專利名稱：自行鈍化銅雷射熔絲的制作方法
背景技術：
1.發(fā)明領域本案系關于一種在一集成電路或是半導體裝置內的自行鈍化銅雷射熔絲，其系利用銅合金與退火步驟來提供銅/低介電積體架構。此等自行鈍化銅材料也可被用在銅對銅(Cu-to-Cu)線接合上。
2.先前技術在雷射熔絲被使用做為一半導體的一部份之相關技術上，此技術系使用純銅的熔絲，然而，在此種使用下，熔絲對腐蝕與氧化非常靈敏，當銅一暴露至大氣，熔絲立即燒斷。
不過，在銅的氧化物積體架構中，熔絲的創(chuàng)新布局(layout)與設計以避開上述的問題是可能的(即，終止熔絲在w-bars的頂部與包含銅的氧化物與腐蝕在熔絲的特征內。)。
因為在典型的低介電場中水分與氧的高擴散系數，使此一創(chuàng)新的布局(layout)與設計的途徑，在銅/低介電(Cu/low k)金屬化中，是不可實行的。就此理由而言，由于在波紋狀的側壁上較差的線完整性，銅熔絲的腐蝕會繼續(xù)進行至鄰近銅線。
另一習知方法在使用純銅的場所(系對腐蝕與氧化非常靈敏，當銅一暴露至大氣，熔絲立即燒斷)的狀況，系為鋁熔絲在一銅-金屬化的頂部之使用。然而，因其制造程序需要許多額外的步驟，所以此方法是昂貴的。
一金屬熔絲層，系位于第一絕緣層上方，包含至少一個熔絲，此至少一個熔絲為具有一位置(location)的一輻射能可配置熔絲(configurable fuse)，如此用來裝配此至少一個熔絲的輻射能的射束區(qū)域系與活性電路重疊；一第一多重金屬(first multi-metal)保護層，其夠大足以保護活性層避開輻射能，而不會直接照射在至少一個熔絲上；一第二絕緣層，系位于第一多重金屬保護層與至少一個熔絲之間；一第二多重金屬保護層(second multi-metal)，系在第一多重金屬保護層的下方，第一與第二多重金屬保護層其夠大足以保護活性層避開輻射能，而不會直接照射在至少一個熔絲上；以及一第三絕緣層，在第二多重金屬保護層上，此第三絕緣層，系設置在第一與第二多重金屬保護層之間。
美國專利第5,622,608揭露了一種在一基質上之一抗氧化的電傳導銅層的制備步驟，以及隨后的退火(anneal)。此退火的步驟被認為是在退火時提供一在銅表面金屬氧化層。
美國第6,057,223號專利，揭露了自行鈍化銅層在微電子上之應用，其中銅導體形成包括當作在一微電子裝置中的一個組成分，導體系經由形成在一微電子基質的表面的金屬層并且退火金屬層與銅層而產生。而此退火步驟，被認為是散布一些金屬層在由銅層至其表面的部分，而散布的金屬則在銅層的表面形成一保護的金屬氧化物。因此，此金屬氧化物即自行鈍化銅層。
在半導體制造技術中，其中雷射熔絲系被制成試辦導體的一部分，以一種有效的方式，來改變半導體裝置的操作，在此裝置已被組裝來提供多出的架構，并以此多余的部分賴取代集成電路中有缺陷的部分，在此種狀況下，就需要銅雷射熔絲，以防止熔絲因雷射能量燒斷與銅被暴露至大氣中時就腐蝕與氧化。
發(fā)明概述本案之目的，系為提供一種具有一含銅的雷射熔絲部分的半導體裝置，其中，在經由一雷射供給能量期間熔絲會燒斷，銅不容易受熔絲一燒斷就腐蝕的影響。
本案之另一目的，系為提供一種具有一含銅的雷射熔絲部分的半導體裝置，其中，在經由一雷射供給能量期間熔絲會燒斷，銅不受熔絲一燒斷與銅一被暴露至大氣中時就氧化的影響。
本案之另一目的，系為提供一種具有一含銅的雷射熔絲部分的半導體裝置，當熔絲因雷射能量而燒斷與銅一被暴露至大氣中時，其不需要終止熔絲在w-bars的頂部以包含銅的氧化物與腐蝕在熔絲的特征內。
本案之另一目的，系為提供一種具有一雷射熔絲部分的半導體裝置，其包含銅/低介電(Cu/low k)金屬化，其中銅熔絲的腐蝕通常會進行至鄰近的銅線(系因在波紋特征的側壁之襯墊完整性差)，此裝置被制造用來抵抗當銅熔絲受到雷射能量時的腐蝕與氧化。
根據本案之構想，利用自行鈍化在襯墊與一介電層蓋之間的銅合金，可避免當熔絲受雷射能量而燒斷時半導體的銅雷射熔絲部分立即腐蝕與氧化，在應用雷射能量來打破或燒斷熔絲之后，經由一退火步驟，以提供在敞開的銅雷射熔絲區(qū)域頂部、銅接口至金屬襯墊周圍與介電散布阻擋層(dielectric diffusion barrier)上之一自行鈍化摻雜豐富層(self-passivating dopant rich layer)。
圖標簡單說明第一圖系為一半導體裝置包含一含銅合金之雷射熔絲組成之圖標。
第二圖系顯示根據本案之一半導體裝置，包含一自行鈍化雷射熔絲組成，其系將燒斷的熔絲的銅合金經由一退火步驟而形成一自行鈍化的銅表面與接口至金屬襯墊與介電層蓋層，以避免腐蝕與氧化。
較佳實施例說明一般而言，本案之內容中，半導體裝置的含銅的雷射熔絲組成系由以下步驟順序而制備1)圖案化一個(雙重的)在介電中的波紋結構，以形成一熔絲；2)沉積一金屬襯墊(物理氣相沉積PVD、化學氣相沉積CVD或非電的等，此步驟可隨意使用最合適的銅合金)；3)沉積置一銅合金的一種晶層以做最后的銅充填(物理氣相沉積PVD、化學氣相沉積CVD或其它已知技術方法)；4)以純銅波紋結構(電鍍、化學氣相沉積CVD、非電的、物理氣相沉積PVD或其它已知技術方法)；5)低溫(小于200℃)預先化學機械研磨(pre-CMP)退火，以形成一低電阻銅薄膜(較大的銅粒子)，然而，在銅合金中的摻雜之向外散布，此時仍應被抑制；6)銅-化學機械研磨以移除銅的過度充填，并經由襯墊化學機械研磨；7)沉積一介電層蓋層(銅散布阻擋層、氮化硅、低k阻擋層(Blok)或其它已知技術方法)；8)沉積一最終的自行鈍化層(氧化物/氮化物或組合物)或其它習知的介電層；9)沉積一聚醯亞胺(polymide)或是光敏性的聚醯亞胺(PSP)層(隨意的)；10)利用習知的平板(lithographic)及蝕刻(etch)步驟，薄化在雷射熔絲頂部的介電層蓋層或最終的自行鈍化層；11)雷射熔接(laser fusing)金屬熔絲(在熔接方法期間，在接近燒斷的銅熔絲周圍區(qū)域會形成一個坑口(crater)，銅熔絲的兩個末端于是被暴露至大氣中)；12)溫度大約在250℃~450℃間，退火此接合的芯片(在惰性的大氣中)以形成一自行鈍化層，此自行鈍化層系在敞開的銅熔絲表面，也在至金屬襯墊之接口上及/或在介電層蓋層上，此自行鈍化層保護銅熔絲敞開的末端與嵌入的部分，使免于氧化與腐蝕。
請參閱第一圖，系顯示一半導體裝置包含一銅雷射熔絲10，其系由位于一襯墊12上方的一銅合金11所構成，而以一金屬線(metal-line)為界。此銅雷射熔絲10系設置于一介電層14與一介電層蓋15之間，而預先準備用來燒斷熔絲的雷射能量16還未被施用。
如由第二圖所示，在銅合金雷射熔絲被供給能量的雷射燒斷后，形成一熔絲坑口20，之后執(zhí)行一退火的步驟以產生一自行鈍化摻雜豐富層于敞開的銅雷射熔絲區(qū)域頂部、銅接口至金屬襯墊周圍與介電散布阻擋層(dielectric diffusion barrier)上。此自行鈍化摻雜豐富銅接口至金屬襯墊周圍與介電散布阻擋層系以X’s稱之，而在由X’s定義的邊緣之內者為銅16。摻雜豐富層自行鈍化層系脫離山丘結構(hillock structure)并保護銅使免于腐蝕、氧化與銅的向外散布而進入半導體裝置區(qū)域。
通常，銅合金可為銅-鋁合金、銅-鎂合金與銅-鋰合金，也可以是其它熟知的銅合金。由銅合金的其它組成而來的非銅摻雜物質的濃度，其范圍系從0.1至5.0％的銅合金重量。
當被使用在銅/低介電積體結構與在銅對銅線接合時，自行鈍化銅熔絲是特別重要的。
現(xiàn)今技術的狀況，在使用純銅的地方與其中當熔絲一被燒斷與銅被暴露至大氣時，銅就很容易受到腐蝕與氧化，此氧化銅積體結構可利用一熔絲巧妙的布局(layout)與設計而防止其發(fā)生或規(guī)避(亦即，終止熔絲在w-bars的頂部與包含銅的氧化物與腐蝕在熔絲的特征內。)。然而，因為在典型的低介電材料中，水氣與氧氣有高的散布性，因而，在布局方法上的設計不能被利用在銅/低介電金屬化上。
再者，在典型的銅/低介電金屬化中，因為在波紋特征的側壁之差的襯墊完整性，銅熔絲的腐蝕會繼續(xù)進行至鄰近的銅線。
雖然一些代表性的實施例與細節(jié)已被顯示以闡明本案較佳實施例，本案得由熟悉此技藝之人任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請范圍所欲保護者。
權利要求
1.一種集成電路結構，系包含一自行鈍化銅雷射熔絲，其特征為抗氧化與腐蝕，在一供給能量的雷射燒斷該熔絲之后，改善在銅與金屬化線路之間與在該銅與一介電層蓋之間接口的黏著，該熔絲系包含一金屬化線路；一襯墊，系分開該金屬化線路、一組合銅合金種晶層與一純銅層；一介電層，系圍繞該襯墊；以及一介電層蓋，系設置于圍繞的該介電層、該襯墊、該組合銅合金種晶層與該純銅層，該雷射熔絲在雷射供給能量后，其特征為自行鈍化區(qū)域，系位于a)在敞開的銅熔絲表面上；以及b)在接口中，該接口系位于i)該銅合金種晶層、該襯墊與該介電層之間；以及ii)該純銅層與該介電層蓋之間。
2.如申請專利范圍第1項所述之結構，其中一氧化物、一氮化物或氮化物的組合之一鈍化層，在大約250℃至大約450℃的一溫度的退火而被設置在該蓋層。
3.如申請專利范圍第2項所述之結構，其中在該鈍化區(qū)域的摻雜，系在一范圍內呈現(xiàn)，該范圍系為大約0.1至大約5％的該銅合金重量。
4.如申請專利范圍第3項所述之結構，其中該銅合金系選自一群組，該群組系包含一銅-鋁、一銅-鎂及一銅-鋰。
5.如申請專利范圍第4項所述之結構，其中該銅合金系為一銅-鋁。
6.如申請專利范圍第4項所述之結構，其中該銅合金系為一銅-鎂。
7.如申請專利范圍第4項所述之結構，其中該銅合金系為一銅-鋰。
8.一種制備一集成電路結構之方法，其中該集成電路結構系包含一鈍化銅雷射熔絲，其中該自行鈍化銅熔絲，其特征為抗氧化與腐蝕，在一供給能量的雷射燒斷該熔絲之后，改善在銅與金屬化線路之間與在該銅與一介電層蓋之間接口的黏著，系包含a)圖案化一波紋結構在一介電層中以形成一熔絲；b)沉積一金屬襯墊；c)沉積一銅合金的一種晶層以做為一銅填充；d)填充一純銅至該波紋結構；e)預先化學機械研磨(pre-CMP)退火，其系在小于200℃的低溫進行，當在該銅合金中無向外散布摻雜時，形成較大的銅粒子的一低電阻銅薄膜；f)化學機械研磨該銅，以移除充填過多的該銅，并經由化學機械研磨該襯墊；g)沉積一介電層蓋層；h)沉積一最終的鈍化層，該鈍化層系選自一群組，該群組系包含一氧化物、一氮化物或一氮化物組合；i)薄化該介電層蓋層或該最終鈍化層在該雷射熔絲的頂部；j)雷射熔接該金屬熔絲，以形成一坑口在燒斷的該銅熔絲之周圍區(qū)域；k)退火該熔絲，溫度系在大約250℃至大約450℃之間以形成一具有自行鈍化區(qū)域特征的銅雷射。
9.如申請專利范圍第8項所述之方法，其中步驟b)系被在步驟c)中該銅合金的該種晶層之最適當的沉積而除去。
10.如申請專利范圍第8項所述之方法，其中在步驟h)與步驟i)之間，一聚醯亞胺或一光敏性的聚醯亞胺的沉積被執(zhí)行。
11.如申請專利范圍第8項所述之方法，其中在該自行鈍化區(qū)域內的該摻雜，系在一范圍內呈現(xiàn)，該范圍系為大約0.1至大約5％的該銅合金重量。
12.如申請專利范圍第8項所述之方法，其中該銅合金系選自一群組，該群組系包含一銅-鋁、一銅-鎂及一銅-鋰。
13.如申請專利范圍第12項所述之結構，其中該銅合金系為一銅-鋁。
14.如申請專利范圍第12項所述之結構，其中該銅合金系為一銅-鎂。
15.如申請專利范圍第12項所述之結構，其中該銅合金系為一銅-鋰。
全文摘要
在一集成電路結構中，其改善系包含一自行鈍化銅熔絲，其特征為抗氧化與腐蝕，在一供給能量的雷射燒斷該熔絲之后，改善在銅與金屬化線路之間與在該銅與一介電層蓋之間接口的黏著，該熔絲系包含一金屬化線路，一襯墊，系分開該金屬化線路、一組合銅合金種晶層與一純銅層，一介電層，系圍繞該襯墊，以及一介電層蓋，系設置于圍繞的該介電層、該襯墊、該組合銅合金種晶層與該純銅層，該雷射熔絲在雷射供給能量后，其特征為鈍化區(qū)域，系位于在敞開的銅熔絲表面上，以及在接口中，該接口系位于該銅合金種晶層、該襯墊與該介電層之間，以及該純銅層與該介電層蓋之間。
文檔編號H01L21/82GK1502131SQ01821599
公開日2004年6月2日 申請日期2001年11月14日 優(yōu)先權日2000年12月28日
發(fā)明者H·J·巴思, H J 巴思 申請人:因芬尼昂技術北美公司