[发明专利]包括非常锥形的转变贯孔的半导体装置的金属化系统

说明书

技术领域

本发明是大致关于例如先进集成电路(advanced integrated  circuit)的微结构，且尤关于例如以铜为基础的金属化层的导电结构， 该导电结构包括通过转变贯孔(transition via)连接至紧密间隔的 窄金属线的宽金属线。

背景技术

在近代微结构(例如集成电路)的制造中，有稳定缩减微结构组 件的特征尺寸、并进而增进这些结构的功能性的持续需求。举例来说， 在近代集成电路中，例如场效应晶体管的沟道长度的最小特征尺寸已 经深入到达深次微米(sub-micron)范围，因此增加这些电路在速度 及/或电力消耗及/或功能多样性的效能。当单独电路组件的尺寸随着 每个新的电路世代缩减，从而改善例如晶体管组件的切换速度，让互 连线电性连接单独电路组件的可用平面空间(available floor space) 也减少。因此，这些互连线的尺寸也被缩减以补偿可用平面空间的缩 减量，且在当通常所需的互连数量增加得比电路组件的数量还快时， 用来补偿每个单位面积所提供的电路组件的增加数量。因此，通常提 供多个堆栈的「布线(wiring)」层(也称做金属化层)，其中，一个 金属化层的单独金属线通过所谓的贯孔连接至覆盖或下面金属化层的 单独金属线。尽管提供多个金属化层，但仍需要缩减尺寸的互连线以 符合例如近代CPU、内存芯片、ASIC(特定应用集成电路)等的巨大复 杂度。

进阶集成电路(包含具有0.05微米(micron)与甚至更小的关键尺寸 的晶体管组件)因此通常可操作在高到在单独互连结构中的每平方公 分有许多千安培(kA)的显著增加的电流密度，尽管由于每单位面积 有显著数量的电路组件而提供相当大数量的金属化层。因此，广为接 受的材料(例如铝)被铜与铜合金取代，其为一种甚至相较于铝在非 常高电流密度有显著较低电阻率与对电迁移(electromigration)有 改善的的抵抗性。将铜引入至微结构与集成电路的制造中会带来许多 属于铜立即扩散在二氧化硅与多种低k介电材料中的特性的严重问题， 该二氧化硅与多种低k介电材料通常用来与铜结合使用以缩减在复合 金属层(complex metallization layer)内的寄生电容。为了提供必 要的粘着力与避免铜原子不必要地扩散至感测装置区域中，因此通常 需要在铜与介电材料之间提供阻障层，其中，该铜基互连结构嵌埋在 该介电材料中。虽然氮化硅是有效防止铜原子扩散的介电材料，但是 选择氮化硅做为层间介电材料(interlayer dielectric material) 并没那么令人满意，这是因为氮化硅展现出适度高的介电常数，因此 会增加相邻铜线的寄生电容，这会导致无法容忍的讯号传播延迟。所 以，通常形成也将所需机械稳定性给予铜的薄导电阻障层，以便将大 块的铜与周遭的介电材料分隔，因此减少铜扩散至该介电材料中、且 也减少不想要的物种(例如氧、氟等)扩散至该铜中。再者，该导电 阻障层也可提供对于铜较高的稳定接口，因此减少在该接口显著材料 迁徙的可能性，考虑到增加的扩散路径可促进电流感应材料扩散 (current induced material diffusion)，该接口通常是关键区域。 现在，钽、钛、钨及它们带有氮与硅等的化合物是用于导电阻障层的 较佳候选人，其中，该阻障层可包括两个或更多个不同组成物的子层， 以便符合在扩散抑制与粘着特性的需求。