[发明专利]包括通孔的结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及集成电路(IC)芯片制造，更特别地，涉及在铜布线和介电层无衬界面处具有难熔金属环的包括通孔的结构及相关方法。

背景技术

在集成电路芯片制造工业中，电迁移(electromigration，EM)导致的故障是高级线后端(back end of line)技术的主要关注点。特别地，早期电迁移导致的故障显著减小产品芯片在操作条件下的预期电流限制。一种电迁移导致的故障是“线损耗(line-depletion)”。如图1A-1C所示，线损耗电迁移包括从向上延伸的通孔10向下流入下面的金属布线12的电流。当电流流动时，原子移动造成“狭缝空缺(slit void)”故障14(图1C)，其例如始于通孔10与无衬界面18之间的位点(site)16(图1B)，无衬界面18在金属线12与其上的介电层20之间。众所周知，该狭缝空缺会在电路运行期间在电迁移条件下造成非常早的故障，因为不用多长时间就可形成这样的小空缺。图1A和1B中的箭头显示了电迁移流的方向(例如电迁移期间的原子流)。一般地，狭缝空缺故障14(图1C)在通孔10与金属布线12之间的界面附近的缺陷位点16(图1B)开始(或成核)，且生长到通孔10的底部22，直到它延伸在整个界面上且造成电开口24，如图1C所示。狭缝空缺故障14出现在有(如图所示)或没有通孔刨槽(via gouging)(即通孔10延伸到金属线12中)的结构中。

发明内容

本发明提供一种结构及相关方法，该结构包括在金属布线和介电层的无衬界面处的难熔金属环(collar)。在一实施例中，一结构包括：与其上的介电层具有无衬界面的铜布线；通孔，从该铜布线向上延伸穿过该介电层；以及难熔金属环，从该通孔的侧面部分沿着该无衬界面延伸。难熔金属环通过改善通孔周围的界面来防止电迁移造成的狭缝空缺，并防止空缺成核出现在通孔附近。另外，在通孔和介电层无衬界面附近存在空缺时，难熔金属环提供电冗余。

本发明的第一方面提供一种结构，包括：与其上的介电层具有无衬界面的铜布线；通孔，从该铜布线向上延伸穿过该介电层；以及难熔金属环，从该通孔的侧面部分沿着该无衬界面延伸。

本发明的第二方面提供一种方法，包括：提供铜布线于第一介电层中；在该铜布线上形成第二介电层，以在该铜布线和该第二介电层之间形成无衬界面；形成开口贯穿该第二介电层且到该铜布线中；在该第二介电层下从该开口产生底切(undercut)；形成难熔金属环于该底切中；以及用金属填充该开口以形成通孔。

本发明的第三方面提供一种结构，包括：与其上的介电层具有无衬界面的铜布线；通孔，从该铜布线向上延伸穿过该介电层，该通孔包括在该铜布线中的基本截头圆锥形的部分；在该通孔周围的第一衬垫，该第一衬垫包括难熔金属；以及难熔金属环，从该通孔的侧面部分沿着该无衬界面延伸。

本发明的示例性方面用于解决这里描述的问题和/或未论述的其他问题。

附图说明

本发明的这些和其他特征将从下面结合附图对本发明各方面的详细描述变得更易于理解，附图示出本发明的各实施例，附图中：

图1A-1C示出其中电迁移导致故障的常规通孔和金属布线界面；

图2示出根据本发明实施例的结构。

图3-7示出形成图2结构的方法。

注意，本发明的附图不是按比例的。该附图仅意在表现本发明的一般方面，因此不应认为是对本发明的范围的限定。在附图中，类似的附图标记代表类似的元件。

具体实施方式

图2示出根据本发明实施例的结构100。结构100包括通孔110，其从金属布线112(例如铜)向上延伸穿过介电层120。在一实施例中，通孔110包括在金属布线112中的基本截头圆锥形的部分122。但是，本发明的教导不限于此类通孔。金属布线112位于另一介电层124中，且包括在金属布线112和介电层124之间的衬垫(liner)126。衬垫126可包括任意现在已知的或将来开发的金属扩散阻挡材料，例如钽、氮化钽、钛、氮化钛、钨、氮化钨、钌、氮化钌等。但是需要注意的是，衬垫126仅沿着金属布线112的底部128和侧面130将金属布线112和介电层124分隔开。因此，金属布线112包括与其上的介电层120的无衬界面118。