專利名稱：形成可熔斷連接的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造，更具體地講，涉及用可熔斷連接的集成電路的制造。
背景技術(shù)：
在集成電路的制造中，在器件逐代更替越出0.25μm設(shè)計(jì)規(guī)則時(shí)，現(xiàn)在正在發(fā)生從鋁金屬互連到銅金屬互連的轉(zhuǎn)變。由于鋁不能可靠地在更小尺寸的電路線中載以電流，金屬鋁對這些設(shè)計(jì)規(guī)則只有有限的適用性。銅比鋁有較低的電阻率，因而在更小的面積內(nèi)能夠載以更多的電流，從而能得到更快和密度較大具有更強(qiáng)計(jì)算能力的芯片。在電介質(zhì)絕緣層方面也正在作改進(jìn)。二氧化硅傳統(tǒng)地被用作絕緣體的首選材料并具有約3.9的介電常數(shù)。已經(jīng)提出新的絕緣材料，如象低k電介質(zhì)，這將減小互連電容和串?dāng)_噪聲，從而提高電路性能。這種低k電介質(zhì)通常包含聚合物并具有小于約3.0的介電常數(shù)。低k電介質(zhì)的某些例子包括聚酰亞胺，碳氟化合物，聚對二苯，hydrogen silsequioxanes，苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutenes)等等。
用銅和低k電介質(zhì)的集成電路的制造，對半導(dǎo)體制造商提出新的挑戰(zhàn)和問題。它導(dǎo)致的一個(gè)改變是要實(shí)施鑲嵌過程以把銅整合進(jìn)電路。用這種鑲嵌過程，要在電介質(zhì)層中提供確定布線圖形的窗口，這窗口從電介質(zhì)層的一個(gè)表面延伸到電介質(zhì)層的另一表面。接著這些布線圖被填充以一種金屬，這是用像電鍍，無電鍍，化學(xué)蒸汽淀積，物理蒸汽淀積或這些方法的組合這樣的填充技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。這種方法可以包括電介質(zhì)表面上金屬的平整化，其中用如象化學(xué)機(jī)械拋光的方法來去除多余的金屬。
鑲嵌過程用大部分的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但其建立結(jié)構(gòu)的方法是不同的。鑲嵌過程不是在金屬薄膜內(nèi)腐蝕一個(gè)圖形并圍繞以電介質(zhì)材料，而是在電介質(zhì)薄膜內(nèi)腐蝕一個(gè)圖形，接著在圖形內(nèi)填充以銅，鑲嵌過程的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是金屬腐蝕被代以更簡單的電介質(zhì)腐蝕作為確定互連線寬度和間距的關(guān)鍵性步驟。在一個(gè)單一的鑲嵌過程中，在電介質(zhì)層中附加提供了通孔或開口并填充以金屬以提供在不同的布線層之間的接觸。在雙鑲嵌過程中，通孔開口和布線圖形開口在填充金屬以前都已在電介質(zhì)層內(nèi)形成。
集成電路包括通常在硅襯底上制造的大量的半導(dǎo)體器件。為了得到所要的功能，通常要提供許多導(dǎo)體以把所選的器件也耦合在一起。在某些集成電路內(nèi)，電連接被耦合到熔斷器，這些熔斷器在集成電路制造后可以被切斷或燒斷。這些連接通常用激光器或電脈沖來切斷或燒斷。在動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(DMAM)電路中，可熔斷連接可以被用來以冗余的陣列元素來取代失效的或者有缺陷的存儲(chǔ)器陣列元素。為此目的，在集成電路上提供了附加存儲(chǔ)器陣列段，作為有缺陷的或失效的段的代替品。在邏輯電路中，熔斷器可以用來選擇或修改電路的性能或功能?？扇蹟噙B接包含這樣的金屬連線，它能用激光能量或電脈沖，使一部分連接材料汽化和一部分熔化，從而能夠迅速地熔斷。通常這種可熔斷連接是細(xì)的并由鋁或多晶硅組成。然而把銅和低k材料整合起來對于使用可熔斷連接集成電路的制造商提出了新的問題。
在集成電路制造期間，可熔連接通常作為某個(gè)金屬化層的一部分形成的。通常用位于較低位置的層，如象多晶硅層。這一層將(例如)包括一個(gè)DRAM陣列的字線。在用激光能量使該連接打開以前，在可熔斷連接上方的中間電介質(zhì)層有時(shí)是完全除去并用一層更薄的保護(hù)層代替，絕緣層的除去部分就為激光提供了一條短的均勻的路徑并限制所產(chǎn)生的碎片。在其他情況下，該厚的電介質(zhì)層被腐蝕到在該連接的上方的一個(gè)預(yù)先確定的厚度，為熔斷絲所需的激光能量正比于在熔斷絲上方電介質(zhì)材料的厚度。
在最上方金屬化層被構(gòu)圖并淀積了一層最后的鈍化層以后，在一個(gè)最后的腐蝕步驟中，激光射入的窗口通常被打開。鈍化層被構(gòu)圖以對在最上方金屬化層中的鍵合焊盤形成進(jìn)入窗口以及同時(shí)對熔斷絲形成進(jìn)入窗口。在鍵合焊盤處，該腐蝕必須穿過鈍化層以及在鍵合焊盤上的一層抗反射涂層(ARC)。然而熔斷絲窗口必須不僅通過鈍化層，還要通過下側(cè)絕緣層的附加厚度。即使用了這樣的腐蝕速率選擇性，即，使之有利于腐蝕絕緣材料，而不利于腐蝕金屬材料，仍然難于既腐蝕整個(gè)熔斷絲窗口同時(shí)又腐蝕鍵合焊盤窗口，而沒有或者由于過腐蝕而使鍵合焊盤變劣，或者在熔斷絲上方留下太多或太少或完全沒有絕緣體。在當(dāng)前的技術(shù)中，在鍵合焊盤上方的ARC必須用飩化層構(gòu)圖的步驟同時(shí)被除去。這就要求鍵合焊盤的顯著的過腐蝕并常常導(dǎo)致在熔斷絲上方絕緣層的過度的或全部除去。絕緣層的全部除去是特別成問題的，因?yàn)檫@就把熔斷絲暴露于大氣潮氣和腐蝕之中，熔斷絲就要受氧化和腐蝕。
銅和低k電介質(zhì)的整合還使可熔斷連接的形成變復(fù)雜。某些低k電介質(zhì)比起傳統(tǒng)電介質(zhì)，如二氧化硅，有相對高的氧擴(kuò)散常數(shù)。形成氧化銅對器件性能是有害的。氧化和腐蝕會(huì)導(dǎo)致高的接觸電阻，從而阻礙電流通過集成電路。因而，設(shè)計(jì)能夠減小和/或消除銅的氧化的方法是重要的。該方法必須考慮到，選擇低k電介質(zhì)材料將由于其氧擴(kuò)散性而影響銅的氧化。因而該方法要減少和/或消除低k電介質(zhì)對于大氣的暴露。
因而就有對于改進(jìn)的可熔斷連接設(shè)計(jì)及其制造方法的需要，而這種制造方法應(yīng)能夠和在半導(dǎo)體制造中正在用的新材料結(jié)合起來的。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供了在集成電路內(nèi)形成可熔斷連接的一種方法，它可以用在具有低k電介質(zhì)材料和銅金屬化的電路內(nèi)。
該方法包括在下面金屬互連和第一電介質(zhì)層的一個(gè)平整化的表面上形成一層第二電介質(zhì)層。在第二電介質(zhì)層上方淀積一層氧化物層，其厚度能有效地防止在激光熔斷過程中氧化物層的碎裂。該氧化物層被構(gòu)圖以形成通過第二電介質(zhì)層達(dá)到下面金屬互連的通孔。該通孔被填充以導(dǎo)電金屬。在襯底上再淀積一層最后的金屬層，并構(gòu)圖以形成可熔斷連接，鍵合焊盤區(qū)和所需的布線圖形。再淀積一層鈍化層，并構(gòu)圖以同時(shí)打開鍵合焊盤區(qū)和一部分可熔斷連接。最好把本方法和用低k電介質(zhì)和銅金屬層的集成電路制造結(jié)合使用。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，將從以下詳細(xì)的敘述和附圖得以理解。


現(xiàn)參照附圖，它們是示例性的，而不是限制性的，其中在幾個(gè)圖中相同的元素用相同的數(shù)字表示。
圖1A-1O是使用可熔斷連接的集成電路的各個(gè)截面圖。
具體實(shí)施例方式
在以下敘述中，低k電介質(zhì)層是指這樣的材料，它適于用在集成電路等的制造中并具有小于約3.0的介電常數(shù)。低k電介質(zhì)通常能夠歸于以下三類中的一類有機(jī)的、多孔的，或摻雜氧化物。適用于本發(fā)明的有機(jī)低k電介質(zhì)材料的例子包括聚酰亞胺，苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene)，聚對二甲苯，碳氟化合物。多孔低k電介質(zhì)材料的例子包括納米玻璃和氣凝膠。摻雜氧化物低k電介質(zhì)材料的例子包括hydrogen silsequioxanes，納米多孔氧化物和摻碳二氧化硅。其他低k電介質(zhì)材料，由于有了本發(fā)明公開的提示，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖1A-1O，其中給出了具有銅互連和低k電介質(zhì)層的集成電路的制造通常所用的雙鑲嵌流程。畫出的鑲嵌流程只是示例性的。應(yīng)當(dāng)理解到可以用各種過程來把銅和低k電介質(zhì)整合進(jìn)集成電路，而不要把此處所示的過程當(dāng)作限制性的。其他適用于本發(fā)明的整合過程，由于有了本發(fā)明公開的提示，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。
圖中給出該鑲嵌過程，這過程發(fā)生在一個(gè)下方的、總體標(biāo)號為10的金屬層上，它有已經(jīng)完成的金屬互連和電介質(zhì)層。該金屬層是用像鋁，銅，鎢，一種鋁合金，一種鎢合金，或一種銅合金形成的。金屬互連最好是銅，而電介質(zhì)層最好是一種低k材料。更為優(yōu)選地，該低k電介質(zhì)層是用一種品牌為SILK，(介電常數(shù)K＝2.65)可從Dow化學(xué)公司買到的聚合物電介質(zhì)。本實(shí)施方案的電路設(shè)計(jì)包含一個(gè)邏輯的，SRAM或DRAM陣列，它有一個(gè)或多個(gè)冗余段，位于鄰近主存儲(chǔ)陣列的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。該邏輯的SRAM或DRAM集成電路的元件在芯片其他位置同時(shí)形成。每一層銅互連制造的第一步是淀積一層氮化物硅或碳化硅的薄電介質(zhì)帽層12，如圖1A中所示。例如，適于用在本發(fā)明中的薄電介質(zhì)帽層材料可以從Applied Materials公司買到，其品牌為BLOK。該電介質(zhì)帽層起到阻擋銅在金屬層之間的擴(kuò)散和在電介質(zhì)腐蝕過程中的腐蝕終止的作用。在圖1B，在帽層和腐蝕終止層淀積后，立即淀積一層厚的低k電介質(zhì)層14。該低k電介質(zhì)材料可以在它上表面有一薄層氧化物。用常規(guī)的光刻工藝，通過用光致抗蝕劑作為掩膜材料來形成如圖1C所示的通孔20，使電介質(zhì)層形成圖形。光致抗蝕劑16被涂在低k電介質(zhì)層14上，通過曝光于激活能量而形成圖形，之后再定影以形成一個(gè)凹凸象。在圖1D中，接著用本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的常規(guī)腐蝕方法，把該凹凸象部分地腐蝕進(jìn)電介質(zhì)層。該光刻過程重復(fù)進(jìn)行，以形成一個(gè)溝槽層并隨后被腐蝕，如圖1E和1F所示。
在圖1G-1I所示，用一種銅金屬淀積方法以填充被腐蝕和脫去過程所留下的空間，從而形成一層附加金屬層。目前的銅淀積過程可能需要為之后的銅淀積先淀積一層籽層17，如圖1G所示。在銅18被淀積后，接著通常用化學(xué)-機(jī)械拋光方法把芯片表面平整化。這些過程可以重復(fù)，從而形成集成電路。
如圖1J所示，在平整化表面上形成一層電介質(zhì)帽層30，該電介質(zhì)帽層最好用氮化硅或碳化硅，例如BLOK品牌的材料來形成。接著再淀積一層氧化物層32。這層氧化物層要足夠厚以承受激光熔斷處理，而不會(huì)碎裂從而把下面低k電介質(zhì)層暴露出來。氧化物層的碎裂是有害的，因?yàn)樗榱训男纬砂严旅娴蚹電介質(zhì)層暴露于大氣。因?yàn)榈蚹電介質(zhì)層比起用像二氧化硅這樣更加傳統(tǒng)的材料具有較高的氧擴(kuò)散常數(shù)，這種破裂就能造成問題。碎裂允許低k電介質(zhì)曝露于大氣，之后就能引起嵌入的下面的銅金屬區(qū)域氧化和/或腐蝕。
通孔34是用常規(guī)光刻的方法在氧化物層和電介質(zhì)層內(nèi)形成的。該通孔最好襯以一層薄的擴(kuò)散阻擋層36，如圖1K所示。該擴(kuò)散阻擋層可以用濺射方法來淀積。擴(kuò)散阻擋層防止在銅金屬區(qū)域和以后的金屬層，也即鋁之間的內(nèi)-擴(kuò)散。另外，該阻擋層為鋁層提供了一個(gè)底層。對于阻擋層的合適的材料包括鈦，氮化鈦，鉭，氮化鉭，鎢和氮化鎢。其他的阻擋層材料，由于有了本發(fā)明公開的提示，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。
如圖1L-1N所示，該通孔被金屬化和填充。該通孔最好填充以鋁或一種鋁合金。其他導(dǎo)電材料也可以用來填充通孔，例如銅，鎢，一種鎢合金或一種銅合金。接著用鋁來形成在集成電路中的最后的金屬層38。請注意，如果用來填充通孔的導(dǎo)電材料和用于最后金屬層的材料相同的話，就能用單一的金屬化過程。雖然這里用了金屬鋁，但也能用其他金屬，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的。最好用鋁既填充通孔又形成最后的金屬層。接著鋁層被構(gòu)圖以形成可熔斷連接40以及確定鍵合焊盤區(qū)42，以及為電路設(shè)計(jì)所需的布線或其他等等，接著淀積一層鈍化層(44)，其厚度從約1微米到幾個(gè)微米。就如同本技術(shù)領(lǐng)認(rèn)所認(rèn)識到的那樣，鈍化層是在制造過程的結(jié)尾才加上的，以防止在封裝過程中通過化學(xué)作用，腐蝕或處理而引起電學(xué)性質(zhì)的惡化。該鈍化層，通常是二氧化硅或氮化硅，包護(hù)了下面的電路不受潮氣或污染。接著用熟知的光刻技術(shù)和等離子體腐蝕或反應(yīng)離子腐蝕(RIE)方法在鈍化層上形成圖形，再用腐蝕性氣體等來加深開口以穿過鈍化層并對于鍵合焊盤區(qū)42建立一個(gè)開口46和熔斷區(qū)開口48。以這樣的方式，確定可熔斷連接40和鍵合焊盤區(qū)42的表面就被暴露。請注意，不象以前技術(shù)中的可熔斷連接，該可熔斷連接不包含一層薄的氧化物層以確定可熔斷連接的可破壞部分。該鈍化層也可以用光敏的聚酰亞胺，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常稱為PSPI，來構(gòu)圖。該熔斷區(qū)開口48確定了可熔斷連接40的破壞區(qū)。也即，在打開可熔斷連接，即破壞區(qū)時(shí)，碎片和產(chǎn)生的物質(zhì)被包含在開口48之內(nèi)。
可熔斷連接能夠用常規(guī)的激光處理的方法打開。它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是前面所述的方法允許激光熔斷但又不會(huì)使下面的氧化物層碎裂。因而，銅金屬層嵌入低k電介質(zhì)中并防止了暴露在大氣中。
工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)描述了在集成電路內(nèi)制造可熔斷連接的一種方法，它包括在最后金屬化層內(nèi)形成可熔斷連接。該方法以及所得到的結(jié)構(gòu)允許銅和低k電介質(zhì)整合到集成電路設(shè)計(jì)中去。作為其結(jié)果，銅區(qū)域被保護(hù)，使之不會(huì)由于暴露在空氣中而出現(xiàn)退化效應(yīng)。該可熔斷連接最好構(gòu)圖并在銅和低k電介質(zhì)層上方形成。該方法和結(jié)構(gòu)的一個(gè)重大優(yōu)點(diǎn)是得到一個(gè)更加容易控制的和更簡單的流程。下方銅金屬區(qū)的腐蝕和氧化被減至最少和/或被消除，這樣就極大提高了這些材料應(yīng)用的性能。在最后的金屬化層中，除了形成可熔斷連接以外，該層還能用于形成導(dǎo)線絲鍵合焊盤和形成所要求的布線圖形。
雖然已經(jīng)畫出并敘述了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)實(shí)施方案，但可以在不越出本發(fā)明的精神和范圍的情況下對它作各種修改和替代。因而，應(yīng)當(dāng)理解到，上述對本發(fā)明的敘述，只是用來說明，而不構(gòu)成限制。
權(quán)利要求
1.一種在集成電路內(nèi)形成可熔斷連接的方法，包含以下步驟在下方金屬互連(18)和第一電介質(zhì)層(14)的一個(gè)平面化表面上，形成第二電介質(zhì)層(30)；淀積一氧化物層(32)，其厚度可以有效地防止該氧化物層在激光熔斷過程中的碎裂；在氧化物層和第二電介質(zhì)層中形成通孔(34)，使其延伸到達(dá)下方的金屬互連；用一種導(dǎo)電金屬填充該通孔；形成一層最后的金屬層(38)；對最后的金屬層構(gòu)圖，以形成可熔斷連接(40)，鍵合焊盤區(qū)(42)和布線；淀積一鈍化層(44)；以及對鈍化層構(gòu)圖，以同時(shí)從鍵合焊盤區(qū)和一部分可熔斷連接上除去鈍化層，其中可熔斷連接的一個(gè)表面(48)和鍵合焊盤區(qū)的一個(gè)表面(46)被暴露出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，第一電介質(zhì)層(14)和第二電介質(zhì)層(30)是具有小于約3.0的介電常數(shù)的電介質(zhì)材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，最后的金屬層(38)包含鋁金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在所述填充步驟中的導(dǎo)電金屬和最后金屬層(38)包含鋁金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，下方的金屬互連層(18)包含銅金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包含在用導(dǎo)電金屬填充通孔以前，在該通孔內(nèi)淀積一阻擋層(36)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在可熔斷連接(40)上淀積鈍化層(44)，而所述對鈍化層構(gòu)圖的步驟除去在可熔斷連接上的一部分或全部鈍化層，從而確定一個(gè)破壞區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該鈍化層有約1微米的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該鈍化層包含一種選自由下面的材料構(gòu)成的組中的材料，該組包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅以及它們的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述破壞區(qū)確定了可熔斷連接的一個(gè)沒有鈍化層的區(qū)域。
全文摘要
在集成電路內(nèi)形成可熔斷連接的方法，包括在一最后的金屬層(38)上形成可熔斷連接(40)。可熔斷連接可以和一個(gè)鍵合焊盤區(qū)42同時(shí)形成。一層鈍化層(44)被淀積上，隨之構(gòu)圖以使鍵合焊盤區(qū)和可熔斷連接的表面(46，48)被暴露；可熔斷連接的被暴露區(qū)(48)確定了一個(gè)破壞區(qū)，該方法可以有利地用于使用銅金屬化和低k電介質(zhì)材料的集成電路的制作中。
文檔編號H01L21/02GK1628378SQ02812824
公開日2005年6月15日 申請日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月28日
發(fā)明者漢斯－喬其穆·巴斯, 萊奧德·G.·波萊爾, 杰拉爾德·R.·弗里斯, 麥克爾·斯蒂特 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司, 英芬能技術(shù)北美公司