KR20010021456A - A method of manufacturing an integrated circuit and an integrated circuit - Google Patents

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뎅자이아오준
후앙지아셍
오테스안소니스테판
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루센트 테크놀러지스 인크
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Abstract

PURPOSE: An integrated circuit is provided together with its manufacturing method where electro-migration property of the conductive structure is improved. CONSTITUTION: The integrated circuit substrate(10) comprises a first dielectrics formed in a first dielectrics layer(40) and a first flattened layer(45) formed of a material different from a first material layer (30) and the first dielectrics layer(40) formed over it. By the same process, another layers including the second dielectrics layer(90), material layer(80) and flattened layer(95) are formed. Here, the material of the first material layer(30) has a larger Young's modulus than that of the first dielectrics layer(40).

Description

집적 회로 제조 방법 및 집적 회로{A method of manufacturing an integrated circuit and an integrated circuit}A method of manufacturing an integrated circuit and an integrated circuit

발명의 분야Field of invention

본 발명은 일반적으로 집적 회로에 관한 것이며, 특히, 집적 회로에서 도전 구조에 관한 것이다.The present invention relates generally to integrated circuits and, more particularly, to conductive structures in integrated circuits.

발명의 배경Background of the Invention

집적 회로는 상호접속을 위해 금속층들을 오랫동안 사용했었다. 다음의 복잡도는 유전층들에 의해 분리된 많은 금속화 층들을 추가시켰으며, 상호접속들의 크기를 줄어들게 했다. 이 상호접속의 물리적 치수가 줄어들었기 때문에, 상호접속의 일렉트로마이그레션과 관련된 신뢰성 문제가 증가되었다. 따라서, 이는 일렉트로마이그레션을 감소시키는 집적 회로를 제조하는 공정과 집적 회로를 제공하는데 바람직하다.Integrated circuits have long used metal layers for interconnection. The following complexity added many metallization layers separated by dielectric layers, reducing the size of the interconnects. As the physical dimensions of these interconnects have been reduced, reliability problems associated with the electromigration of the interconnects have increased. Therefore, it is desirable to provide an integrated circuit and a process for manufacturing an integrated circuit that reduces electromigration.

본 발명은 유전층에 형성된 도전체를 포함하는 구조 상에 형성된 재료층을 포함하는 집적 회로를 제공한다. 재료층은 도전체 또는 유전체상에 형성될 수도 있으며 그 구조는 집적 회로내의 최상위 도전층과는 다른 것이다. 재료층은 유전 재료의 영률(Young's modulus)보다 큰 영률을 갖는다. 재료층은 도전 구조의 일렉트로마이그레션 특성을 향상시킨다. 한 실시예에서, 재료층은 패시베이션층이다. 또 다른 실시예에서, 재료층은 SiN이다. 본 발명은 또한 도전층 및 유전층을 포함하는 구조상에 재료층을 형성하는 공정을 제공한다.The present invention provides an integrated circuit comprising a layer of material formed on a structure that includes a conductor formed in a dielectric layer. The material layer may be formed on a conductor or dielectric and its structure is different from the topmost conductive layer in an integrated circuit. The material layer has a Young's modulus greater than the Young's modulus of the dielectric material. The material layer improves the electromigration characteristics of the conductive structure. In one embodiment, the material layer is a passivation layer. In yet another embodiment, the material layer is SiN. The invention also provides a process for forming a material layer on a structure comprising a conductive layer and a dielectric layer.

앞의 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명 모두는 전형적인 것이며, 본 발명을 제한하지 않음을 알 수 있을 것이다.It will be appreciated that both the foregoing general description and the following detailed description are typical, and do not limit the invention.

본 발명은 첨부 도면과 관련하여 판독할 때 다음의 상세한 설명에서 최상으로 이해된다. 반도체 산업에서의 공통적인 실행에 따라, 도면의 각종 특징부(feature)들은 일정한 비율로 만들어지지 않았음이 강조된다. 이에 반하여, 각종 특징부들의 치수는 임의로 확대되거나 또는 명료함을 위해 축소되었다. 도면들에는 다음의 도면들이 포함되어 있다.The invention is best understood from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings. In accordance with common practice in the semiconductor industry, it is emphasized that the various features in the figures are not made to scale. In contrast, the dimensions of the various features have been arbitrarily enlarged or reduced for clarity. The drawings include the following drawings.

도 1 은 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 집적 회로의 개략도.1 is a schematic diagram of an integrated circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2 는 도 1 에 도시된 집적 회로를 제조하는 흐름도.FIG. 2 is a flow chart of manufacturing the integrated circuit shown in FIG. 1.

도 3 은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 의한 집적 회로의 개략도.3 is a schematic diagram of an integrated circuit according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 4 는 본 발명을 예시하는데 유용한 비아 체인 구조의 상단도.4 is a top view of a via chain structure useful for illustrating the present invention.

도 5a 및 5b 는 집적 회로내의 제 1 도전층(M1) 및 제 2 도전층(M2) 각각에 대한 일렉트로마이그레션을 도시한 개략도.5A and 5B are schematic diagrams showing electromigration for each of the first conductive layer M1 and the second conductive layer M2 in an integrated circuit.

도 6 은 250℃에서 2MA/㎠의 전류 밀도로 압력이 가해진 도전층들(M1 및 M2)의 누적 고장 분포를 도시한 도면.FIG. 6 shows the cumulative failure distribution of conductive layers M1 and M2 pressurized at a current density of 2MA / cm 2 at 250 ° C. FIG.

도 7 은 250℃에서 2MA/㎠의 전류 밀도로 압력이 가해진 비아(1), 비아(2) 및 비아(3) 구조들의 도전층들(M2, M3 및 M4)의 누적 고장 분포를 도시한 도면.7 shows the cumulative failure distribution of conductive layers M2, M3 and M4 of via 1, via 2 and via 3 structures pressurized at a current density of 2MA / cm 2 at 250 ° C. .

도 8 은 각종 저항이 증가한 후 비아(3)로부터 도전층들(M3 및 M4)내의 Al의 디플리션 거리를 도시한 도면.8 shows the deflation distance of Al in the conductive layers M3 and M4 from the via 3 after various resistances have increased.

도 9a 는 250℃에서 전류 밀도들 2.5, 2 및 1.5 MA/㎠를 갖는 4-레벨 구조들의 도전층들(M1, M2, M3)의 MTF(median time to failure)를 도시한 도면.FIG. 9A shows the median time to failure (MTF) of the conductive layers M1, M2, M3 of four-level structures having current densities 2.5, 2 and 1.5 MA / cm 2 at 250 ° C. FIG.

도 9b 는 250℃에서 전류 밀도들 2.5, 2 및 1.5 MA/㎠를 갖는 4-레벨 구조들의 도전층들(M2, M3, M4)의 MTF(median time to failure)를 도시한 도면.9B shows the median time to failure (MTF) of the conductive layers M2, M3, M4 of four-level structures having current densities 2.5, 2 and 1.5 MA / cm 2 at 250 ° C.

도 10a 및 10b 는 2-레벨 구조내의 유전체들로 캡슐에 싸여진 도전층들(M1 및 M2)의 개략도.10A and 10B are schematic views of conductive layers M1 and M2 encapsulated with dielectrics in a two-level structure.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1, 2, 3 : 비아 10 : 기판1, 2, 3: Via 10: Substrate

20 : 제 1 패턴된 도전체 30 : 제 1 재료층20: first patterned conductor 30: first material layer

40 : 제 1 유전층 45 : 제 1 평탄화층40: first dielectric layer 45: first planarization layer

50 : 라이너층 60 : 도전 재료50: liner layer 60: conductive material

70 : 제 2 패턴된 도전체 80 : 제 2 재료층70 second patterned conductor 80 second material layer

90 : 제 2 유전층 95 : 제 2 평탄화층90 second dielectric layer 95 second planarization layer

M1, M2, M3, M4 : 도전층M1, M2, M3, M4: conductive layer

이제 도면을 참조하면, 같은 참조 번호들은 완전히 같은 요소들을 가리키며, 도 1 은 본 발명에 의한 예시적인 집적 회로의 개략도이다. 도 2 는 도 1에 도시된 집적 회로를 제조하는 공정을 기술한 흐름도이다.Referring now to the drawings, like reference numerals refer to like elements throughout, and FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary integrated circuit according to the present invention. 2 is a flow chart describing a process of manufacturing the integrated circuit shown in FIG.

단계 100에서, 제 1 패턴된 도전체(20)는 기판(10)상에 형성된다. 제 1 패턴된 도전체(20)는 텅스텐, 알루미늄, 구리, 니켈, 알루미늄/구리 합금 또는 당업자들에 의해 공지된 바와 같은 도전체로서 사용하는데 적합한 다른 도전재료와 같은 금속이다. 통상적으로, 제 1 패턴된 도전체(20)는 기판(10)위에 증착된 블랭킷이다. 제 1 패턴된 도전체(20)는 1) 블랭킷이 증착된 재료상에 레지스트 재료의 층을 적용하고; 2) 레지스트 재료를 레티클(reticle)을 통과하는 에너지 원에 노출시키고; 3) 레지스트내의 패턴을 형성하기 위해 레지스트의 영역을 제거하고; 4) 블랭킷이 증착된 재료를 에칭함으로써 패턴화될 수도 있다. 에너지 원은 전자빔(e-beam), 광원 또는 다른 적절한 에너지 원일 수도 있다.In step 100, a first patterned conductor 20 is formed on the substrate 10. The first patterned conductor 20 is a metal such as tungsten, aluminum, copper, nickel, aluminum / copper alloy or other conductive material suitable for use as a conductor as known by those skilled in the art. Typically, the first patterned conductor 20 is a blanket deposited on the substrate 10. The first patterned conductor 20 comprises: 1) applying a layer of resist material on the material on which the blanket is deposited; 2) exposing the resist material to an energy source passing through the reticle; 3) removing the area of the resist to form a pattern in the resist; 4) The blanket may be patterned by etching the deposited material. The energy source may be an e-beam, light source or other suitable energy source.

기판(10)은, 예를 들어, GaAs 또는 SiGe와 같은 화합물 반도체 또는 실리콘과 같은 반도체이다. 대안적으로, 기판(10)은 유전체, 도전체 또는 다른 재료와 같은 집적 회로내의 중간층일 수도 있다. 게다가, 기판(10)의 상층면(11)은 평면화되지 않을 수도 있다. 게다가, 상층면(11)은 이미 공지된 바와 같이 예를 들어, CMP(chemical mechanical polishing)을 사용하여 평면화될 수도 있다.The substrate 10 is, for example, a compound semiconductor such as GaAs or SiGe or a semiconductor such as silicon. Alternatively, the substrate 10 may be an intermediate layer in an integrated circuit such as a dielectric, conductor or other material. In addition, the upper surface 11 of the substrate 10 may not be planarized. In addition, the upper surface 11 may be planarized using, for example, chemical mechanical polishing (CMP), as is already known.

단계 110에서, 제 1 유전층(40)은 제 1 패턴된 도전체(20)상에 형성된다. 제 1 유전층(40)은 통상적인 기술들을 사용하여 증착된 블랭킷일 수도 있다. 제 1 유전층(40)은 예를 들어, 고밀도로 증착된 실리콘 산화물(예를 들어, SiO2)와 같은 유전체이다. 대안적으로, 제 1 절연층은 붕소인규산염(borophosphosilicate) 유리, 인규산염(phosphosilicate) 유리, 인으로부터 형성된 유리 및/또는 붕소 도핑된 테트라에틸 정규산염(boron-doped tetraethyl orthosilicate), 스핀 온 유리(spin-on glass), 크세로겔(xerogels), 에어로졸(aerogels) 또는 폴리머, 플루오르화 산화물(fluorinated oxide) 및 수소 실세스쿠오샌(hydrogen silsesquioxane)과 같은 또 다른 낮은 유전상수막일 수도 있다.In step 110, a first dielectric layer 40 is formed on the first patterned conductor 20. The first dielectric layer 40 may be a blanket deposited using conventional techniques. The first dielectric layer 40 is, for example, a dielectric such as silicon oxide (eg, SiO 2 ) deposited at high density. Alternatively, the first insulating layer may comprise borophosphosilicate glass, phosphosilicate glass, phosphorus formed glass and / or boron-doped tetraethyl orthosilicate, spin on glass ( It may also be spin-on glass, xerogels, aerosols or another low dielectric constant film such as polymers, fluorinated oxides and hydrogen silsesquioxanes.

단계 120에서, 제 1 재료층(30)은 제 1 유전층(40)상에 형성된다. 제 1 재료층(30)은 통상적인 기술들을 사용하여 증착된 블랭킷일 수도 있다. 제 1 재료층(30)의 두께는 1000Å 내지 2000Å 또는 약 1500Å일 수도 있다. 제 1 재료층(30)은 제 1 유전층(40)의 영률(Young's modulus)보다 큰 영률을 갖도록 선택될 수도 있다. 제 1 재료층을 제공함으로써, 제 1 패턴된 도전체(20)의 일렉트로마이그레션율은 집적 회로 수명을 높이는 것을 줄일 수도 있다. 일렉트로마이그레션 디플리션율은 도전체가 캐소드와 애노드 사이의 소성 변형(plastic deformation)없이 유지될 수 있는 최대 변형력 차(maximum stress difference)와 관련이 있다.In step 120, a first layer of material 30 is formed on the first dielectric layer 40. The first material layer 30 may be a blanket deposited using conventional techniques. The thickness of the first material layer 30 may be 1000 kPa to 2000 kPa or about 1500 kPa. The first material layer 30 may be selected to have a Young's modulus greater than the Young's modulus of the first dielectric layer 40. By providing a first layer of material, the electromigration rate of the first patterned conductor 20 may reduce the increase in integrated circuit life. The electromigration depletion rate is related to the maximum stress difference that the conductor can maintain without plastic deformation between the cathode and the anode.

발명자는 제 1 재료층(30)이 보다 큰 영률을 갖기 때문에 제 1 재료층(30)이 제 1 패턴된 도전체(20)의 소성 완화(plastic relaxation)를 위해 제 1 유전층(40)보다 큰 압박을 제공할 수도 있음을 이론화한다. 바꾸어 말하면, 재료층은 보다 큰 기계적 압박을 제공함으로써 제 1 패턴된 도전체(20)의 돌출을 막을 수도 있다.The inventors believe that the first material layer 30 is larger than the first dielectric layer 40 for plastic relaxation of the first patterned conductor 20 because the first material layer 30 has a higher Young's modulus. Theorize that pressure may be provided. In other words, the material layer may prevent the protrusion of the first patterned conductor 20 by providing greater mechanical pressure.

단계 130에서, 제 1 평탄화층(45)이 형성된다. 제 1 평탄화층(45)은 PETEOS(plasma-assistance)를 갖는 테트라에틸 정규산염에 증착될 수도 있는 실리콘 산화물의 층을 블랭킷 증착함으로써 형성될 수도 있으며, 다음으로, 기계 화학적 연마를 사용하여 블랭킷 증착된 층을 평탄화한다. 제 1 평탄화층은 제 1 유전층(40)에 관하여 상기에서 기재된 바와 같이 또 다른 유전체일 수도 있다.In step 130, a first planarization layer 45 is formed. The first planarization layer 45 may be formed by blanket depositing a layer of silicon oxide that may be deposited on tetraethyl regular acid having plasma-assistance (PETOS), followed by blanket deposition using mechanical chemical polishing. Planarize the layer. The first planarization layer may be another dielectric as described above with respect to the first dielectric layer 40.

단계 140에서 비아들과 플러그들은 통상적인 기술들을 사용하여 제 1 유전층(40), 평탄화층(45) 및 재료층(30)내에 형성될 수도 있다. 비아들은 알루미늄/구리 합금, 텅스텐, 알루미늄 또는 다른 통상적인 재료와 같은 도전 재료(60)로 채워진다. 라이너층(50)은 또한 비아내에 형성될 수도 있다. 이 층은 장벽층, 접착층 및/또는 뉴클리에이션층(nucleation layer)으로 기능할 수도 있다. 예를 들어, 라이너층(50)은 (1) Ti 및 TiN 또는 (2) Ti 및 TiN 및 Ti 의 층일 수도 있다. 대안적으로, 라이너층은 WSi, TiW, Ta, TaN, Ti, TiN, Cr, Cu, Au, WN, TaSiN 또는 WSiN 일 수도 있다.In step 140 vias and plugs may be formed in first dielectric layer 40, planarization layer 45, and material layer 30 using conventional techniques. Vias are filled with a conductive material 60, such as aluminum / copper alloy, tungsten, aluminum or other conventional material. Liner layer 50 may also be formed in the vias. This layer may function as a barrier layer, an adhesive layer and / or a nucleation layer. For example, the liner layer 50 may be a layer of (1) Ti and TiN or (2) Ti and TiN and Ti. Alternatively, the liner layer may be WSi, TiW, Ta, TaN, Ti, TiN, Cr, Cu, Au, WN, TaSiN or WSiN.

단계 150에서, 제 2 패턴된 도전체(70)는 제 1 평탄화층(45)상에 형성된다. 제 2 패턴된 도전체(70)는 동일한 공정 및 제 1 패턴된 도전체(20)를 형성하기 위해 사용되는 재료를 사용하여 형성될 수도 있다.In step 150, a second patterned conductor 70 is formed on the first planarization layer 45. The second patterned conductor 70 may be formed using the same process and the material used to form the first patterned conductor 20.

단계 160에서, 제 2 유전층(90)은 패턴된 도전체(70)상에 형성된다. 제 2 유전층(90)은 동일한 공정 및 제 1 유전층(40)을 형성하기 위해 사용된 재료를 사용하여 형성될 수도 있다. 단계 170에서, 제 2 재료층(80)은 제 2 유전층(90)상에 형성된다. 제 2 재료층(80)은 동일한 공정 및 제 1 재료층(30)을 형성하기 위해 사용된 재료를 사용하여 형성될 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 제 2 재료층(80)은 제 2 패턴된 도전체(70)상에 형성되지 않을 수도 있다. 단계 180에서, 제 2 평탄화층(95)은 재료층(80)상에 형성된다. 제 2 평탄화층(95)은 동일한 공정 및 제 1 평탄화층(45)을 형성하기 위해 사용된 재료를 사용하여 형성될 수도 있다.In step 160, a second dielectric layer 90 is formed on the patterned conductor 70. The second dielectric layer 90 may be formed using the same process and the materials used to form the first dielectric layer 40. In step 170, a second material layer 80 is formed on the second dielectric layer 90. The second material layer 80 may be formed using the same process and the materials used to form the first material layer 30. In alternative embodiments, the second material layer 80 may not be formed on the second patterned conductor 70. In step 180, a second planarization layer 95 is formed on the material layer 80. The second planarization layer 95 may be formed using the same process and the material used to form the first planarization layer 45.

다음으로, 집적 회로는 필요한 경우, 집적 회로를 완성하기 위해 상기 및 통상적인 공정들의 공정을 사용하여 형성된 상호접속을 포함할 수도 있는 부가적인 금속 레벨들을 추가함으로써 완성된다. 집적 회로는 또한 특정 집적 회로 설계에 필요한 다른 구성 요소들 및 트랜지스터들을 포함한다. 이 구조들을 포함하는 집적 회로를 제조하는 공정들은 여기서 참조로 구체화된, Silicon Processing for the VLSI Era, (1986), 1-3 Wolf에 기술된다.Next, the integrated circuit is completed by adding additional metal levels, if necessary, that may include interconnects formed using the process of the above and conventional processes to complete the integrated circuit. The integrated circuit also includes transistors and other components needed for a particular integrated circuit design. Processes for fabricating integrated circuits containing these structures are described in Silicon Processing for the VLSI Era, (1986), 1-3 Wolf, incorporated herein by reference.

도 3 은 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한다. 이 실시예는 재료층이 패턴된 도전체상에 형성된 것을 제외하고는 도 1 에 도시된 실시예와 같다. 또한, 이 실시예에서, 제 1 유전층(40)은 상이한 유전 재료를 포함하는 다중층들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 유전층(40)은 고밀도 증착 실리콘 산화물의 층상에 형성된 플라즈마 강화 TEOS의 층(층들(45, 49)와 같은)을 포함할 수도 있다.3 illustrates an alternative embodiment of the present invention. This embodiment is the same as the embodiment shown in FIG. 1 except that the material layer is formed on the patterned conductor. Also in this embodiment, the first dielectric layer 40 may include multiple layers that include different dielectric materials. For example, dielectric layer 40 may include a layer of plasma enhanced TEOS (such as layers 45 and 49) formed on a layer of high density deposited silicon oxide.

대안적인 실시예에서, 패턴된 도전체는 이중 다마신 구조를 형성하는 유전층내에 형성될 수도 있다. 이 경우에, 재료층은 패턴된 도전체위에 형성된 추가 유전체위에 형성된다. 대안적으로, 재료층은 패턴된 도전체상에 형성될 수도 있다. 또한, 이중 다마신 구조의 홈(groove)들과 비아들은 재료층(들)이 이중 다마신 구조내의 도전체위와 아래에 형성될 수도 있도록 재료층에 선을 그을 수도 있다.In alternative embodiments, the patterned conductors may be formed in a dielectric layer forming a dual damascene structure. In this case, a layer of material is formed over the additional dielectric formed over the patterned conductor. Alternatively, the material layer may be formed on the patterned conductor. Grooves and vias of the dual damascene structure may also draw lines in the material layer such that the material layer (s) may be formed above and below the conductors in the dual damascene structure.

실험Experiment

실험에 의한 데이터는 도전체들의 2 및 4 층들 각각을 갖는 2 및 4-레벨 구조들에 대한 실험을 하기에 기술한다. 도 4는 상이한 도전층들을 연결하여, 연속하는 5 텅스텐-플러그 비아들을 포함하는 테스트 구조를 설명한다. 2-레벨 구조는 도전층들(M1 및 M2)을 포함하며 4-레벨 구조는 도전층들(M1, M2, M3 및 M4)을 포함한다.The experimental data are described below for experiments with two and four level structures with two and four layers of conductors respectively. 4 illustrates a test structure comprising five contiguous tungsten-plug vias, connecting different conductive layers. The two-level structure includes conductive layers M1 and M2 and the four-level structure includes conductive layers M1, M2, M3, and M4.

각 비아는 0.36㎛의 직경을 갖는다. 도전층들(M1 및 M2)은 동일한 상호접속들(러너(runner))을 포함한다. 상호접속들은 300Å의 Ti상에 형성된 600Å의 TiN 상에 형성된 4500Å의 AlCu상에 형성된 250Å의 TiN의 적층이다. 적층들은 0.36㎛의 폭을 갖는다. 2-레벨 구조에 대하여, 도 10a 및 10b 에 도시된 바와 같은, 도전층(M2)은 HDP(high-density plasma) 산화물과 SiN 으로 패시베이트되며 비아 내지 비아 간격은 240㎛이다. 4-레벨 구조에 대하여, 도전층(M4)은 HDP(high-density plasma) 산화물과 SiN 으로 패시베이트되며 비아 내지 비아 간격은 125㎛이다. 4-레벨 구조에 대하여, 비아(1)는 M1 및 M2에 접속하며; 비아(2)는 M2 및 M3에 접속하고; 비아(3)는 M3 및 M4에 접속한다.Each via has a diameter of 0.36 μm. The conductive layers M1 and M2 comprise the same interconnects (runners). The interconnects are a stack of 250 ns TiN formed on 4500 ns AlCu formed on 600 ns TiN formed on 300 ns Ti. The laminates have a width of 0.36 μm. For the two-level structure, as shown in FIGS. 10A and 10B, the conductive layer M2 is passivated with high-density plasma (HDP) oxide and SiN and the via to via spacing is 240 μm. For the four-level structure, the conductive layer M4 is passivated with high-density plasma (HDP) oxide and SiN and the via to via spacing is 125 μm. For a four-level structure, via 1 connects to M1 and M2; Via 2 connects to M2 and M3; Via 3 connects to M3 and M4.

비아 체인들은 20인 통상적인 샘플 크기를 가지며 250℃에서 0.5에서 2.5MA/㎠인 일정한 스트라이프 전류 밀도 범위로 압력을 가한다. 일렉트로마이그레션으로 인한 저항 변동은 하부 및 상부 도전층들에 대해 독립적으로 연구된다. 하부 도전층들에 대하여, 전압은 도 5a에 도시된 바와 같이 하부 도전층들의 저항 변동을 감시하기 위해 VL+ 및 VL- 사이에서 측정된다. 상부 도전층들에 대하여, 전압 양단 VU+ 및 VU- 는 도 5b에 도시된 바와 같이 상부 도전층들내의 저항 변화를 위해 기록된다. 분류층(shunting layer)들의 시트 저항을 보상하기 위한 간단한 접근법으로서, 20% 및 4.5%의 고장 표준은 상부 도전층들과 하부 도전층들에 사용된다. 분류층들의 시트 저항은 상부 및 하부 도전층들 각각에 대해 40 및 9Ω/square 이다.Via chains have a typical sample size of 20 and are pressurized at 250 ° C. in a constant stripe current density range from 0.5 to 2.5 MA / cm 2. Resistance fluctuations due to electromigration are studied independently for the lower and upper conductive layers. For the lower conductive layers, the voltage is measured between V L + and V L − to monitor the resistance variation of the lower conductive layers as shown in FIG. 5A. For the top conductive layers, voltage across V U + and V U − are recorded for the resistance change in the top conductive layers as shown in FIG. 5B. As a simple approach to compensating sheet resistance of shunting layers, failure criteria of 20% and 4.5% are used for the top and bottom conductive layers. The sheet resistance of the fractionation layers is 40 and 9 m 3 / square for the upper and lower conductive layers, respectively.

도 6 은 250℃에서 2MA/㎠로 압력이 가해진 2-레벨 구조들의 도전층들(M1 및 M2)의 누적 고장 분포를 설명한다. 도전층(M1)은 시트 저항 보상에도 불구하고, 도전층(M2)보다 짧은 고장 시간을 보인다. 일렉트로마이그레션 수명의 비대칭은 또한 상이한 압력 전류 밀도들에서 관찰된다. 단면부 SEM(scanning electron microscopy)은 도전층(M2)이 일반적으로 소정의 일렉트로마이그레션 압력 시간후의 도전층(M1)보다 작은 디플리션을 나타냄을 보인다.6 illustrates the cumulative failure distribution of the conductive layers M1 and M2 of two-level structures pressurized at 250 ° C. at 2MA / cm 2. The conductive layer M1 exhibits a shorter failure time than the conductive layer M2 despite the sheet resistance compensation. Asymmetry of electromigration life is also observed at different pressure current densities. The cross-sectional scanning electron microscopy (SEM) shows that the conductive layer M2 generally exhibits a smaller deflection than the conductive layer M1 after a predetermined electromigration pressure time.

도 7 은 4-레벨 구조에 대하여, 250℃에서 2MA/㎠으로 압력이 가해진 비아(1), 비아(2) 및 비아(3)의 상부 도전층들(M2, M3 및 M4)의 고장 분포를 설명한다. 수명은 보다 높은 도전층들에 대하여 증가한다. 특히, 패시베이션층에 인접한, 도전층(M4)은 도전층들(M3 및 M2)의 일렉트로그레이션 수명보다 상당히 더 긴 일렉트로그레이션 수명을 보인다. SEM은 상부 도전층내의 디플리션 양이 2-레벨 구조로부터 유도된 데이터와 유사한, 하부 도전층내의 것보다 작음을 보인다.FIG. 7 shows the failure distribution of vias 1, vias 2 and top conductive layers M2, M3 and M4 of the pressurized vias 2MA / cm 2 at 250 ° C. for a four-level structure. Explain. Lifespan increases for higher conductive layers. In particular, the conductive layer M4, adjacent to the passivation layer, exhibits a significantly longer electrophoresis lifetime than the electromagnetization lifetimes of the conductive layers M3 and M2. The SEM shows that the amount of deflation in the upper conductive layer is smaller than that in the lower conductive layer, similar to the data derived from the two-level structure.

도 8 은 각종 저항 증가에 대한 도전층들(M3 및 M4)에 대한 총 디플리션 거리를 간략하게 보인다. 도 9a는 20% 저항 증가의 고장 표준을 사용하여 2.5, 2 및 1.5 MA/㎠의 전류 밀도에서 비아(1), 비아(2) 및 비아(3)의 도전층들(M1, M2 및 M3)의 평균 고장 간격 시간을 설명한다. 도 9b는 4.5% 저항 증가의 고장 표준을 사용하여 도전층들(M2, M3 및 M4)의 평균 고장 간격 시간을 설명한다. 이 두 경우에서, 수명은 상부 도전층들에서보다 크다. 수명 증대가 도전층(M4)에 대해 특히 뚜렷하다.8 briefly shows the total deplication distance for the conductive layers M3 and M4 for various resistance increases. 9A shows conductive layers M1, M2 and M3 of via 1, via 2 and via 3 at current densities of 2.5, 2 and 1.5 MA / cm 2 using a failure standard of 20% resistance increase. Describes the average failure interval time. 9B illustrates the average failure interval time of the conductive layers M2, M3 and M4 using a failure standard of 4.5% resistance increase. In both cases, the lifetime is greater than in the upper conductive layers. The increase in life is particularly pronounced for the conductive layer M4.

일렉트로마이그레션 디플리션의 속도는 도전체가 캐소드와 애노드간의 소성 변형없이 유지될 수 있는 최대 압력차와 관련이 있다. 상부 도전층에서 증가한 수명은 패시베이션으로부터의 증대 영향을 암시할 수도 있다. 발명가는 보다 큰 영률의 결과로서, SiN이 Al로부터 형성된 도전층들의 소성 완화에 대해 산화물보다 더 큰 압박을 제공할 수 있음을 이론화한다. 2-레벨 구조에 대해 도 10a에 도시된 바와 같이, 도전층(M1)의 Al은 일렉트로마이그레션동안 산화물의 다중층으로 돌출할 수 있다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 고밀도 플라즈마 산화물상에 형성된 SiN층은 도전층(M2)의 Al 돌출에 대한 보다 큰 기계적인 압박을 발생시키기 위해 제공할 수도 있다. 그 결과, 기계적인 제한은 도전층 M1 에서 보다 도전층 M2 에서 보다 크다. 게다가, SiN층의 지형은 도전층(M2)의 기계적인 압박에 영향을 미칠 수도 있다.The rate of electromigration deflation is related to the maximum pressure difference that the conductor can maintain without plastic deformation between the cathode and the anode. Increased lifespan in the upper conductive layer may imply an increasing effect from passivation. The inventors theorize that, as a result of higher Young's modulus, SiN can provide greater pressure than oxide on the plastic relaxation of conductive layers formed from Al. As shown in FIG. 10A for the two-level structure, Al of the conductive layer M1 may protrude into multiple layers of oxide during electromigration. As shown in FIG. 10B, a SiN layer formed on a high density plasma oxide may be provided to generate greater mechanical stress on Al protrusion of the conductive layer M2. As a result, the mechanical limit is greater in the conductive layer M2 than in the conductive layer M1. In addition, the topography of the SiN layer may affect the mechanical stress of the conductive layer M2.

본 발명이 전형적인 실시예들을 참조하여 기술되었다 하더라도, 이는 그 실시예에만 한정되지 않는다. 오히려, 첨부된 청구항들은 본 발명의 진정한 정신 및 범위에서 벗어남 없이 당업자들에 의해 행해질 수도 있는, 본 발명의 다른 변형들 및 실시예들을 포함하는 것으로 해석된다.Although the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is not limited only to the embodiments. Rather, the appended claims are intended to cover other modifications and embodiments of the present invention, which may be made by those skilled in the art without departing from the true spirit and scope of the present invention.

본 발명은 유전층에 형성된 도전체를 포함하는 구조상에 형성된 재료층을 포함하는 집적 회로를 제공한다. 재료층은 도전체 또는 유전체상에 형성될 수도 있으며 그 구조는 집적 회로내의 최상위 도전층과는 다른 것이다. 재료층은 유전 재료의 영률(Young's modulus)보다 큰 영률을 갖는다. 재료층은 도전 구조의 일렉트로마이그레션 특성을 향상시킨다. 본 발명은 또한 도전층 및 유전층을 포함하는 구조상에 재료층을 형성하는 공정을 제공한다.The present invention provides an integrated circuit comprising a layer of material formed on a structure comprising a conductor formed in a dielectric layer. The material layer may be formed on a conductor or dielectric and its structure is different from the topmost conductive layer in an integrated circuit. The material layer has a Young's modulus greater than the Young's modulus of the dielectric material. The material layer improves the electromigration characteristics of the conductive structure. The invention also provides a process for forming a material layer on a structure comprising a conductive layer and a dielectric layer.

Claims (12)

제 1 중간레벨 유전체, 및A first midlevel dielectric, and 상기 제 1 중간레벨 유전체위에 형성된 제 2 중간레벨 유전체를 구비하는 집적 회로에 있어서,An integrated circuit comprising a second midlevel dielectric formed over the first midlevel dielectric, 상기 제 1 중간레벨 유전체는,The first mid-level dielectric, 제 1 유전층과,The first dielectric layer, 상기 제 1 유전층내에 형성된 제 1 도전 구성 요소, 및A first conductive component formed in said first dielectric layer, and 상기 제 1 유전층상에 형성된 제 1 재료층을 포함하는, 집적 회로.And a first layer of material formed on the first dielectric layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 중간레벨 유전체는,The method of claim 1, wherein the second mid-level dielectric, 제 2 유전층과,A second dielectric layer, 상기 제 1 유전층내에 형성된 제 2 도전 구성 요소, 및A second conductive component formed in said first dielectric layer, and 상기 제 2 유전층상에 형성된 제 2 재료층을 구비하는, 집적 회로.And a second layer of material formed on said second dielectric layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 재료층은 상기 제 1 유전층의 영률보다 더 큰 영률을 갖는, 집적 회로.The integrated circuit of claim 1, wherein the first material layer has a Young's modulus greater than the Young's modulus of the first dielectric layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 재료층은 패시베이션 층인, 집적 회로.The integrated circuit of claim 1, wherein the first layer of material is a passivation layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 재료층은 SiN인, 집적 회로.The integrated circuit of claim 1, wherein the first material layer is SiN. 제 1 항에 있어서, 제 2 유전층은 상기 제 1 재료층상에 형성되는, 집적 회로.The integrated circuit of claim 1, wherein a second dielectric layer is formed on the first material layer. 집적 회로를 제조하는 공정에 있어서,In the process of manufacturing an integrated circuit, 제 1 유전층을 형성하는 단계와,Forming a first dielectric layer, 상기 제 1 유전층상에 제 1 도전 구성 요소를 형성하는 단계, 및Forming a first conductive component on the first dielectric layer, and 상기 제 1 유전층상에 제 1 재료층을 형성하는 단계에 의해 제 1 중간레벨 유전체를 형성하는 단계, 및Forming a first midlevel dielectric by forming a first layer of material on the first dielectric layer, and 상기 제 1 중간레벨 유전체상에 제 2 중간레벨 유전체를 형성하는 단계를 구비하는, 집적 회로 제조 공정.Forming a second midlevel dielectric on the first midlevel dielectric. 제 7 항에 있어서, 제 2 유전층을 형성하는 단계와,8. The method of claim 7, further comprising forming a second dielectric layer; 상기 제 1 유전층내에 제 2 도전 구성 요소를 형성하는 단계, 및Forming a second conductive component in the first dielectric layer, and 상기 유전층상에 제 2 재료층을 형성하는 단계에 의해 상기 제 2 중간레벨 유전체를 형성하는 단계를 더 구비하는, 집적 회로 제조 공정.Forming the second midlevel dielectric by forming a second layer of material on the dielectric layer. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 재료층은 상기 제 1 유전층의 영률보다 더 큰 영률을 갖는, 집적 회로 제조 공정.8. The process of claim 7, wherein the first material layer has a Young's modulus greater than the Young's modulus of the first dielectric layer. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 재료층은 패시베이션층인, 집적 회로 제조 공정.8. The process of claim 7, wherein the first layer of material is a passivation layer. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 재료층은 SiN인, 집적 회로 제조 공정.8. The process of claim 7 wherein the first layer of material is SiN. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 재료층상에 제 2 유전층을 형성하는 단계를 더 구비하는, 집적 회로 제조 공정.8. The process of claim 7, further comprising forming a second dielectric layer on the first material layer.
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