CN2746534Y - 降低应力迁移的多重金属内连线布局 - Google Patents
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Abstract
一种降低应力迁移(Stress Migration)的多重金属内连线(Multilevel Interconnects)布局，其可在大面积金属层上加入扩散阻障(Diffusion Block)或孔洞槽(Vacancy Sink)，以避免微小孔洞因热应力聚集而导致电路产生断路。也可在大面积金属层与小面积金属突出部之间以渐缩方式进行连接，以减低两者的热应力差异。或者，增加小面积金属突出部的介层窗的数量，以增加对热应力迁移的抵抗能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多重金属内连线(Multilevel Interconnects)的布局设计，特别涉及一种可降低多重金属内连线的热应力迁移(Stress Migration)的布局。
背景技术
随着半导体技术的进步，集成电路元件的尺寸也持续微缩化，当集成电路的集成度(Integration)增加时，芯片的表面无法提供足够的面积来制作所需的内连线。因此，为了配合元件缩小后所增加的内连线，目前超大规模集成电路(Very LargeScale Integration；VLSI)的结构大都采用多重金属内连线的设计。
在多重金属内连线结构中，每一层的内连线层通常包括有数条金属导线，而金属导线间则填有介电材料来隔离金属导线。另外，相邻的两内连线层之间也利用介电材料层予以隔开。由于金属内连线与介电材料的热膨胀系数差异相当大，因此当多重金属内连线所处的环境的温度产生较大的变化时，金属内连线与介电材料所受到的热应力差异也非常大，而使多重金属内连线结构内产生了所谓的应力迁移。
由于材料层的尺寸大小同样会影响材料层因热变化所引发的膨胀与收缩，因此热应力迁移也常见于大面积的金属层100与相邻内连线层的小面积的金属突出部(Metal Tab)102的接合上，如图1所示。请一并参照图2，图2绘示沿图1的I-I剖面线所获得的剖面图，并且在图1中仅绘示出金属层、金属突出部以及介层窗之间的对应关系。金属突出部102具有介层窗104，用来电性连接另一内连线层的金属层108，其中介层窗104与金属层108位于介电层110中，如图2所示。当图2的金属连线结构暴露在温度急遽变化的环境下而产生膨胀时，金属层100膨胀的程度远大于金属突出部102膨胀的程度，而将金属突出部102往外推移；而当图2的金属连线结构因热变化而产生收缩时，金属层100收缩的程度远大于金属突出部102收缩的程度，而将金属突出部102向金属层100的方向拉扯。这样一来，极易减低金属突出部102上的介层窗104与金属层108的接合力，情况严重的话，甚至会导致介层窗104与金属层108分离，从而造成内连线结构的电路断路。
此外，金属层100的温度上升时，金属层100内部的微小孔洞(未绘示)会扩散并聚集在介层窗104与金属突出部102的接合处，当微小孔洞聚集的数量增加到一定程度时，会使介层窗104与金属突出部102的接合处裂开，甚至导致介层窗104与金属突出部102完全分开，而形成电路断路，严重影响内连线结构的电性可靠度。
发明内容
鉴于上述的背景技术中，由于大面积的金属层与小面积的金属突出部间的面积差异过大，而使两者之间存在相当大的热应力差异，进而产生应力拉扯，造成金属层与介层窗分离而产生断路。此外，受到热应力的影响，金属层所产生的微小孔洞极易聚集在金属层与介层窗的介面并产生裂缝，而使金属层与介层窗分开，进而造成多重金属内连线的电路形成断路。
因此，本实用新型的一目的就是提供一种降低热应力迁移的多重金属内连线布局，其在金属层上设置例如介电沟槽，来作为微小孔洞扩散阻障或孔洞槽。这样一来，可有效避免微小孔洞因热应力的驱使而聚集在介层窗与金属层间进而导致裂缝的产生，甚至造成电路断路。因此，可提升产品可靠度。
本实用新型的另一目的就是提供一种多重金属内连线布局，其利用面积渐缩方式连接大面积金属层与小面积金属突出部。由于材料面积大小会影响热应力的大小，因此可减小大面积金属层与小面积金属突出部之间的热应力差异，进而有效降低热应力迁移。
根据以上所述的目的，本实用新型提供了一种降低应力迁移的多重金属内连线布局，至少包括：一金属层；一金属突出部，其中此金属突出部与上述金属层的一边缘接合；以及一阻障区位于上述金属层上，并且此阻障区邻近上述金属层的与金属突出部接合的边缘。其中，阻障区为一介电沟槽，其内填充有介电材料。
借由金属层上的阻障区，可阻隔金属层因热所产生的微小孔洞，并可使这些微小孔洞聚集在此阻障区旁。这样一来，可有效防止这些微小孔洞聚集在金属层与介层窗的介面，而避免在金属层与介层窗之间产生裂缝，进而达到改善多重金属内连线的电性可靠度的目的。
根据以上所述的目的，本实用新型提供了一种降低应力迁移的多重金属内连线布局，至少包括：一金属层；以及一金属突出部与上述金属层的一边缘接合，其中此金属突出部的面积小于金属层的面积，并且此金属突出部的面积从与上述金属层接合的边缘逐渐递减。
由于金属突出部的面积从与上述金属层接合的边缘逐渐递减，因此可减缓金属层与金属突出部之间的热应力差异，这样一来，可避免金属层与介层窗因热应力拉扯而分离造成电路断路，可确保多重金属内连线的电性可靠度。
根据以上所述的目的，本实用新型提供了一种降低应力迁移的多重金属内连线布局，至少包括：一金属层；以及一金属突出部与上述金属层的一边缘接合，其中此金属突出部的面积远小于上述金属层的面积，并且此金属突出部至少包括数个介层窗。这些介层窗可用来电性连接上述金属层与另一金属层。
借由在金属突出部上增加多个介层窗，可大幅提高金属突出部抗应力迁移的能力。因此，可避免因应力拉扯而导致金属层与介层窗分离，从而可达到提升多重金属内连线的电性可靠度以及产品合格率的目的。
附图说明
图1绘示现有内连线层布局的部分布局的俯视示意图；
图2绘示沿图1的I-I剖面线所获得的剖面图，在图1中仅绘示出金属层、金属突出部以及介层窗之间的对应关系；
图3绘示本实用新型的第一较佳实施例的内连线层布局俯视示意图；
图4a绘示沿图3的II-II剖面线所获得的第一种剖面图，在图3中仅绘示出金属层、金属突出部、介层窗以及阻障区之间的对应关系；
图4b绘示沿图3的II-II剖面线所获得的第二种剖面图；
图4c绘示本实用新型第一较佳实施例的具有多重阻障区的内连线层布局的剖面图；
图4d绘示本实用新型第一较佳实施例的具有多重阻障区的内连线层布局的剖面图；
图5绘示本实用新型的第二较佳实施例的内连线层布局的俯视示意图；
图6绘示沿图5的III-III剖面线所获得的剖面图，在图5中仅绘示出金属层、金属突出部以及介层窗之间的对应关系；
图7绘示本实用新型的第三较佳实施例的内连线层布局的俯视示意图；以及
图8绘示沿图7的IV-IV剖面线所获得的剖面图，在图7中仅绘示出金属层、金属突出部以及介层窗之间的对应关系。
具体实施方式
本实用新型揭露一种降低应力迁移的多重金属内连线布局，可在大面积的金属层上设置微小孔洞的扩散阻障，以避免微小孔洞聚集在介层窗与金属层的接合面上。或者可用渐缩方式形成小面积金属突出部，以缓和大面积金属层与金属突出部的面积差异。另外，还可在小面积金属突出部上增加介层窗的数量，用来将应力的冲击分散。因此，可增加多重金属内连线的可靠度，进而达到提升产品合格率的目的。为了使本实用新型的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图3至图8的图示。
请参照图3，图3绘示本实用新型的第一较佳实施例的内连线层布局的俯视示意图。此内连线布局的制作方式，请一并参照图4a，首先提供内连线层208，而此内连线层208至少包括金属突出部202以及金属层200，并且金属突出部202与金属层200的一边连接。其中，金属层200的面积远比金属突出部202的面积大。接着，形成介电层212覆盖在内连线层208的金属层200与金属突出部202上。再在金属突出部202上的介电层212中形成介层窗204与金属层210，并在金属层200上的介电层212中形成贯穿介电层212的阻障区206，如图4a所示。其中，介层窗204可使此内连线层208与其相临的内连线层的金属层210电性连接。上述阻障区206的位置较佳是邻近于金属层200与金属突出部202相接合的一边，并且阻障区206的范围较佳是能包括金属突出部202的范围。阻障区206的材料可与介电层212的材料相同，也可与介电层212的材料不同，仅需在阻障区206与介电层212间形成介面就可以。阻障区206的形状可例如为长条形、十字形、方形、L形、框形或Z形等等，并不限于图3所示的阻障区206的长条形。
在本实用新型中，阻障区206可如同图4a所示一样贯穿介电层212，也可提供如同图4b所示一样仅从金属层200向上延伸至介电层212的一部分而并未贯穿介电层212的阻障区214。另外，请参照图4c，也可在介电层212中设置多个贯穿介电层212的阻障区216；或如同图4d所示一样多个仅从金属层200向上延伸至介电层212的一部分而并未贯穿介电层212的阻障区218，本实用新型并不在此作限制。
请再次参照图3，在内连线层208中，当金属层200受热时，热应力会引发微小孔洞扩散，这些微小孔洞在朝金属突出部202的介层窗204扩散时，阻障区206就如同扩散阻障一般，可大幅增加微小孔洞的扩散路径。除此之外，由于阻障区206与金属层200之间的介面属高度不稳定的区域，形成自由能阻限(Free-energyTrap)而将微小孔洞阻限住，如同孔洞槽一样。这样一来，可阻止微小孔洞扩散并聚集在介层窗204与金属突出部202的介面间，从而避免内连线介层窗与另一内连线层分离，进而防止内连线路形成断路，达到提高多重金属内连线的可靠度的目的。
请参照图5，图5绘示本实用新型的第二较佳实施例的内连线层布局的俯视示意图。此内连线布局的制作方式，请一并参照图6，首先提供内连线层310，其中此内连线层310至少包括金属层300以及金属突出部306，并且金属层300的面积及宽度w3均大于金属突出部306的面积及宽度。此外，金属突出部306由第一部分302与第二部分304所构成，其中第一部分302的面积大于第二部分304的面积，并且第一部分302的宽度w2大于第二部分304的宽度w1。金属突出部306中面积较大的第一部分302的一边与金属层300的一边连接，而金属突出部306的第一部分302的另一边则连接金属突出部306中面积较小的第二部分304。接着，形成介电层314覆盖在内连线层310的金属层300与金属突出部306上。再利用例如光刻、蚀刻、沉积以及化学机械研磨的方式在金属突出部306的第二部分304上的介电层314中形成介层窗308，并在介层窗308上的介电层314中形成另一内连线层的金属层312，如图6所示。其中，介层窗308可用来电性连接内连线层310及与此内连线层310相临的内连线层的金属层312。
应该注意的一点是，在本实用新型的第二较佳实施例中，金属突出部306虽仅由两个面积及宽度均具有落差的第一部分302与第二部分304构成，但是，本实用新型的金属突出部306的设计为以面积及宽度渐缩方式，也就是使金属突出部306的面积与宽度从与金属层300接合边开始渐次递减就可以。金属突出部306并不限于由多少层次部分所构成，金属突出部306的面积与宽度也可呈平顺递减。
由于金属突出部306面积与宽度从与金属层300接合处逐渐递减，因此可有效减缓大面积的金属层300与小面积的金属突出部306间的面积差异，进而减低金属层300与金属突出部306间的应力差距。这样一来，可达到降低多重金属内连线的应力迁移的目的，进而提升多重金属内连线的可靠度，并增加产品合格率。
请参照图7，图7绘示本实用新型的第三较佳实施例的内连线层布局的俯视示意图。此内连线布局的制作方式，请一并参照图8，首先提供内连线层408，此内连线层408至少包括金属突出部402与金属层400，并且金属突出部402与金属层400的一边连接。其中，金属层400的面积远比金属突出部402的面积大。接着，形成介电层412覆盖在内连线层408的金属层400与金属突出部402上。再利用例如光刻、蚀刻、沉积以及化学机械研磨的方式在金属突出部402上的介电层412中形成介层窗404以及介层窗406，并在介层窗404以及介层窗406上的介电层412中形成另一内连线层的金属层410，如图8所示。其中，介层窗404以及介层窗406可用来电性连接内连线层408及与此内连线层408相临的内连线层的金属层410。
借由介层窗404以及介层窗406的设置，不仅可分摊大面积的金属层400与小面积的金属突出部402间的热应力差，并可增加内连线结构的结构强度。因此，可避免介层窗因热应力的拉扯与推移而与电性连接的另一内连线层分离而形成断路。因此，可有效降低多重金属内连线的应力迁移及电致迁移，并减低多重金属内连线产生断路的可能性，从而大幅增加产品可靠度与合格率，达到提升产品品质的目的。
虽然，在本实用新型的第三较佳实施例中，金属突出部402上的介层窗数量只设置两个，但是，本实用新型金属突出部的介层窗的数量可依照工艺需求再行增加，并不限于两个，但至少需两个以上。
值得注意的一点是，以上所述的三种实施例可依照工艺需求搭配施行，也就是本实用新型的第一实施例的设计可与第二实施例的设计结合，或与第三实施例的设计结合，而第二实施例的设计也可与第三实施例的设计结合，甚至可同时结合三个实施例的布局设计，更能有效降低多重金属内连线的应力迁移及电致迁移，从而达到提升多重金属内连线的可靠度的目的。
综上所述，本实用新型的一优点就是因为借由在金属层上设置孔洞扩散阻障，可有效避免微小孔洞聚集在介层窗与金属层间而导致电路断路。因此，可达到提升产品可靠度与合格率的目的。
本实用新型的又一优点就是因为利用面积渐缩方式设置小面积金属突出部，可缓和大面积金属层与小面积金属突出部之间的热应力差异。因此，可有效降低应力迁移，达到提升产品品质的目的。
本实用新型的另一优点就是因为借由增加小面积的金属突出部上的介层窗数量，可利用这些介层窗分摊所有因热应力差异所导致的应力迁移力量。因此，可有效避免电路断路，达到提高产品电性稳定度的目的。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1、一种降低应力迁移的多重金属内连线布局，其特征在于：所述的连线布局至少包括，
一金属层；
一金属突出部，其中该金属突出部与该金属层的一边缘接合；以及
一阻障区位于该金属层上。
2、根据权利要求1所述的降低应力迁移的多重金属内连线布局，其特征在于：所述的金属突出部上还至少包括一介层窗，并且该介层窗可用来电性连接另一金属层。
3、根据权利要求1所述的降低应力迁移的多重金属内连线布局，其特征在于：所述的金属突出部上具有数个介层窗，并且这些介层窗可用来电性连接另一金属层。
4、根据权利要求1所述的降低应力迁移的多重金属内连线布局，其特征在于：所述的金属层的面积大于该金属突出部的面积，并且该金属突出部的面积从该金属层的该边缘逐渐缩减。
5、根据权利要求1所述的降低应力迁移的多重金属内连线布局，其特征在于：所述的阻障区为一介电沟槽。
6、根据权利要求1所述的降低应力迁移的多重金属内连线布局，其特征在于：所述的阻障区邻近该金属层的该边缘。
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| CN 200420118360 CN2746534Y (zh) | 2004-10-13 | 2004-10-13 | 降低应力迁移的多重金属内连线布局 |
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2004
- 2004-10-13 CN CN 200420118360 patent/CN2746534Y/zh not_active Expired - Lifetime
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