專利名稱：片上集成銅電感的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種片上集成銅電感。
技術(shù)背景
眾所周知的，目前CMOS工藝主要分為銅后道和鋁后道兩種后道金屬互連工藝。由于銅電阻率比鋁低30%，從而使用銅后道互連工藝可以大幅降低金屬互連線的RC延遲和功耗，提高電路速度，因此在0. 13 μ m以下的先進(jìn)工藝中銅互連工藝得到廣泛應(yīng)用。
隨著半導(dǎo)體集成電路工藝技術(shù)的發(fā)展，在通信技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的射頻集成電路(RFIC)基于成本的考慮逐漸從最初制作在砷化鎵(GaAs)等三五族襯底上轉(zhuǎn)移到采用硅(Si)襯底的CMOS工藝上。但是由于CMOS工藝采用低電阻率的硅襯底，這會造成RFIC 的核心器件-電感的品質(zhì)因子顯著降低，從而影響RFIC性能，因此，各種提高CMOS片上集成銅電感品質(zhì)因子的技術(shù)被提出。其中的一種方法是采用銅后道互連技術(shù)代替鋁后道互連技術(shù)制作電感，利用銅的低電阻率的特性，降低電感線圈的歐姆損耗，從而提高電感品質(zhì)因子和電路性能。
雖然銅后道工藝廣受青睞，但是其常見的一個問題就是寬金屬線條的碟形 (Dishing)形貌問題。Dishing由圖形密度和圖形尺寸以及CMP工藝的特殊性形成，很難避免。Dishing會引起當(dāng)前層寬金屬線條方塊電阻增大，嚴(yán)重的Dishing會影響后續(xù)通孔或者金屬層出現(xiàn)阻擋層殘留，并進(jìn)一步可能導(dǎo)致刻蝕腔體污染從而影響生產(chǎn)活動。因此銅后道工藝嚴(yán)格制定金屬層的設(shè)計規(guī)則以保證CMP工藝的均勻性以及生產(chǎn)活動的正常進(jìn)行。
具體請參見圖Ia和圖lb，其中，圖Ia是現(xiàn)有技術(shù)的金屬層的俯視圖，圖Ib是圖 Ia沿AA—方向的剖面圖。如圖Ia所示，上下層圖形由于尺寸相同而重合在一起，其中上層寬金屬線條30，32，34相互平行，并且由介質(zhì)層33隔離；下層寬金屬線條10，12，14相互平行，并且由介質(zhì)層13隔離。上下兩層金屬由通孔層的通孔20，22，M連接。如圖Ib所示， 下層金屬的Dishing形貌11使得通孔層存在殘留21，該殘留帶來的后果一是輕則造成通孔 22無法完全連接上層寬金屬線條32和下層寬金屬線條12，使得下層寬金屬線條12和上層寬金屬線條32之間接觸電阻增大，重則造成下層寬金屬線條12和上層寬金屬線條32之間開路；后果二是在刻蝕32的凹槽時暴露出底部的殘留21，使得殘留物質(zhì)散落到刻蝕腔體之中，對設(shè)備和硅片造成粘污。同時，上層金屬的Dishing形貌31使得上層寬金屬線條30， 32，34的金屬厚度小于設(shè)計值，導(dǎo)致電阻增大從而影響整體的電路表現(xiàn)。
再來看目前常見的基于銅后道互連工藝的片上集成銅電感，其一般的物理尺寸為線寬8 20 μ m，間距1 5 μ m，圈數(shù)1 6圈，內(nèi)徑30 90 μ m，外徑從幾十μ m到數(shù)百ym不等?？紤]電感工作于射頻頻段，對寄生效應(yīng)尤為敏感，因此電感區(qū)域的周邊很大距離內(nèi)是不允許放置用于改善工藝均勻性的冗余(Dummy)圖形的。電感這種寬線條窄間距， 四周空白區(qū)域大的結(jié)構(gòu)使得局部圖形密度在極高和極低之間變化，導(dǎo)致電感金屬線圈存在嚴(yán)重的Dishing形貌，并且造成電感區(qū)域內(nèi)以及與其他布線區(qū)域之間存在很大的工藝不均勻問題。
具體請參見圖加和圖2b，以常規(guī)的單層4. 5圈的片上集成銅電感101為例，該片上集成銅電感101的第一圈金屬互連線30、第二圈金屬互連線32、第三圈金屬互連線34和第四圈金屬互連線36之間，都利用第一隔離層33將相鄰圈的金屬互連線隔離開。該片上集成銅電感101沿BB—方向的縱向剖面圖如附圖2b所示，由于金屬互連線寬度較大，而第一隔離層33寬度較小，在金屬互連線30，32，34和36上形成了明顯的Dishing形貌，而且中間的兩個金屬互連線32和34的Dishing形貌最嚴(yán)重。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種片上集成銅電感，在緩解CMP工藝的Dishing形貌問題的同時能夠不改變電感的性能。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種片上集成銅電感，包括由金屬互連線形成的線圈、第一隔離層和第二隔離層，所述第一隔離層將相鄰的線圈隔離開，所述第二隔離層將線圈內(nèi)部隔離開，且所述第二隔離層不分隔金屬互連線的起始和結(jié)尾處。
進(jìn)一步地，所述第二隔離層包括至少一個沿所述金屬互連線長度方向連續(xù)分布的條狀隔離層。
進(jìn)一步地，所述第二隔離層包括1 5個沿所述金屬互連線長度方向連續(xù)分布的條狀隔離層。所述條狀隔離層的線寬為1 10 μ m。
進(jìn)一步地，所述第二隔離層包括多個沿所述金屬互連線長度方向間隔分布的條狀隔離層。所述條狀隔離層的線寬為1 10 μ m。
進(jìn)一步地，所述片上集成銅電感的圈數(shù)為2 6圈。
本發(fā)明利用第二隔離層將線圈內(nèi)部隔離開，S卩，線圈內(nèi)部的第二隔離層將同一條金屬互連線分隔成兩條或多條金屬互連線，但是至少不分隔金屬互連線的起始和結(jié)尾處， 使得分隔開的各金屬互連線在電感線圈的起始處和結(jié)尾處仍然分別保持電位一致，在電學(xué)上仍然是同一條金屬互連線。由于一條寬的金屬互連線被第二隔離層分成多條相對較細(xì)的金屬互連線，因此可以改善工藝的均勻性。并且，由于電感線圈的金屬互連線雖然被分隔開，但是并不完全獨立，因此可以保持電感性能不改變。


圖Ia是現(xiàn)有技術(shù)的金屬層的俯視圖Ib是圖Ia沿AA，方向的剖面圖2a是現(xiàn)有技術(shù)的片上集成銅電感的俯視圖2b是圖加沿BB’方向的剖面圖3a是本發(fā)明實施例一的片上集成銅電感的俯視圖
圖3b是圖3a沿CC’方向的剖面圖4a是本發(fā)明實施例二的片上集成銅電感的俯視圖
圖4b是圖如沿00’方向的剖面圖4c是圖 沿EE’方向的剖面圖。
具體實施方式
在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，電感這種寬線條窄間距，四周空白區(qū)域大的結(jié)構(gòu)使得局部圖形密度在極高和極低之間變化，導(dǎo)致電感金屬線圈存在嚴(yán)重的碟形(Dishing)形貌， 并且造成電感區(qū)域內(nèi)以及與其他布線區(qū)域之間存在很大的工藝不均勻問題。為此，本發(fā)明提供一種片上集成銅電感，利用第二隔離層將線圈內(nèi)部隔離開，由于一條寬的金屬互連線被第二隔離層分成多條相對較細(xì)的金屬互連線，因此可以改善工藝的均勻性；并且，所述第二隔離層至少不分隔金屬互連線的起始和結(jié)尾處，使得分隔開的各金屬互連線在電感線圈的起始處和結(jié)尾處仍然分別保持電位一致，在電學(xué)上仍然是同一條金屬互連線，因此可保持電感性能不改變。
實施例一
具體請參考圖3a和圖北，其中，圖3a是本發(fā)明實施例一的片上集成銅電感的俯視圖，圖北是圖3a沿CC’方向的剖面圖。本實例提供的片上集成銅電感102包括由金屬互連線形成的線圈、第一隔離層33和第二隔離層35，所述第一隔離層33將相鄰的線圈隔離開，所述第二隔離層35將線圈內(nèi)部隔離開，且所述第二隔離層35不分隔線圈的起始和結(jié)尾處。其中，所述第二隔離層35包括至少一個沿金屬互連線長度方向連續(xù)分布的條狀隔離層。
具體的說，如圖3a所示，電感102的第一圈金屬互連線被第二隔離層35分隔成三條相對較細(xì)的金屬互連線30a、30b、30c，其中第二隔離層35方向與電感線圈方向一致，從電感起始處01 —直貫通到結(jié)尾處02，但并未把電感線圈分隔成彼此獨立的三部分；第二圈金屬互連線也被第二隔離層35分隔成三條相對較細(xì)的金屬互連線32a、32b、32c ；第三圈金屬互連線也被第二隔離層35分隔成三條相對較細(xì)的金屬互連線34a、34b、34c ；同樣的，第四圈金屬互連線被第二隔離層35分隔成三條相對較細(xì)的金屬互連線36a、36b、36c。與此同時，各圈金屬互連線之間仍然由第一隔離層33把相鄰圈的金屬互連線隔離開。如圖北所示，由于較寬的金屬互連線被分隔成多條相對較細(xì)的金屬互連線，因此Dishing形貌將會得到顯著的改善。
此外，最重要的是，電感102的起始處01和結(jié)尾處02并沒有被第二隔離層35分隔，因此各圈金屬互連線被分隔的三條相對較細(xì)的金屬互連線并不是彼此獨立的，而是電學(xué)上保持電位一致，仍然是同一條金屬互連線。例如，三條相對較細(xì)的金屬互連線30a、30b、 30c在起始處01沒有分隔開，電位仍然保持相同；同時三條相對較細(xì)的金屬互連線36a、 36b、36c在結(jié)尾處02也沒有分隔開，電位相同。所以，整個金屬線圈在電學(xué)表現(xiàn)上仍然是同一個電感，并且保持該電感的性能不變。
在本實施例中，所述金屬互連線的線寬為8 20 μ m，所述第二隔離層35包括兩個沿金屬互連線長度方向連續(xù)分布的條狀隔離層，所述兩個條狀隔離層平行排列，每個所述條狀隔離層的線寬例如為1 ΙΟμπι。當(dāng)然，上述數(shù)值并不用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)金屬互連線的寬度適應(yīng)性的選擇合適數(shù)量和尺寸的條狀隔離層。
本實施例中，所述金屬互連線環(huán)繞成八角形，所述隔離層亦隨之環(huán)繞成八角形；在其它實施例中所述金屬互連線也可以為環(huán)形或者六角形等形狀，所述隔離層亦隨之相應(yīng)變換，此處不再贅述。
實施例二
具體請參考圖如和圖4b，其中，圖如是本發(fā)明實施例一的片上集成銅電感的俯視圖，圖4b是圖如沿CC’方向的剖面圖。本實例提供的片上集成銅電感103包括由金屬互連線形成的線圈、第一隔離層33和第二隔離層35，所述第一隔離層33將相鄰的線圈隔離開，所述第二隔離層35將線圈內(nèi)部隔離開，且所述第二隔離層35不分隔線圈的起始和結(jié)尾處。其中，所述第二隔離層35包括多個沿所述金屬互連線長度方向間隔(不連續(xù))分布的條狀隔離層。
具體的說，如圖如和4b所示，片上集成銅電感103的圈數(shù)為2. 5圈，由上下兩層金屬通過通孔連接形成并聯(lián)電感。片上集成銅電感103的上層金屬互連線包括第一圈金屬互連線30、第二圈金屬互連線32和第三圈金屬互連線34，分別通過通孔20、22和M與下層金屬互連線包括第一圈金屬互連線10、第二圈金屬互連線12和第三圈金屬互連線14連接。如圖北所示，上層金屬互連線30、32和34之間由上層第一隔離層33將相鄰圈的金屬互連線隔離開，下層金屬10、12和14之間由下層第一隔離層13將相鄰圈的金屬互連線隔離開，上下層金屬之間為通孔層介質(zhì)23。
如圖如所示，更進(jìn)一步地，在上層金屬互連線內(nèi)部，有條狀的不連續(xù)的第二隔離層35將上層金屬互連線30、32和34在局部區(qū)域分隔成不完全獨立的電位一致的兩部分； 在下層金屬互連線內(nèi)部，有條狀的不連續(xù)的第二隔離層15將下層金屬互連線10、12和14 在局部區(qū)域分隔成不完全獨立的電位一致的兩部分；通孔20、22、M分別連接上述上層金屬互連線30和下層金屬互連線10、上層金屬互連線32和下層金屬互連線12、以及上層金屬互連線34和下層金屬互連線12被分隔開的兩部分。
上述的上層的第二隔離層35和下層的第二隔離層15改善了電感金屬互連線的 Dishing形貌，避免了由于下層Dishing引起的的金屬接觸不良問題和殘留問題。同時，上述的上層第二隔離層35和下層第二隔離層15存在不連續(xù)性，即被分隔開的金屬互連線在電感起始處01、結(jié)尾處02以及整個電感內(nèi)部并沒有被分隔成完全獨立的兩部分，因此在電學(xué)上仍能保持電感的性能。
在本實施例中，所述金屬互連線的線寬為8 20 μ m，所述第二隔離層35包括多個沿金屬互連線長度方向間隔分布的條狀隔離層，每個所述條狀隔離層的線寬例如為1 IOum0當(dāng)然，上述數(shù)值并不用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)金屬互連線的寬度適應(yīng)性的選擇合適數(shù)量和尺寸的條狀隔離層，此處不再贅述。
需要說明的是，本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，相關(guān)之處可互相參考。并且，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明各個實施例的目的。
對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種片上集成銅電感，其特征在于，包括由金屬互連線形成的線圈、第一隔離層和第二隔離層，所述第一隔離層將相鄰的線圈隔離開，所述第二隔離層將線圈內(nèi)部隔離開，且所述第二隔離層不分隔金屬互連線的起始和結(jié)尾處。
2.如權(quán)利要求1所述的片上集成銅電感，其特征在于，所述第二隔離層包括至少一個沿所述金屬互連線長度方向連續(xù)分布的條狀隔離層。
3.如權(quán)利要求2所述的片上集成銅電感，其特征在于，所述第二隔離層包括1 5個沿所述金屬互連線長度方向連續(xù)分布的條狀隔離層。
4.如權(quán)利要求2所述的片上集成銅電感，其特征在于，所述條狀隔離層的線寬為1 10 μ m。
5.如權(quán)利要求1所述的片上集成銅電感，其特征在于，所述第二隔離層包括多個沿所述金屬互連線長度方向間隔分布的條狀隔離層。
6.如權(quán)利要求5所述的片上集成銅電感，其特征在于，所述條狀隔離層的線寬為1 10 μ m。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項所述的片上集成銅電感，其特征在于，所述片上集成銅電感的圈數(shù)為2 6圈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種片上集成銅電感，包括由金屬互連線形成的線圈、第一隔離層和第二隔離層，所述第一隔離層將相鄰的線圈隔離開，所述第二隔離層將線圈內(nèi)部隔離開，且所述第二隔離層不分隔金屬互連線的起始和結(jié)尾處。由于較寬的金屬互連線被第二隔離層分成多條相對較細(xì)的金屬互連線，因此可以改善工藝的均勻性；并且，由于電感線圈的金屬互連線雖然被分隔開，但是并不完全獨立，因此可以保持電感性能不改變。
文檔編號H01L23/522GK102522385SQ201110457979
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者全馮溪, 王全 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司