shè)備等的嚴(yán)重?fù)p壞)；以及/或者，不可能維修、不可實(shí)行維修、或者維修成本很高(醫(yī)學(xué)植入設(shè)備、空間)。因此，鑒于工藝限制，對(duì)給出的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。有關(guān)形成過孔的一個(gè)挑戰(zhàn)涉及影響可靠性的缺陷的避免。因此，本領(lǐng)域需要如下的形成BE0L金屬化結(jié)構(gòu)的方式，其是成本有效的，并且不會(huì)明顯地增加成本、或者明顯地降低成品率、性能和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體器件包括:第一金屬線，其設(shè)置在第一絕緣層中；以及過孔，其具有部分圍繞第一金屬線的第一側(cè)壁的部分。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例，一種半導(dǎo)體器件包括:多個(gè)下部金屬線，其設(shè)置在第一絕緣層中。多個(gè)上部金屬線被設(shè)置在第二絕緣層中。第二絕緣層被設(shè)置在第一絕緣層之上。多個(gè)過孔被設(shè)置在該多個(gè)下部金屬線與該多個(gè)上部金屬線之間。該多個(gè)過孔中的過孔圍繞該多個(gè)下部金屬線中的第一金屬線的第一側(cè)壁中的部分。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例，一種形成半導(dǎo)體器件的方法包括:形成設(shè)置在第一絕緣層中的第一金屬線；以及形成過孔，其具有部分圍繞第一金屬線的第一側(cè)壁的部分。
【附圖說明】
[0009]為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，參照附圖進(jìn)行如下說明，其中:
[0010]圖1A-圖1E根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了包括環(huán)繞型過孔(wrap-around via)的半導(dǎo)體器件，其中圖1A示出了半導(dǎo)體器件的截面圖，示出了設(shè)置在襯底之上的金屬層級(jí)和過孔層級(jí)的多重層；其中圖1B示出了沿圖1示出的平面1B-1B的平面截面圖；其中圖1C和圖1D示出了沿圖1B示出的平面1C-1C和1D-1D的平面的半導(dǎo)體器件的放大截面圖；其中圖1E示出了圖1C的放大截面圖，具有在過孔和基底金屬線之間的附加失對(duì)準(zhǔn)；
[0011]圖2A和圖2B示出了形成在兩個(gè)金屬線之間的環(huán)繞型過孔的備選實(shí)施例；
[0012]圖3根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例示出了具有作為環(huán)繞型過孔的基底的金屬線的半導(dǎo)體器件的頂視截面圖；
[0013]圖4A和圖4B根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例示出了具有作為環(huán)繞型過孔的基底的金屬線的半導(dǎo)體器件的頂視截面圖；
[0014]圖5A-圖5H根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出了半導(dǎo)體器件在制造的各個(gè)階段的截面圖；以及
[0015]圖6示出了制造半導(dǎo)體器件的備選實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0016]將在特定背景下，即用于通過使用大馬士革工藝來形成互連的結(jié)構(gòu)和方法中，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，。
[0017]在傳統(tǒng)的工藝和設(shè)計(jì)中，過孔容易受到由于許多因素而造成的故障的影響。已知的，過孔容易受到可靠性故障的影響，并且可靠性故障經(jīng)常是在金屬化結(jié)構(gòu)中的故障的最大單一源。過孔中的缺陷可能是由于聚合物殘余物或界面層的影響而造成的。缺陷也可能是由于過孔洞的不完整金屬填充的影響而造成的。此外，也可能在操作過程中由于諸如電迀移等過程的影響而形成間隙。此外，有關(guān)迀移的機(jī)械應(yīng)力也可能導(dǎo)致材料迀移，并且最終導(dǎo)致在過孔之下、之中或之上形成間隙。這些作用可能在升高的溫度下以及由于電流聚集的影響(即，由于在過孔內(nèi)部的高電流密度和局部加熱的影響)而加速。
[0018]諸如使用冗余過孔等的方法提升了可靠性，但是付出了面積損失的代價(jià)。在各種實(shí)施例中，本發(fā)明改進(jìn)了過孔的可靠性，而沒有造成明顯的面積損失。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例利用了在過孔的導(dǎo)電襯層與基底金屬線的導(dǎo)電襯層之間的魯棒性。在各種實(shí)施例中，本發(fā)明通過形成環(huán)繞型過孔來克服這些限制，該環(huán)繞型過孔與基底金屬線相比在至少一個(gè)維度上更寬。因此，在各種實(shí)施例中，過孔至少部分地環(huán)繞基底金屬線的側(cè)壁。
[0019]將參照?qǐng)D1來描述本發(fā)明的一個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)施例。將參照?qǐng)D2-圖4來描述備選的結(jié)構(gòu)實(shí)施例。將參照?qǐng)D5來描述一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法。將參照?qǐng)D6來描述一種備選的用于制造半導(dǎo)體器件的方法。
[0020]圖1A-圖1E根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了包括環(huán)繞型過孔的半導(dǎo)體器件。圖1A示出了半導(dǎo)體器件的截面圖，示出了設(shè)置在襯底之上的金屬層級(jí)和過孔層級(jí)的多重層。圖1B示出了沿圖1A示出的平面1B-1B的平面的截面圖。圖1C和圖1D示出了沿圖1B示出的平面1C-1C和1D-1D的平面的截面圖。圖1E示出了圖1C的放大截面圖，具有在過孔和基底金屬線之間的附加失對(duì)準(zhǔn)。
[0021]襯底1包括形成半導(dǎo)體器件的有源電路裝置的有源器件。有源電路裝置包含有源器件區(qū)域，并且可以包括必要的晶體管、電阻器、電容器、或其它用于形成集成電路的部件。例如，包括晶體管(例如，CMOS晶體管)的有源面積可以通過隔離區(qū)域(例如，淺溝槽隔離)而彼此分隔開。
[0022]接下來，金屬化結(jié)構(gòu)形成在有源器件區(qū)域之上，以使有源器件電連接和互連。金屬化結(jié)構(gòu)和有源器件區(qū)域在一起形成了完整的功能集成電路。換言之，芯片的電學(xué)功能可以由互連的有源電路裝置來執(zhí)行。
[0023]圖1A示出了形成有金屬層級(jí)吣至^以及對(duì)應(yīng)的過孔層級(jí)￥1至￥,的金屬化結(jié)構(gòu)。在芯片上，金屬層級(jí)將各個(gè)有源器件連接，而過孔層級(jí)將不同的金屬層級(jí)連接。在邏輯器件中，金屬化結(jié)構(gòu)可以包括銅或者備選的其它金屬的許多層，例如九層以上。在諸如存儲(chǔ)器器件的其它器件中，金屬層級(jí)的數(shù)目可以更少并且可以是鋁?；ミB結(jié)構(gòu)典型地覆蓋有附加的鈍化層9以及形成用于封裝的連接件的適當(dāng)結(jié)構(gòu)。
[0024]圖1B示出了從金屬層級(jí)MJ頁部觀察的截面圖。每個(gè)金屬層級(jí)包括嵌入在中間層級(jí)介電層中的金屬線。例如，金屬層級(jí)Mn包括嵌入到第一中間層級(jí)介電層120中的第一金屬線11、第二金屬線12、第三金屬線13和第四金屬線14。上部層級(jí)金屬線30設(shè)置在下部金屬層級(jí)^中的第二中間層級(jí)介電層130中。
[0025]如圖1C和圖1D示出的，上部層級(jí)