集成电路的金属互联结构的制作方法-yabo亚博网_亚博线上官网_亚博登录入口

文档序号:34131600发布日期:2023-06-01阅读:334来源:国知局


1.本发明涉及半导体制造领域,集成特别是电路的金涉及一种集成电路的金属互联结构。


背景技术:

2.在集成电路制造领域,属互后段金属互连线都是联结通过通孔将每层金属线互相连通以实现外部对器件的控制。如图1和图2所示,制作后段金属为上金属层11,集成通过通孔12电性连接至下金属层13。电路的金然而,属互工艺制造过程中,联结通常会用到不同的制作材料,形成多个界面,集成尤其在通孔连接处会发生应力迁移。电路的金应力迁移是属互在一定温度下,由于多层金属互联结构与周围介质材料的联结热膨胀系数不同,使得金属连线的制作不同部位间形成应力梯度,在应力的作用下,金属中的晶格空位14向应力集中的地方汇集,从而在金属中形成空洞的物理现象。应力迁移形成的空洞达到一定程度时会导致金属互连线发生开路,造成相关器件失效。应力迁移是造成集成电路失效的一个重要原因。


技术实现要素:

3.有鉴于此,本技术实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种集成电路的金属互联结构。
4.为达到上述目的,本技术的技术方案是这样实现的:
5.第一方面,本技术实施例提供了一种集成电路的金属互联结构,包括:
6.第一金属层,包括相互连接的基部和连接部,所述连接部包括与所述基部接触的第一端部,所述基部包括与所述连接部接触的第二端部,所述第一端部的线宽小于所述第二端部的线宽;
7.第二金属层,与所述第一金属层在所述集成电路的厚度方向上间隔设置;
8.导电通孔,用于连接所述第一金属层和所述第二金属层;所述导电通孔包括相对的第一导电端和第二导电端,所述第一导电端与所述第一金属层的所述连接部接触,所述第二导电端与所述第二金属层接触;
9.伪导电通孔,位于所述导电通孔与所述基部之间,包括相对的第三导电端和第四导电端,所述第三导电端与所述连接部接触。
10.可选地,所述连接部包括:
11.沿远离所述基部的方向依次排布的第一通道区、中继区和第二通道区,其中,所述中继区的线宽大于所述第一通道区和所述第二通道区的线宽,所述伪导电通孔的第三导电端与所述中继区接触,所述导电通孔的第一导电端与所述第二通道区接触。
12.可选地,所述中继区距所述导电通孔的距离小于所述中继区距所述基部的距离。
13.可选地,所述中继区在垂直于从所述基部至所述导电通孔的方向上的两端均凸出于所述第一通道区和所述第二通道区的两侧。
14.可选地,所述中继区凸出于所述第一通道区和所述第二通道区的两侧的两个部分为第一凸部和第二凸部;所述第一凸部和所述第二凸部相互对称设置,且所述第一凸部和
所述第二凸部均与至少一个所述伪导电通孔接触。
15.可选地,所述伪导电通孔的数量至少为两个,至少两个所述伪导电通孔沿垂直于从所述基部至所述导电通孔的方向上排布。
16.可选地,所述伪导电通孔至少包括第一伪导电通孔、第二伪导电通孔和第三伪导电通孔;所述第一伪导电通孔和第三伪导电通孔分别与所述第一凸部和所述第二凸部接触,所述第二伪导电通孔与位于所述第一凸部和所述第二凸部之间的中继区部分接触。
17.可选地,所述第一通道区的线宽大于所述第二通道区的线宽。
18.可选地,所述伪导电通孔的横截面积和所述导电通孔的横截面积相同。
19.可选地,所述金属互联结构还包括:
20.第三金属层,所述伪导电通孔的第四导电端与所述第三金属层接触。
21.本技术实施例所提供的一种集成电路的金属互联结构,包括:第一金属层,包括相互连接的基部和连接部,所述连接部包括与所述基部接触的第一端部,所述基部包括与所述连接部接触的第二端部,所述第一端部的线宽小于所述第二端部的线宽;第二金属层,与所述第一金属层在所述集成电路的厚度方向上间隔设置;导电通孔,用于连接所述第一金属层和所述第二金属层;所述导电通孔包括相对的第一导电端和第二导电端,所述第一导电端与所述第一金属层的所述连接部接触,所述第二导电端与所述第二金属层接触;伪导电通孔,位于所述导电通孔与所述基部之间,包括相对的第三导电端和第四导电端,所述第三导电端与所述连接部接触。其中,第一金属层的连接部可以限制晶格空位向导电通孔处的移动,改善所述导电通孔处空洞的情况。并且位于连接部的伪导电通孔,能够吸引空位移动至伪导电通孔处,进一步改善了所述导电通孔处空洞的情况。如此,本技术实施例所提供的集成电路的金属互联结构,能改善所述导电通孔处空洞的情况,提高集成电路的可靠性。
22.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本技术的实践了解到。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解,构成本技术的一部分,本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术,并不构成对本技术的不当限定。在附图中:
24.图1为现有技术中的集成电路的金属互联结构的示意图;
25.图2为图1的俯视图的示意图;
26.图3为本技术实施例集成电路的金属互联结构的示意图;
27.图4为图3的俯视图的示意图;
28.图5为图4中空位移动的示意图。
29.附图标记说明:
30.现有技术:11、上金属层;12、通孔;13、下金属层;14、晶格空位;
31.本技术:30、第一金属层;31、基部;32、连接部;321、第一通道区;322、中继区;323、第二通道区;40、第二金属层;50、导电通孔;60、伪导电通孔;70、空位;80、第三金属层。
具体实施方式
32.下面将参照附图更详细地描述本技术公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了
本技术的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本技术,而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本技术,并且能够将本技术公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
33.在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其它的例子中,为了避免与本技术发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述;即,这里不描述实际实施例的全部特征,不详细描述公知的功能和结构。
34.在附图中,为了清楚,层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
35.应当明白,当元件或层被称为“在
……
上”、“与
……
相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时,其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层,或者可以存在居间的元件或层。相反,当元件被称为“直接在
……
上”、“与
……
直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时,则不存在居间的元件或层。应当明白,尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分,这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此,在不脱离本技术教导之下,下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时,并不表明本技术必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
36.空间关系术语例如“在
……
下”、“在
……
下面”、“下面的”、“在
……
之下”、“在
……
之上”、“上面的”等,在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白,除了图中所示的取向以外,空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如,如果附图中的器件翻转,然后,描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此,示例性术语“在
……
下面”和“在
……
下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
37.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本技术的限制。在此使用时,单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式,除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”,当在该说明书中使用时,确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时,术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
38.为了彻底理解本技术,将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构,以便阐释本技术的技术方案。本技术的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本技术还可以具有其它实施方式。
39.为解决现有技术中的技术问题,本技术实施例提供了一种集成电路的金属互联结构,如图3和图4所示,所述集成电路的金属互联结构包括第一金属层30、第二金属层40、导电通孔50和伪导电通孔60。
40.所述第一金属层30包括相互连接的基部31和连接部32,所述连接部32包括与所述基部31接触的第一端部,所述基部31包括与所述连接部32接触的第二端部,所述第一端部
的线宽小于所述第二端部的线宽;
41.所述第二金属层40与所述第一金属层30在所述集成电路的厚度方向上间隔设置;
42.所述导电通孔50用于连接所述第一金属层30和所述第二金属层40;所述导电通孔50包括相对的第一导电端和第二导电端,所述第一导电端与所述第一金属层30的所述连接部32接触,所述第二导电端与所述第二金属层40接触;
43.所述伪导电通孔60位于所述导电通孔50与所述基部31之间,包括相对的第三导电端和第四导电端,所述第三导电端与所述连接部32接触。
44.其中,所述第一金属层30包括相互连接的基部31和连接部32,且所述第一端部的线宽小于所述第二端部的线宽。这样,在基部31和连接部32相连接的部位,线宽出现了由基部31到连接部32变窄的情况,这样就能限制晶格空位70(以下简称空位)从基部31向连接部32的移动。也就是能限制空位70向所述导电通孔50处的移动,减少了所述导电通孔50处的空位70的浓度,改善了导电通孔50处空洞的情况。
45.可以理解地,集成电路的厚度方向也可以称为集成电路的上下方向。所述导电通孔50用于连接所述第一金属层30和所述第二金属层40,也就是将分别位于上下位置的所述第一金属层30和所述第二金属层40导电连接起来。
46.所述伪导电通孔60,可以吸引一部分从所述第一金属层30移动至所述导电通孔50处的空位70,分散了空位70的分布,降低了所述导电通孔50处的空位70浓度,改善了导电通孔50处空洞的情况,从而保护了所述导电通孔50。
47.在一些实施例中,所述伪导电通孔60的横截面积和所述导电通孔50的横截面积相同。这样,有利于集成电路的制造加工。可以理解地,由于所述伪导电通孔60和所述导电通孔50一样,均是集成电路的厚度方向(上下方向)延伸的。因此,所述横截面可以是平行于水平面的一个截面。可以理解地,横截面积相同可以是形状和大小都相同。
48.由此延伸,所述伪导电通孔60的结构、大小、材料和制作工艺等均可以与所述导电通孔50相同,所不同的是,所述伪导电通孔60的第四导电端未连接至所述第二金属层40。这样,所述集成电路的制作工艺更简单。
49.本实施例中,所述导电通孔50和所述伪导电通孔60均垂直于所述第一金属层30,所述导电通孔50垂直于所述第二金属层40。这样,所述第一金属层30和所述第二金属层40平行设置,有利于所述导电通孔50和所述伪导电通孔60的制作。
50.根据测试证实,在一定的数量范围内,所述伪导电通孔60的数量越多,吸引空位70的总数越多,所述导电通孔50处的空位70浓度也就越低。因此将所述伪导电通孔60的数量设置为至少为两个。并且,至少两个所述伪导电通孔60沿垂直于从所述基部31至所述导电通孔50的方向上排布。即与所述连接部32的延伸方向垂直,而不是分布在连接部32的延伸方向上。这样,伪导电通孔60的设置,不至于使第一金属层30到导电通孔50之间的电阻增加很多。
51.在一些实施例中,所述连接部32包括:
52.沿远离所述基部31的方向依次排布的第一通道区321、中继区322和第二通道区323,其中,所述中继区322的线宽大于所述第一通道区321和所述第二通道区323的线宽,所述伪导电通孔60的第三导电端与所述中继区322接触,所述导电通孔50的第一导电端与所述第二通道区323接触。本实施例中,所述第一通道区321的线宽在附图中表示为w1,所述中
继区322的线宽在附图中表示为w2,所述第二通道区323的线宽在附图中表示为w3。由上可得,w2》w1且w2》w3。
53.需要说明的是,所述中继区322用于布置更多的伪导电通孔60,以增加吸引空位70的数量。本实施例中,所述第一通道区321和所述第二通道区323的延伸方向可以和整个连接部32的延伸方向相同,而所述中继区322的延伸方向可以不同于所述第一通道区321或所述第二通道区323的延伸方向,以容纳更多的伪导电通孔60。
54.可以理解地,所述第一通道区321和所述第二通道区323可以是一个整体的通道区被中继区322打断,形成相互隔开的所述第一通道区321和所述第二通道区323。因此,在一些实施例中,所述第一通道区321和所述第二通道区323的延伸方向和线宽是相同的。为方便表述,后面的介绍中就默认所述第一通道区321和所述第二通道区323的延伸方向和线宽均是相同的。能够理解,两者的延伸方向和线宽也可以不同。在两者不同的情况下,如果后面介绍的零件或结构需要以所述第一通道区321和所述第二通道区323的位置作为基准,在没有说明的情况下,可以是任选其中一个。
55.在一些实施例中,所述中继区322距所述导电通孔50的距离小于所述中继区322距所述基部31的距离。根据测试证实,在一定的距离范围内,中继区322距离所述导电通孔50的距离小于所述中继区322距所述基部31的距离,则更能减少导电通孔50处的空位70浓度。需要说明的是,伪导电通孔60和导电通孔50之间也不能靠的太近,需要间隔一定的距离。以使得吸引到伪导电通孔60处的空位70,不会成为导电通孔50处的空位70。
56.在一些实施例中,所述中继区322在垂直于从所述基部31至所述导电通孔50的方向上的两端均凸出于所述第一通道区321和所述第二通道区323的两侧。这样,所述伪导电通孔60的分布在所述第一通道区321和所述第二通道区323的两侧均有分布,使所述伪导电通孔60吸引空位70的路径分布更合理,空位70移动更顺畅。
57.具体地,所述中继区322凸出于所述第一通道区和所述第二通道区的两侧的两个部分为第一凸部和第二凸部:
58.所述第一凸部和所述第二凸部相互对称设置,且所述第一凸部和所述第二凸部均与至少一个伪导电通孔60接触。
59.相互对称设置,可以使所述第一通道区321和所述第二通道区323的两侧的所述伪导电通孔60分布更一致。使所述伪导电通孔60吸引空位70的路径分布更合理,空位70移动更顺畅,进而使所述伪导电通孔60的吸引空位70的能力最大化。可以理解地,对称轴可以是所述第一通道区321和所述第二通道区323的中心线。如果所述第一通道区321和所述第二通道区323是矩形形状的,则中心线为矩形的对称轴。如果是其它的规则形状,可以是相应的使得两边轴对称的一条线。如果是不规则形状的,可以是近似中轴线的一条线。
60.在一些实施例中,所述伪导电通孔60的数量至少为两个,至少两个所述伪导电通孔60沿垂直于从所述基部31至所述导电通孔50的方向上排布。
61.具体地,所述伪导电通孔60至少包括第一伪导电通孔、第二伪导电通孔和第三伪导电通孔;所述第一伪导电通孔和第三伪导电通孔分别与所述第一凸部和所述第二凸部接触,所述第二伪导电通孔与位于所述第一凸部和所述第二凸部之间的中继区部分接触。
62.可以理解地,位于所述第一凸部和所述第二凸部之间的所述伪导电通孔60,可以是位于所述第一通道区321和所述第二通道区323的延伸方向上,或者可以是在所述第一通
道区321和所述第二通道区323的中心线上。这样,所述伪导电通孔60基本上正对着所述第一通道区321和所述第二通道区323上移动的空位70,有利于吸引更多的空位70。
63.在一些实施例中,所述第一通道区321的线宽大于所述第二通道区323的线宽。这样,空位70向所述中继区322移动的速度的路径更宽,移动更顺畅,而空位70从所述中继区322向所述导电通孔50移动的路径相对比较窄,有利于保护所述导电通孔50处。即本实施例中,w1》w3。
64.在一些实施例中,所述中继区322具有:
65.第一宽度,所述第一宽度为所述中继区322的线宽;
66.以及在所述基部31至所述导电通孔50的方向上的第二宽度;
67.所述第二宽度大于所述第一通道区321和所述第二通道区323的线宽。
68.如上所述,所述中继区322的线宽为w2。另外,本实施例中,所述第二宽度在附图中表示为w4。因此,w4》w1且w4》w3。
69.可以理解地,为了表述方便,线宽是沿所述第一通道区321和所述第二通道区323的延伸方向而言的。因此,第一宽度为所述中继区322的线宽w2。本实施例中,第一宽度w2大于所述第二宽度w4,可以认为第一宽度是中继区322的长,第二宽度是中继区322的宽。本实施例中,所述第二宽度大于所述第一通道区321和所述第二通道区323的线宽,即w4》w1且w4》w3,可以使得中继区322在设置所述伪导电通孔60后,还有足够的供空位70移动的金属区域。
70.在一些实施例中,所述金属互联结构还包括:
71.第三金属层80,所述伪导电通孔60的一端连接在所述第一金属层30上,另一端连接在所述第三金属层80上。
72.可以理解地,所述伪导电通孔60的一端连接在所述第一金属层30上,即两者导电连接。这样,第三金属层80增加了所述伪导电通孔60的导电材料的体积,更有利于吸引空位70。可以理解地,所述第三金属层80可以不设置,即所述伪导电通孔60断路。或者所述第三金属层80断路或导电连接至低电位,但是所述第三金属层80不能连接至第二金属层40,否则所述伪导电通孔60和所述导电通孔50完全一样了,影响集成电路的功能。
73.在一些实施例中,所述金属互联结构还包括:
74.介质层(未在图中示出),位于所述第一金属层30和所述第二金属层40之间;所述导电通孔50和所述伪导电通孔60均位于所述介质层内。通过设置所述介质层,可以将所述第一金属层30和所述第二金属层40绝缘隔开,也便于制作所述导电通孔50和所述伪导电通孔60。
75.在一些实施例中,所述第一金属层30和所述第二金属层40的材料可以是钛(ti)、锡(tin)、铝(al)等金属材料中的一种或多种。
76.在一些实施例中,所述导电通孔50和所述伪导电通孔60的材料可以是钨(w)、钛(ti)、锡(tin)等金属材料中的一种或多种。
77.在一些实施例中,介质层的材料可以是二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、氮氧化硅(sion)等介质材料中的一种或多种。
78.结合图5,介绍一下本技术实施例的集成电路的金属互联结构中,空位70在应力作用下的移动情况。聚集的空位70浓度大部分由基部31产生,在一定温度下,大量空位70由所
述基部31向所述导电通孔50处移动,图中的箭头表示空位70移动的方向。而中继区322位于所述基部31向导电通孔50处移动路径的中间,因此,中继区322上的所述伪导电通孔60提前分散了大部分的空位70,使得移动至所述导电通孔50处的空位70浓度明显降低。并且,由于所述伪导电通孔60的材料也是导电材料,因此基本不会增加所述基部31向所述导电通孔50处移动的路径上的电阻,即金属互联结构的电阻基本没有影响。这样,既保护了导电通孔50处,也不影响集成电路的功能。另一方面,从应力角度,在应力作用下,所述连接部32上的应力梯度得到了分散,中继区322上的伪导电通孔60共同分散了导电通孔50上的应力,使得导电通孔50附近的应力相对降低。
79.应当理解,以上实施例均为示例性的,不用于包含权利要求所包含的所有可能的实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下,还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变。同样的,也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合,以形成可能没有被明确描述的本发明的另外的实施例。因此,上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,不对本发明专利的保护范围进行限制。
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