TWI821126B - 互連結構及其製造方法 - Google Patents

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TWI821126B
TWI821126B TW112106171A TW112106171A TWI821126B TW I821126 B TWI821126 B TW I821126B TW 112106171 A TW112106171 A TW 112106171A TW 112106171 A TW112106171 A TW 112106171A TW I821126 B TWI821126 B TW I821126B
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Abstract

本揭露書提供一種互連結構及一種用於形成互連結構的方法。該互連結構包括一第一金屬線路、一在該第一金屬線路上方的第一層間介電（ILD）層、一在該第一金屬線路上方的一第一導電特徵，其中該第一導電特徵的至少一部分被該第一ILD層橫向圍繞，且該第一導電特徵的一側壁具有一鋸齒輪廓。

Description

互連結構及其製造方法
本發明實施例係有關互連結構及其製造方法。
半導體積體電路(IC)產業已經呈現指數性的成長。IC材料和設計的技術進展已經產生了數代IC，每一代都具有比前一代更小、更複雜的電路。在IC演進過程中，功能密度(即每晶片面積上互連的元件數)已經普遍增加，而幾何尺寸(即利用製程所能製造的最小元件(或線路))則已減少。這種依比例縮小的製程通常是藉由提高生產效率而提供優勢。
雙鑲嵌操作是形成互連結構的最重要技術之一。然而，隨著幾何尺寸縮小的趨勢，互連結構的電阻值成為需要解決的問題。
本揭露書的一些實施例提供了一種互連結構，其包含：一第一金屬線路，一第一層間介電(ILD)層，在該第一金屬線路上方，一第一導電特徵，在該第一金屬線路上方，其中該第一導電特徵的至少一部分由該第一ILD層橫向圍繞，且該第一導電特徵的一側壁具有一鋸齒輪廓，其中該第一導電特徵包含：一沿垂直方向延伸的主要部分，及複數個 次要部分，其延伸遠離該主要部分並形成該鋸齒輪廓，其中該主要部分的一頂部表面與一次要部分的頂部表面齊平。
本揭露書的一些實施例提供一種互連結構，其包含：一第一介電層，一金屬特徵件，位於該第一介電層上，一第二介電層，其在該第一介電層上方且覆蓋該金屬特徵件，其中該金屬特徵件朝一第一方向、並沿位於該第一介電層和該第二介電層之間的一邊界延伸，而且包含朝向一第二方向凸出的第一重複幾何特徵件，該第二方向實質垂直於在該第一介電層和該第二介電層之間的該邊界，該等重複幾何特徵件的厚度小於該第二介電層的厚度，及其中該第一介電層和該第二介電層由無機材料組成。
本揭露書的一些實施例提供一種用於形成互連結構的方法，其包括：形成一第一金屬線路，形成一第一層間介電(ILD)層於該第一金屬線路上方，及於該第一ILD層中或上方，形成具有鋸齒輪廓的一導電特徵，形成該導電特徵包含：圖案化一光阻層以界定一鋸齒面，及形成與該鋸齒面共形的一導電材料。
本揭露書的一些實施例提供一種互連結構，其包含：一第一金屬線路，一第一層間介電(ILD)層，在該第一金屬線路上方，及一第一導電特徵，在該第一金屬線路上方，從頂視透視該第一導電特徵包含至少一外側壁和至少一內側壁，該至少一內側壁界定容納該第一ILD層的一部分之區域。
100A:互連結構
100B:互連結構
100C:互連結構
100D:互連結構
100D’:互連結構
101:金屬線路
101M:金屬線路
102A:第一ILD層
102AT:第一側壁
102AT’:第二側壁
102B:第二ILD層
102BT:第一側壁
102BT’:第二側壁
102C:上ILD層
103:蝕刻終止層
103T:第一側壁
103T’:第二側壁
104:阻障層
105A:第一導電特徵
105A’:導電特徵
105AA:導電柱
105AB:導通孔
105B:第二導電特徵
105H:內側壁
105H’:外側壁
105L:下方部分
105M:導電材料層
105P:導電材料層的主要部分
105S:導電材料層的次要部分
105TS:頂部表面
105U:上方部分
105W1:(導電柱)總寬度
105W2:(導通孔)總寬度
106:磷銅合金層
107:導電層
109:蝕刻終止阻障層
122A:第三ILD層
122B:第四ILD層
123:蝕刻終止層
124:阻障層
125:導電路徑
126:潤濕層
170:上ILD
171:第一光阻
172:第二光阻
191:第一光阻層
192:第二光阻層
192P:凸出部
201:銅層
201M:銅材料層
202:覆蓋層
291:光阻
301:上方部分
301M:銅材料層
301X:第一凸出部
302:下方部分
302M:銅材料層
302X:第二凸出部
303:導線
304:覆蓋層
309:擴散阻障複合堆疊層
309’:擴散阻障複合堆疊層
311:保護層
391:光阻
391G:間隙
392:第二光阻
516:保護層
CX:中心
Dk2:深度
E1:(第二ILD層的)第一部分
R1:第一凹槽
R2:第二凹槽
R3:第三凹槽
R4:第四凹槽
Rd1:第一距離
Rd2:第二距離
Rk1:開口
Rk2:開口
T1:第一區段
T1’:(蝕刻終止層的)第一部分
T2:第二區段
T2’:(蝕刻終止層的)第二部分
T3:第三區段
V1:溝槽
V2:溝槽
V3:溝槽
W1:(互連結構的)一部分
W2:(互連結構的)一部分
WA:第一寬度
WB:第二寬度
WC:第三寬度
WD:(主要部分的)寬度
Wk1:第一寬度
Wk2:第二寬度
從下列實施方式連同參考附圖，將可更佳瞭解本揭露書的態樣。應注意，根據產業的標準實踐，各種特徵件並未按比例繪製。事實 上，為了討論的清晰，可能任意放大或縮減：各種特徵件的尺度。
圖1至圖3為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，互連結構的剖面圖。
圖3A為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖3所示互連結構中，一部分W1(虛線部分)的部分放大示意圖。
圖4為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，互連結構的剖面圖。
圖4A為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖4所示互連結構中，一部分W2(虛線部分)的部分放大示意圖。
圖5為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，互連結構的剖面圖。
圖6A至圖6B為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖6B-1為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構水平面Q1的上視圖。
圖6B-1’為本揭露書的一些實施例，如圖6B所示導通孔和鄰近導通孔的(多個)ILD層，與(多個)蝕刻終止層的一部分之輪廓的分解圖。
圖6B-2為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖6B所示互連結構第一導電特徵水平橫截面Q1的上視圖。
圖6B-2’為本揭露書的一些實施例，如圖6B-2所示導通孔的透視圖。
圖6B-3為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段 期間，如圖6B所示互連結構第一導電特徵水平橫截面Q1的上視圖。
圖6B-3’為本揭露書的一些實施例，如圖6B-3所示導通孔的透視圖。
圖6B-4為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖6B所示互連結構第一導電特徵水平橫截面Q1的上視圖。
圖6B-4’為本揭露書的一些實施例，如圖6B-4所示，導通孔的透視圖。
圖6B-5為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖6B所示互連結構第一導電特徵水平橫截面Q1的上視圖。
圖6B-5’為本揭露書的一些實施例，如圖6B-5所示之導通孔的透視圖。
圖6B-6為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖6B所示互連結構第一導電特徵水平橫截面Q1的上視圖。
圖6B-6’為本揭露書的一些實施例，如圖6B-6所示之導通孔的一主要部分的透視圖。
圖6B-6”為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖6B-6所示互連結構中第一導電特徵沿Jr-Jr所示的剖面圖。
圖6C為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖7A為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖7B為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖7B’為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖7B所示互連結構的上視圖。
圖7B”為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖7B’所示互連結構中第一導電特徵沿C1’-C1’所示的剖面圖。
圖7C為本揭露書揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖7C’為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖7C所示互連結構的上視圖。
圖7C”為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖7C’所示互連結構中第一導電特徵沿C2’-C2’所示的剖面圖。
圖7D為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖7D’為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖7D所示互連結構的上視圖。
圖7D”為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖7D’所示互連結構中第一導電特徵沿C3’-C3’所示的剖面圖。
圖7E為本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖7E’為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作
Figure 112106171-A0305-02-0007-1
中間階段期間，如圖7E所示互連結構的上視圖。
圖7E”為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖7E’所示互連結構中第一導電特徵沿C4’-C4’所示的剖面圖。
圖8A為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖8A’為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8A所示互連結構的上視圖。
圖8A”為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8A’所示互連結構中第一導電特徵沿D1’-D1’所示的剖面圖。
圖8B為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖8B’為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8B所示互連結構的上視圖。
圖8B”為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8B’所示互連結構中第一導電特徵沿D2’-D2’所示的剖面圖。
圖8C為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖8C’為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8C所示互連結構的上視圖。
圖8C”為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8C’所示互連結構中沿D3’-D3’所示的剖面圖。
圖8D為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖8D’為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間 階段期間，如圖8D所示互連結構的上視圖。
圖8D”為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8D’所示互連結構中第一導電特徵沿D4’-D4’所示的剖面圖。
圖8E為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖8E’為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8E所示互連結構的上視圖。
圖8E”為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8E’所示互連結構中第一導電特徵沿D5’-D5’所示的剖面圖。
圖8F為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖8F’為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8F所示互連結構的上視圖。
圖8F”為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，如圖8F’所示互連結構中第一導電特徵沿D6’-D6’所示的剖面圖。
圖9A至圖9B為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖10A至圖10B為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖11A至圖11D為根據本揭露書的一些實施例，在製程操 作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。
圖12為根據本揭露書的一些實施例之互連結構的剖面圖。
本申請案主張來自2022年7月28日所申請之美國非臨時專利申請案編號17/815,613、名稱為「Interconnect Structure And Manufacturing Method For The Same(譯：互連結構及其製造方法)」的優先權，其整個內容在此併入本文供參考。
本申請案主張來自2022年3月18日所申請之美國非臨時專利申請案編號17/697,937、名稱為「Conductive Structure Including Copper-Phosphorous Alloy and A Method of Manufacturing Conductive Structure(譯：包含磷銅合金的導電結構及所述導電結構的製備方法)」的優先權，所提出的說明書和圖式在此整個併入本文供參考。
下列揭露內容提供用於實施所提供標的之不同特徵件的許多不同實施例、或實例。下文描述組件和配置的具體示例以簡化本揭露書。當然，其僅為實例並非旨在於限制。例如，在下述描述中，一第一特徵件形成在一第二特徵件上或上方可包括第一和第二特徵件形成為直接接觸的實施例，並可亦包括在第一和第二特徵件之間形成有附加特徵件，使得第一和第二特徵件並不直接接觸的實施例。此外，本揭露書可能在各個實例中重複元件標號及/或字母。此重複是為了簡化和清晰之目的，其本身未指出所述各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為了易於說明，在本文中使用諸如「在下」、「在下方」、「較低」、「在上方」、「上方」等空間相對用語來描述圖式中所描述的一元件或特徵件與另外(多個)元件或(多個)特徵件的關係。 這些空間相對用語旨在涵蓋器件在使用或操作中、除了圖式所描述的取向以外的不同取向。裝置可有其他取向(旋轉90度或以其他為取向)，因此可能解釋本文中所使用的空間相對描述。
儘管在本揭露書所提出的廣泛範圍的數值範圍和參數是近似值，但在具體示例中所列出的數值則是盡可能精確提出。然而，任何數值在本質上包含有某些誤差，這些誤差是源自於相應的測試測量中所發現的標準偏差。同時，如在本文中所使用，用語「近似」、「實質」、「實質」和「約」係用以描述和解釋小變化。當結合事件或情況而使用時，這些用語可指事件或情況精確發生的情形、以及事件或情況非常接近發生的情形。例如，當結合一數值使用時，這些用語可指小於或等於該數值的±10%的變化範圍，例如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%、或小於或等於±0.05%。例如，若兩數值之間的差異小於或等於這些數值的平均值的±10%，諸如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%、或小於或等於±0.05%，則可將這兩數值視為「實質」相同或相等。例如，「實質」平行可指相對於0°的角度變化範圍小於或等於±10°，諸如小於或等於±5°、小於或等於±4°、小於或等於±3°、小於或等於±2°、小於或等於±1°、小於或等於±0.5°、小於或等於±0.1°、或小於或等於±0.05°。例如，「實質」垂直可指相對於90°的角度變化範圍小於或等於±10°，諸如小於或等於±5°、小於或等於±4°、小於或等於±3°、小於或等於±2°、小於或等於±1°、小於或等於±0.5°、小於或等於±0.1°、或小於或等於±0.05°。因此，除非相反地指明，否則本揭露書和如附申請專 利範圍中所提及的數值參數為可依需要變化的近似值。至少，每個數值參數都應至少基於所提有效數字的數量並藉由應用普通的捨入技術來解釋。在本文中可將範圍表示為從一端點到另一端點、或在兩端點之間。除非另有說明，否擇本文所揭露的所有範圍都包含端點。
在互連結構中常有阻值增加問題，其中，此問題會降低元件性能。在先進技術節點中，解決因較狹窄的導電路徑尺寸，導致阻值增加問題，尤為重要。在一些情況中，當傳輸高頻及/或大電流訊號時，可能會發生集膚(skin effect)及散熱效應的問題；亦即，電子會累積在導線的表面處，從而增加阻值，並降低元件性能。對比實施例的方法(例如，僅沿著一寬度方向增加導線的尺寸)可能無法有效地解決上述問題。本揭露書提供一種：可有效增加導電路徑的表面積(如在垂直的孔洞或平面的導體上，加鋸齒狀結構)，以解決上述阻值增加問題的方法，此方法可結合：鑲嵌操作、雙鑲嵌操作，或用於形成互連結構的其他合適操作。
此外，在本揭露書中，可將磷銅合金(諸如Cu3P)合併至互連結構中，以提升：抗腐蝕性、耐磨性、潤濕性、更緊密結構、強度、韌度、共形性、可加工性等。此外，也能使用磷銅合金作為：銅層之潤濕層，其可緩解空洞問題，且增進銅層在高深寬比：通孔中的共形性。
在本揭露書中，銅(I)磷化物(Cu3P)可包含非化學計量化合物Cu3-xP，其中在一些實施例中，x可小於0.1而成為銅匱乏(Copper-dificient)的Cu3P；換言之，在銅(I)磷化物中的磷成分可在約13.98%至約14.39%，而熔點溫度約為1020℃。
相較於比較實施例中的濺鍍銅，磷銅合金(諸如Cu3P)在抗腐蝕性、耐磨性、潤濕性、更緊密結構、強度、韌性、共形性、可加工 性等上，可呈現出更好的性質。特別是，磷銅合金甚至在高溫下，都能呈現出較佳強度和韌性，因此可整合Ti、TiN、TaN、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物，或其他合適材料中的任一者，並作為阻障層以在各個方向中(例如在側向上或縱向上)，隔開銅層和低k材料或絕緣體，從而阻隔銅往層間介電層擴散，並緩解電子遷移效應有關的問題。這些特性使得磷銅合金，成為可合併至鑲嵌、雙鑲嵌，或用於形成互連結構的其他合適操作的絕佳候選者。此外，磷銅合金所提供的強韌結構和黏合力，緩解了：在鑲嵌、雙鑲嵌操作，或用於形成多層互連結構等其他製程操作期間，執行化學機械平面化操作時的銅層剝離問題。同時，磷銅合金可形成在：已平面化的銅表面上方，並整合Ti、TiN、TaN、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物，或其他合適材料中的任一者作為覆蓋層，以避免銅往上方的層間介電層擴散。
也可使用磷作為銅之脫氧劑和潤濕劑。例如，藉由在以電鍍形成銅之前，先形成薄層磷銅合金(諸如Cu3P)，即可緩解鄰近元件(例如印刷電路板、積體電路、積體電路載體等)表面的銅層，因對環境暴露而導致氧化。特別是，環境中的氧與銅反應會產生氧化銅，從而導致阻值增加的問題。在傳統技術中，在形成濺鍍銅層期間，必須使用氮來減輕氧化，然而這樣會導致較高的成本。特別是在先進技術(例如第五代行動網路、第六代行動網路、人上智慧等)應用中，阻值的問題係因集膚效應而變得更加重要一集膚效應即電子會累積在導線的表面處(特別是在傳輸高頻及/或大電流訊號時)，從而增加阻值，並降低元件性能。而當氧化銅形成在線路表面時，元件的性能會更進一步降低。
此外，磷銅合金的電導率和熱導率，都與濺鍍銅相近，其 具有低達1.84μΩ‧cm的電阻率，和大約381W/(m‧K)的熱導率。此外，磷銅合金在極端周圍環境中一例如在非氧化性酸(HCl、H2SO4等)、鹼性溶液、有機酸(例如乙酸、檸檬酸)、海洋水、鹽類溶液、或當暴露於空氣中時，特別顯現了可靠性方面的優點(例如與濺鍍銅相比)。
此外，由於磷銅合金(諸如Cu3P)具有緻密結構，其可整合至Ti、TiN、TaN、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物，或其他合適的材料中任一者，作為擴散阻障層、用於緩解來自導線的銅擴散到相鄰的結構(例如，作為絕緣層的矽氧化物)中。此外，磷銅合金也可作為銅層之潤濕層，其可減輕空洞問題並可增進銅層在高深寬比通孔(諸如導通孔、盲孔、埋孔等)的共形性，特別是在一電鍍操作中形成銅層時。因此，磷銅合金(諸如厚度介於約5Å至100Å的Cu3P)在印刷電路板、積體電路、積體電路載體等的某些應用中，可取代濺鍍銅潤濕層。在一些實施例中，當溶液中磷的濃度大於特定程度時，可形成針狀晶型的磷，因此適用於催化和促進磷銅合金的形成。此外，磷銅合金也可用作為優良的散熱材料。
相較於鈷(Co)和釕(Ru)，在本揭露書中，磷銅合金整合Ti、TiN、TaN、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物、或其他合適材料中任一者，不只能夠提供：與銅接觸良好的黏合性，還可減緩擴散以提升與銅的相容性。反之其他方法，如：在濺鍍銅和鈷之間，則會形成具有較低導電性的粗糙薄膜。而在銅和鈷之間的介面處，則會發生賈凡尼腐蝕(Galvanic Corrosion)效應，導致鈷的材料損失。在釕的例子中，與本揭露書中所討論的磷銅合金相比，釕則缺乏共形性和潤濕性。
磷銅合金(特別是Cu3P)的前述優點，提供了較佳的整體 元件性能，且在半導體元件、IC和PCB製程操作中的高相容性，增加了導電結構設計配置上的調整空間，進一步提升元件特性。在一些情況中，濺鍍銅所缺乏的共形性和可加工性，限制了：進一步增加導通孔的深寬比、和改變導電特徵的配置而降低阻值的潛力。本揭露書利用電鍍操作來形成潤濕材料，以提升共形性和可加工性，來解決：與深寬比和阻值有關的問題。例如，磷銅合金或其他合適材料(諸如銅)，可藉由電鍍操作或無電電鍍操作形成，以作為一潤濕層材料。此外，本揭露書提供了：將磷銅合金整合至製造半導體元件，或整合至製造積體電路(IC)，或印刷電路板(PCB)等步驟中的方法一其可包含無電電鍍操作，及/或電鍍操作。
在一些實施例中，磷銅薄膜(其可包括Cu3P)或銅薄膜，可藉由：無電電鍍及/或電鍍技術而形成。無電電鍍(也可稱為化學電鍍或自催化電鍍)是一種藉由金屬陽離子在液體浴中，進行自我催化之化學還原，而在各種材料上產生金屬，或含有金屬合金鍍層的技術，其中將欲電鍍的工件浸沒於一還原劑中，其在由某些材料敏化和活化時，可將金屬離子轉變為金屬、而於工件上形成鍍層。一般而言，無電電鍍技術的優點包含：高相容性和產品品質。在一些情況中，無電電鍍技術可應用至導電性工件，或非導電性工件、或具有較小尺寸，或較小表面積(諸如導通孔、盲孔、埋孔等)的工件。此外，與電鍍技術相比，由無電電鍍技術所形成的鍍層，可呈現出較佳的抗腐蝕性，及/或較佳的耐磨性。
相反地，電鍍是一種藉由外部產生的電流，在各種材料上形成金屬鍍層的技術。電鍍技術的優點包括：較高的效率和較大的產量。
在一些實施例中，本揭露書的(多個)電鍍溶液(無論是無電電鍍或電鍍)可包括：螯合劑和還原劑，其有助於磷基化學藥品與銅 反應，從而在工件表面形成磷銅合金(諸如Cu3P)。
請參考圖1，圖1是根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。至少一金屬線路101M形成在基材(未示出)上的金屬層101中，其中金屬線路101M可由導電材料(例如銅、鋁銅等)製成，且金屬層可包含絕緣材料，如介電質。在一些實施例中，基材包含矽。或包括：具有可替代、或附加上的其他材料，如：鍺、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦，或合金半導體，諸如矽鍺(SiGe)、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP、GaInAsP、一或多種III-V族材料、一或多種II-VI族材料、或其組合。在一些其他實施例中，基材為絕緣層上半導體基材，諸如：絕緣層上矽(SOI)基材、絕緣層上矽鍺(SGOI)基材、或絕緣層上鍺(GOI)基材。圖1中第一層間介電(ILD)層102A，係形成在金屬層101上。蝕刻終止層(ESL)103，形成在第一ILD層102A上。蝕刻終止層103可包括：氧化物、氮化物、碳化物、或金屬衍生物等，如：氮化矽。在一些實施例中，蝕刻終止層103可具有單層配置。在一些替代實施例中，蝕刻終止層103可具有雙層或多層配置，其可提供更精確的蝕刻控制。第二ILD層102B，係形成於蝕刻終止層103上。第一ILD層102A和第二ILD層102B可由氧化物形成，如：未經摻雜的矽酸鹽玻璃(USG)、氟化矽酸鹽玻璃(FSG)、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、低k介電材料、SiO2、摻碳SiO2、聚合物(如：聚芳基醚)、倍半矽氧烷聚合物聚合物、苯並環丁烯、聚醯亞胺、含氟聚醯亞胺等。低k介電材料可具有低於3.8的k值。在一些實施例中，第一ILD 102A和第二ILD層102B可由無機材料製成。應注意(多個)ILD層的數量及/或(多個)蝕刻終止層的數 量，可根據特定需求而加以調整(或甚至省略)。
圖案化於第二ILD層102B上方的第一光阻層191(或選擇性形成第一光阻層191於第二ILD層102B上)，其中第二ILD層102B的一第一部分E1，係暴露自第一光阻層191。在一些實施例中，第一部分E1的至少一部分，在垂直方向上(例如圖1中所示之Z方向，其與X方向正交)與金屬線路101M重疊。
請參考圖2，圖2為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。移除暴露自第一光阻層191的第二ILD層102B的第一部分E1，從而形成一第一凹槽R1(作為垂直通孔之用)。在一些實施例中，金屬線路101M的至少一部分，是藉第一凹槽R1而暴露。第一ILD層102A的一第一側壁102AT、蝕刻終止層103的一第一側壁103T、及第二ILD層102B的第一側壁102BT，係於第一凹槽R1處暴露。而後移除第一光阻層191。
在先進技術應用(例如第五代行動網路、第六代行動網路、人工智慧等)中，阻值的問題會因集膚效應而更為重要，亦即，電子會累積在導線的表面處(特別是當傳輸高頻及/或大電流訊號時)，從而增加阻值降低元件性能。納入磷銅合金的應用，能允許製造更為複雜而細微的導電路徑。此外，若在導電路徑，如：頂部表面，下表面處，內部，及通孔等處，增設具有鋸齒輪廓的造型，不僅增加了導線的有效表面積，使得集膚效應得以減緩。藉此，可提升訊號在目前：沒有鋸齒輪廓造型下的傳輸速度，頻寬及散熱效果。
下文將討論圖3和圖3A的實施例。請參考圖3和圖3A，圖3是根據本揭露書的一些實施例之在製程操作的中間階段期間，導線通孔內 具有鋸齒輪廓(虛線部分)的互連結構剖面圖，圖3A是圖3所示互連結構中，導線通孔的一部分W1(虛線部分)內有：鋸齒輪廓的部分放大示意圖。在一些實施例中，圖案化第二光阻層192(在第二ILD層102B的一頂部表面上，或選擇性形成於其上)。在一些實施例中，自第二光阻層192暴露：第二ILD層102B的頂部表面的一第一區段T1(其下方要挖出後面敘述之凹槽第二R2一其用以製作與通孔相連接的導線)，和一第二區段T2(其下方要挖出後面敘述之第三凹槽R3一其用以製作與通孔不相連接的導線)。第二光阻層192更包括一或多個凸出部192P，其鄰近在該第一凹槽R1的一周邊區域及第二ILD層102B上方。自凸出部192P暴露：第二ILD層102B的頂部表面的一第三區段T3(如圖3A所示)，並可相鄰第一凹槽R1。如此鄰近第一凹槽R1之第二光阻層192的一部分，即具有鋸齒輪廓，其中每個凸出部192P可彼此間隔一段距離。故第一凹槽R1中即有上下垂直導電的通道，而側面的鋸齒輪廓，則可增加電流的表面積。
請參考圖4和圖4A，圖4是根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖，圖4A是圖4所示互連結構中，導線通孔的一部分W2(虛線部分)內有：鋸齒輪廓的部分放大示意圖。執行一蝕刻操作以部分移除：第二ILD層102B、蝕刻終止層103、及/或第一ILD層102A。如：蝕刻第二ILD層102B(自第一區段T1，示於圖3，其具有從第二光阻層192暴露出的一部分)，從而形成一第二凹槽R2(此為用以形成與第一凹槽R1整合的：上層平面導線部分)。在一些實施例中，從第二凹槽R2蝕刻出終止層103的一第一部分T1’。在一些實施例中，第二凹槽R2連通到第一凹槽R1。在一些實施例中，蝕刻第二區段T2下方的第二ILD層102B(示於圖3，其具有從第二光阻層192暴露出的 一部分)，從而形成一第三凹槽R3(此為用以形成獨立的上層平面導線部分，並未與通孔R1連通)。在一些實施例中，蝕刻第三凹槽R3暴露：終止層103的一第二部分T2’。在一些實施例中，自第三區段T3蝕刻下方的第二ILD層102B(示於圖3A，其具有從第二光阻層192暴露出的一部分)，從而形成沿著第二ILD層102B的第一側壁102BT延伸的一或多個鋸齒狀輪廓的第四凹槽R4(如圖4A所示的區域，其位於圖4虛線部分內)。第四凹槽R4連通到第一凹槽R1。在一些實施例中，第四凹槽R4終止於金屬線路101M(或另可替代地終止於金屬層101)處。蝕刻第四凹槽R4處分別暴露：第一ILD層102A的一第二側壁102AT’、蝕刻終止層103的一第二側壁103T’、及第二ILD層102B的一第二側壁102BT’。第二側壁102AT’的一部分可不平行於第一側壁102AT，第二側壁103T’的一部分可不平行於第一側壁103T，且第二側壁102BT’的一部分可不平行於第一側壁102BT。或者說：第一ILD層102A、第二ILD層102B及蝕刻終止層103的側壁，都具有鋸齒輪廓，而其對應於(或實質相似於)第二光阻層192的鋸齒輪廓。在一些實施例中，第二側壁102AT’、第二側壁103T’和第二側壁102BT’，可實質互相對齊。
在一些替代實施例中，第四凹槽R4可終止於第一ILD層102A處。在一些替代實施例中，第四凹槽R4可終止於蝕刻終止層103處。在一些替代實施例中，第四凹槽R4可終止於第二ILD層102B處。
請參考圖5，圖5是根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，蓋上阻障層104及潤濕層106後，互連結構的剖面圖。移除第二光阻層192，且一阻障層104可形成於第二ILD層102B上。阻障層104可進一步分別襯墊於：第一凹槽R1、第二凹槽R2、第三凹槽 R3和第四凹槽R4的側壁處和底部表面處。或者說，阻障層104係形成於第一ILD層102A、蝕刻終止層103及第二ILD層102B的暴露表面上。在一些實施例中，阻障層104可由Ti、TiN、TaN、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物、或其他可緩解擴散的合適材料中的一者所製成。
在圖5中，進一步於阻障層104上形成一磷銅合金層106。在一些實施例中，磷銅合金層106也可作為潤濕層。在實施例中，磷銅合金層106可藉由執行無電電鍍操作而形成。電鍍技術的細節也可參考美國專利申請號第17/697,937號名稱為「包含磷銅合金的導電結構及所述導電結構的製備方法(Conductive structure including copper-phosphorous alloy and a method of manufacturing conductive structure)」，其整個藉由引用併入本文供參考。例如，磷銅合金可藉由在一電鍍溶液中，提供磷基化學藥品和銅基化學藥品而形成，其中磷基化學藥品可以是下列化學藥品中其一：磷化氫(PH3)、氯化磷醯(POCl3)或三氯化磷(PCl3)。相反的，銅基化學藥品可以是下列化學藥品中其一：硫酸銅(II)(CuSO4)或焦磷酸銅(II)(Cu2p2O7)。無電電鍍操作的操作溫度可介於約50℃至約60℃的範圍。電鍍溶液的pH值可介於約8至約9的範圍。在一些實施例中，由無電電鍍操作所形成的磷銅合金，可呈現提高的品質與潤濕性，從而進一步提升元件性能。在一些替代實施例中，磷銅合金層106可由PVD操作形成，例如濺鍍。在一些實施例中，整合後之磷銅合金層106和阻障層104，可整個稱為擴散阻障複合堆疊層309。
請參考圖6A，圖6A為根據本揭露書的一些實施例之在製程操作的中間階段期間，在阻障層104及潤濕層106上，加上導電的材料層後互連結構的剖面圖。此外，一導電材料層105M係形成於：擴散阻障 複合堆疊層309的磷銅合金層106(例如，厚度約5Å至100Å)上、及在如前述圖4和圖4A所示的第一凹槽R1、第二凹槽R2、第三凹槽R3和第四凹槽R4中。在一些實施例中，導電材料層105M可包含銅或其他合適導電材料(例如磷銅合金，如Cu3P)。在一些實施例中，導電材料層105M可由如美國專利申請號17/697,937(名稱為「包含磷銅合金的導電結構及所述導電結構的製備方法(Conductive structure including copper-phosphorous alloy and a method of manufacturing conductive structure)」)中所述的電鍍操作形成，其整個藉由引用形式併入本文供參考。
例如，用於執行銅電鍍操作的電鍍溶液包含可溶解鹽類，其提供電鍍操作用之金屬離子(諸如Cu2+)。在一些實施例中，電鍍溶液更包括錯合劑，其可與前述金屬離子(諸如Cu2+)結合從而形成配位錯合物。在一些實施例中，電鍍溶液更包括還原劑，其可用以還原配位錯合物中的金屬離子(諸如Cu2+)。在一些實施例中，電鍍溶液更包括緩衝劑，其可用以調整或穩定電鍍溶液的pH值(亦即酸度/鹼度)。在一些實施例中，電鍍溶液更包括活性劑，例如氯離子(Cl-)，其中氯離子也可使用作為陽極表面活性劑。在一些實施例中，電鍍溶液更包括其他添加物，例如包含氯離子(Cl-)之增亮劑、晶粒細化劑、調平劑、潤濕劑、應力消除劑、或抑制劑。例如，聚乙二醇(PEG)可附著至工件並與金屬離子(或在有些情況下與磷離子)反應而形成配位錯合物，從而調整電鍍的反應速率(例如降低反應速率)。
在一些情況中，電鍍溶液包含：CuSO4．5H2O(諸如濃度約220g/L)、硫酸(諸如濃度約40g/L)和氯離子(諸如約40ppm)，以 增進電鍍溶液的導電性和銅的光澤。在一些其他情況中，電鍍溶液可具有包含Cu2+、且實質不含氰化物的鹼性化學藥品。在一些情況中，在製程操作期間使用鹼性化學藥品，可緩解奈米技術中材料損失的關鍵問題一特別是對於工件中的阻障層，諸如：氮化鉭層(TaN)或鈷層的損失問題。例如，當氮化鉭氧化時可形成氧化鉭，其進一步會引起可靠性問題。在一些實施例中，電鍍溶液包含磷基化學藥品，例如磷化氫(PH3)或焦磷酸銅(II)(Cu2P2O7)。在一些實施例中，前述磷基化學藥品可為可由一化學來源供應之氣體形式。
特別是，在此擴散阻障複合堆疊層309的磷銅合金層106，也可作為銅層之潤濕層(或類似濺鍍銅種子層功能)，其可減緩空洞問題，特別是在以無電電鍍操作中形成銅層時，可促進銅層在高深寬比通孔中的共形性。因此，在一些應用中，磷銅合金(例如厚度介於約5Å至約100Å的範圍內之Cu3P)可取代濺鍍銅種子層。在一些實施例中，當溶液中磷的濃度大於特定程度時，可形成針狀晶型的磷，因而適合催化及促進磷銅合金的形成。此外，磷銅合金層106可用作脫氧劑，從而減緩導電材料層105M中氧化銅的形成。這種特性增進了電路整體的導電性和可靠性。
請參考圖6B，圖6B為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間，執行一平坦化操作後互連結構的剖面圖。於導電材料層105M(示於圖6A)上方執行一平坦化操作，諸如化學機械平坦化(CMP)，以移除過剩的導電材料層105M，從而形成一互連結構100A一其包含電連接到金屬線路101M的一第一導電特徵105A、及在與第一導電特徵105A不同位置處的一第二導電特徵105B。在一些實施例中，在平坦 化操作之後，第一導電特徵105A並不電連接到第二導電特徵105B。第一ILD層102A的至少一部分是在第一導電特徵105A的凸出部區域覆蓋下。平坦化操作可在阻障層104的頂部表面處終止(且可在第二ILD層102B的頂部表面處終止)，而且阻障層104的頂部表面可與下列兩者共平面：第一導電特徵105A的頂部表面和第二導電特徵105B的頂部表面。如先前於圖5中所述，阻障層104可幫助減緩：在平坦化操作期間導體材料層105M的剝離和碟陷(Dishing)問題。同時，阻障層104可強化第一導電特徵105A和第二導電特徵105B等導電性部分(諸如銅或其他合適的導電材料)的結構，從而減緩其在高轉速平坦化操作下的變形問題。此外，阻障層104或磷銅合金層106可作為平坦化操作的結束點。這種配置有效地提升平坦化操作的效率。在一些實施例中，第二導電特徵105B的配置(包括多餘空接(dummy)的電路)、及阻障層104的材料，例如Ti、TiN、TaN(例如，厚度約5Å至約100Å)、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物、或其他合適的材料，可減緩或阻止銅材料擴散至相鄰的介電層，及避免銅材料從某些非金屬表面(諸如SiO2或Si)剝離和碟陷效應，並提升形成導電材料層105M的可靠性。
在一些實施例中，何時終止平坦化的操作，可實時偵測廢漿液中是否包含：磷銅層106和阻障層104的材料。例如，當偵測排放的廢漿液中：磷銅層106和阻障層104的材料成分濃度，高於某些臨界值時(或替代方法是：只要偵測出排放的廢漿料中，具有磷銅106和阻障層104等材料成分)，則可終止平坦化操作。替代偵測的基準是CMP設備驅動研磨的：馬達電流，因為磷銅合金層106或阻障層層104都比銅硬，因此當平坦化操作抵達磷銅合金層106及阻障層104時，驅動研磨馬達所需 的電流會增加。
在一些實施例中，第一導電特徵105A包括一導通孔105AB，及在導通孔105AB上的一導電柱105AA。在一些實施例中，導電柱105AA的總寬度105W1，大於導通孔105AB的總寬度105W2。
根據應用需求，第一導電特徵105A的配置(例如形狀)可加以變化。特別是在先進技術應用(諸如第五代行動網路、第六代行動網路、人工智慧等)中，阻值增加的問題因集膚效應而更為重要一亦即，電子會累積在導線的表面處(特別是在傳輸高頻及/或大電流訊號時)，而增加阻值，會降低元件性能。應注意在相比較的方法中(諸如：僅沿著一方向增加導線的寬度尺度)並無法有效地解決前述問題。
因此，可藉由實質增加：傳輸高頻及/或大電流訊號導線的有效表面積，以有效地解決集膚及散熱效應的問題。例如，藉由將第一導電特徵105A的側壁：配置為鋸齒輪廓，複數個鋸齒輪廓的表面都可沿著Z方向(其實質平行於通孔中電流的方向)延伸一因此可有效地增加：第一導電特徵105A的有效表面積，從而減緩集膚效應的問題。在一些實施例中，第一導電特徵105A可具有橫向凸出的鋸齒部分(以下稱為次要部分105S)，皆配置為重複幾何特徵件(諸如凸出部)的形式。在圖6B-1、圖6B-2、圖6B-3和圖6B-4(及圖6B-1’、圖6B-2’、圖6B-3’和圖6B-4’)中描述了數個實施例，但應注意第一導電特徵105A的配置不應限制於此。第一導電特徵105A的輪廓可加以調整以符合特定需求。第一導電特徵105A的輪廓可依據圖3A和圖4A中所述之第二光阻層192的圖案而定，亦即，可據以調整第二光阻層192的圖案，形成與其對應的第一導電特徵105A的目標輪廓，如圖6B-1、圖6B-2、圖6B-3、圖6B-4、圖6B-5和圖 6B-6、及圖6B-1’、圖6B-2’、圖6B-3’、圖6B-4’、圖6B-5’和圖6B-6’中所示。圖6B-1’為導通孔中橫向凸出的鋸齒結構、及ILD層的一部分和鄰近導通孔：蝕刻終止層的輪廓分解示意圖，而圖6B-2’、圖6B-3’、圖6B-4’、圖6B-5’和圖6B-6’，則分別為其他形態導通孔的透視圖。
請參考圖6B-1和圖6B-1’，圖6B-1為如圖6B所示、在製程操作的中間階段期間之互連結構水平面Q1的上視圖，圖6B-1’為對應圖6B-1所示輪廓的分解圖。在一些實施例中，如圖6B-1所示之第一導電特徵105A具有：沿著通孔垂直方向(Z-方向)延伸的一主要部分105P、及配置在主要部分105P一側上的一或多個次要部分105S(有水平向-X方向凸出的鋸齒結構)，其中每一個次要部分105S有不同的Y座標、且自主要部分105P向-X方向凸出並遠離。在一些實施例中，次要部分105S包含重複的幾何特徵件，例如多個凸出部。主要部分105P的形狀可具有從上視透視圖觀之類似於具有鋸齒角凸出的四邊形。此外，磷銅合金層106係配置為以共形方式，橫向圍繞第一導電特徵105A的一外側壁105H’(示於圖6B)，而阻障層104以共形方式，橫向圍繞磷銅合金層106的一外側壁。請參考圖4A及圖6B-1’，次要部分105S，及與次要部分105S共形的阻障層104，可分別鄰近於第一ILD層102A的第二側壁102AT’、蝕刻終止層103的第二側壁103T’，及第二ILD層102B的第二側壁102BT’，並且由其所界定。主要部分105P、連同磷銅合金層106和與其共形的阻障層104，可分別由下列各層界定：第一ILD層102A的第一側壁102AT、蝕刻終止層103的第一側壁103T和第二ILD層102B的第一側壁102B。
次要部分105S具有一第一寬度WA(示於圖6B-1)，主要部分105P具有一第二寬度WB，而第一導電特徵105A(示於圖6B-1’)具 有一第三寬度WC。在一些實施例中，第一寬度WA對第三寬度WC的比例η(WA/WC)是介於約10%至約90%的範圍。在需要改進熱容量的應用中，比例η可相對接近10%。在需要增加散熱(或表面電流)面積的應用中，比例η可相對接近90%。在一些應用中，第一寬度WA可實質等於第二寬度WB，但本揭露書並不限於此。
請參考圖6B-2和圖6B-2’，圖6B-2為如圖6B所示、在製程操作的中間階段期間，之互連結構中的水平面Q1的上視圖，圖6B-2’為根據本揭露書的一些實施例之如圖6B-2所示的導通孔的透視圖。圖6B-2中所示之第一導電特徵105A的配置與圖6B-1中所述者類似，但差異在於：從上視角度觀之，主要部分105P可具有圓滑形狀(諸如圓形、橢圓形、或具有一或多個圓邊的形狀)。此外，磷銅合金層106係配置為以共形方式橫向圍繞第一導電特徵105A的外側壁105H’(示於圖6B)，而阻障層104以共形方式橫向圍繞磷銅合金層106的外側壁。
請參考圖6B-3和圖6B-3’，圖6B-3為如圖6B所示、在製程操作的中間階段期間之互連結構中，水平面Q1的上視圖，圖6B-3’為根據本揭露書的一些實施例之如圖6B-3所示的導通孔的透視圖。圖6B-3中所示之第一導電特徵105A的配置與圖6B-2中所述者類似，但差異在於：次要部分105S係配置在主要部分105P的兩側處。因此，請重新參考圖3和圖4，選擇性地同時形成於鄰近第一區段T1的位置上的第二光阻層192，也可圖案化為具有鋸齒輪廓(亦即，具有類似於「朝向第一凹槽R2凸出之凸出部192P」的凸出圖案)。此外，磷銅合金層106係配置為以共形方式橫向圍繞第一導電特徵105A的外側壁，而阻障層104以共形方式橫向圍繞磷銅合金層106的外側壁。
請參考圖6B-4和圖6B-4’，圖6B-4為如圖6B所示、在製程操作的中間階段期間之互連結構中水平面Q1的上視圖，圖6B-4’為根據本揭露書的一些實施例之如圖6B-4所示的導通孔的透視圖。圖6B-4中所示之第一導電特徵105A的配置與圖6B-3中所述者類似，但差異在於：次要部分105S是沿著主要部分105P的邊緣配置。或者說，次要部分105S橫向圍繞整個主要部分105P。從第一導電特徵105A的中心CX到次要部分105S的凸出邊緣的一第一距離Rd1大於從中心CX到主要部分105P的邊緣的一第二距離Rd2。因此，請再次參考圖3和圖4，選擇性形成在鄰近第一凹槽R1的位置處的第二光阻層192可經圖案化為具有橫向圍繞第一凹槽R1之凸出部。此外，阻障層104以共形方式橫向圍繞磷銅合金層106的外側壁。
請參考圖6B-5和圖6B-5’，圖6B-5為如圖6B所示、在製程操作的中間階段期間之互連結構中水平面Q1的上視圖，圖6B-5’為根據本揭露書的一些實施例之如圖6B-5所示的導通孔的透視圖。圖6B-5中所示之第一導電特徵105A的配置與圖6B-4中所述者類似，但差異在於：主要部分105P的形狀實質類似於四邊形(諸如方形或矩形)，其中次要部分105S係沿著主要部分105P的每一側配置。主要部分105P具有寬度WD，其中寬度WD係依包含本揭露書中所述之互連結構的元件的應用而定。此外，配置在主要部分105P的一側上的次要部分105S鋸齒狀凸出之數量，也依據元件的應用、及通過第一導電特徵105A的訊號工作頻率而定。具體地，集膚深度δ與工作頻率F的平方根成反比，且鋸齒狀凸出部分配置的數量N與寬度WD成正比，而該數量N可與集膚深度δ成反比。本揭露書提供下列式子或方程式： 集膚深度δ=[2ρ/(2πF．μR．μ0)]^0.5，其中ρ為導電性材料的電阻率(例如1.67μΩ．cm)，μR為導電材料的相對磁導率，μ0為真空磁導率，F為工作頻率。
本揭露書提供用於決定配置在主要部分105P的一側上鋸齒狀部分數量N的基礎公式：N為大約(WD/δ-1)/2，其中WD為上述主要部分105P的寬度。在此，寬度WD是依據應用(例如採用前述互連結構：電子元件的類型)及該電子元件的工作頻率而定，詳細舉例說明如後。
例如，對於一些積體電路(IC)晶片(特別是對於較靠IC頂部金屬層或位於頂部金屬層正下方的層級、或對於IC的矽貫孔)而言，寬度WD可大約為或大於25μm。在寬度WD為25μm、且工作頻率為4GHz的應用中，鋸齒狀部分的數量N可為11。(數量N的計算結果為11.65，但要省略小數點後的數字部分；替代工，計算結果也可以四捨五入。)對於6GHz、8GHz、10GHz之工作頻率而言，鋸齒狀部分的數量N(其中寬度WD為25μm)可分別為14、16和18。
例如，對於一些積體電路載體而言，寬度WD可較大達30μm。在寬度WD為30μm、工作頻率為4GHz的應用中，鋸齒狀部分的數量N可為14。對於6GHz、8GHz、10GHz之工作頻率而言，鋸齒狀部分的數量N(其中寬度WD為30μm)可分別為17、20和22。
例如，對於一些印刷電路板(PCB)而言，寬度WD可約為或大於40μm。在寬度WD為40μm、工作頻率為4GHz的應用中，鋸齒狀部分的數量N可為19。對於6GHz、8GHz、10GHz之工作頻率而言，鋸齒狀部分的數量N(其中寬度WD為40μm)可分別為23、27和30。
在將前述第一導電特徵105A整合在一3D封裝體中的實施 例中，例如利用前述第一導電特徵105A作為3D封裝體的貫孔，寬度WD可介於約50μm至約100μm的範圍內。
例如，對於一些高功率元件(諸如高功率PCB或高功率IC)而言，寬度WD可約為或大於100μm。在寬度WD為100μm、工作頻率為4GHz的應用中，鋸齒狀部分的數量N可為48。對於6GHz、8GHz、10GHz之工作頻率而言，鋸齒狀部分的數量N(其中寬度WD為100μm)可分別為59、68和80。
例如，對於一些高功率絕緣閘雙極電晶體(IGBT)或金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)而言，寬度WD可約為或大於120μm。在寬度WD為120μm、工作頻率為4GHz的應用中，鋸齒狀部分的數量N可為57。對於6GHz、8GHz、10GHz之工作頻率而言，鋸齒狀部分的數量N(其中寬度WD為120μm)可分別為71、82和91。
此外，在圖6B-1、圖6B-2、圖6B-3、圖6B-4和圖6B-5中，所述之第一導電特徵105A的次要部分105S的深度，可對應於圖4A與圖6B中所述之第四凹槽R4。每個次要部分105S的深度方向可沿著Z方向。次要部分105S可包含第一重複幾何特徵件。
請參考圖6B-6和圖6B-6’，圖6B-6為如圖6B所示、在製程操作的中間階段期間之互連結構中，第一導電特徵105A水平橫截面Q1的上視圖；圖6B-6’為根據本揭露書的一些實施例，如圖6B-6所示的導通孔一主要部分的透視圖；圖6B-6”為根據本揭露書的一些實施例，如圖6B-6所示互連結構中第一導電特徵沿著Jr-Jr所示之剖面圖。在一些替代實施例中，設置為格柵狀(例如，類似於窗戶的形狀)的主要部分105P，也可有效地增加表面積來解決集膚效應的問題。例如，沿著Z方向的一或多個 內側壁105H係設置在主要部分105P中，其可增加主要部分105P的表面積。每一內側壁105H可分別圍繞第二ILD層102B的一部分、蝕刻終止層103的一部分、及第一ILD層102A的一部分(示於圖6B-6”)。於鄰近主要部分105P的邊緣處，具有一外側壁105H’。如圖6B-6所示，複數個內側壁105H界定了容納第一ILD層102A的區域或空間。從上視角度觀之，內側壁105H界定了複數個區域或空間(例如4個四邊形區域)。磷銅合金層106係配置為以共形方式橫向圍繞第一導電特徵105A的外側壁105H’，而阻障層104以共形方式橫向圍繞磷銅合金層106的外側壁。磷銅合金層106和阻障層104可進一步由主要部分105P的每一內側壁105H所圍繞。圖6B-6中所討論之互連結構的形成可包含：在第二ILD層102B、蝕刻終止層103和第一ILD層102A中界定具有格柵形狀(亦即，界定內側壁105H的位置)的凹槽(其中，包含第二ILD層102B的一部分、蝕刻終止層103的一部分和第一ILD層102A的一部分之複數個凸出部，可保持直立在凹槽中(如圖6B-6”))，然後形成阻障層104和磷銅合金層106。此外，主要部分105P係藉由在前述凹槽中填充一導電材料、並且執行一CMP操作而形成。這種配置因可得到較大的導電材料表面積，故能減緩集膚效應的問題，並且進一步提升在散熱方面的熱管理。此外，藉由這種格柵形狀的結構，是配置於第一導電特徵105A的內部，有隔離電磁波的作用，故可減緩與電磁相容性(EMC)和電磁干擾(EMI)有關的問題。
請參考圖6C，圖6C為根據本揭露書的一些實施例，在製造操做的中間階段期間之互連結構的剖面圖。在一些實施例中，可於第一導電特徵105A及/或第二導電特徵105B上形成一導電路徑125，以形成互連結構100B。例如，第三ILD層122A係形成於第一導電特徵105A和第二 導電特徵105B上方，蝕刻終止層123係形成於第三ILD層122A上方，而一第四ILD層122B係形成於蝕刻終止層123上方。此外，可形成一導電特徵125以電連接到第一導電特徵105A或第二導電特徵105B。導電特徵125的一部分可由第三ILD層122A、蝕刻終止層123和第四ILD層122B橫向圍繞。導電特徵125可由鑲嵌操作、雙鑲嵌操作、導電材料沉積、濺鍍、電鍍、或其他合適操作形成。在一些實施例中，阻障層124和潤濕層126可形成並襯墊於導電特徵125A的側壁及/或底部表面的一部分處。潤濕層126的材料可包含磷銅合金(諸如Cu3P)。在替代實施例中，阻障層124可包含Ti、TiN、TaN、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物、或其他可減輕銅擴散的合適材料。
下文將討論圖7A至圖7E”的實施例(導線僅在上表面具有鋸齒輪廓)和圖8A至圖8F”的實施例(導線在上/下兩側中的任一側上，都具有鋸齒輪廓)。
請參考圖7A，圖7A為根據本揭露書的一些實施例，在製造操做的中間階段期間之互連結構的剖面圖。在形成圖6B(及圖6B-1至圖6B-6)中所述第一導電特徵105A之後，於第一導電特徵105A及阻障層104上形成一導電層107。在一些實施例中，導電層107可由銅製成，並且可由如美國專利申請案第17/697,937號(名稱為「包含磷銅合金的導電結構及所述導電結構的製備方法(Conductive structure including copper-phosphorous alloy and a method of manufacturing conductive structure)」)中所述的電鍍操作形成，其整個藉由引用形式併入本文供參考。
請參考圖7B、圖7B’和圖7B”，圖7B為根據本揭露書的一 些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖；圖7B’為在製程操作的中間階段期間之如圖7B所示互連結構的上視圖；圖7B”為在製程操作的中間階段期間之如圖7B’所示互連結構中：沿C1’-C1’所示的剖面圖；此外，圖7B為圖7B’中所示互連結構的剖面C1-C1的一實例。一光阻291(例如可為正型或負型光阻劑)係藉由塗佈和烘烤操作，而形成於導電層107上。藉由圖案化光阻291，可形成暴露出下方導電層107的複數個溝槽V1(可製作鋸齒結構)，並可界定光阻291的頂部輪廓。在一些實施例中，複數個溝槽V1沿著X方向延伸。在一些實施例中，如圖7B’或圖7B”所示，已完成圖案化的光阻291形成了一鋸齒輪廓。
請參考圖7C、圖7C’和圖7C”，圖7C為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖；圖7C’為在製程操作的中間階段期間，如圖7C所示互連結構的上視圖；圖7C”為在製程操作的中間階段期間，如圖7C’所示互連結構中沿C2’-C2’所示的剖面圖；此外，圖7C為圖7C’中所示互連結構的剖面C2-C2的一實例。執行一電鍍操作，以於光阻291上方形成一銅材料層201M或其他導電特徵，並填充其中已圖案化的溝槽V1。在一些實施例中，銅材料層201M的厚度小於光阻291，使得光阻291的頂部表面高於填充溝槽的銅材料層201M的頂部表面。在一些實施例中，光阻291可為乾膜光阻。在一些替代實施例中，光阻291可包括負型光阻劑(諸如聚異戊二烯樹脂)、或包含正型光阻劑(諸如酚醛清漆樹脂，Novalac Resin)、環氧基光阻材料(諸如SU-8光阻劑等)或高分子材料(諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等)。
請參考圖7D、圖7D’和圖7D”，圖7D為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖；圖7D’為在 製程操作的中間階段期間，如圖7D所示互連結構的上視圖；圖7D”為在製程操作的中間階段期間，如圖7D’所示互連結構中沿C3’-C3’所示的剖面圖；此外，圖7D為圖7D’中所示互連結構的剖面C3-C3的一實例。執行一掀離操作(lift-off process)以移除在光阻291頂部上的銅材料層201M的部分(示於圖7C)。填充溝槽的銅材料層201M的其他部分，其相鄰的光阻291高度較高(如圖7C所示)，從而會因光阻遮蔽效應而僅消耗一有限量。銅材料層201M的一部分會保留，從而形成銅層201(示於圖7D”)。在一些實施例中，藉由掀離操作，可得到銅層201的鋸齒輪廓。銅層201的輪廓係依據每一溝槽V1的輪廓，例如，銅層201係於X方向中延伸。鋸齒輪廓的複數個表面實質平行於其中流動之電流的方向(諸如X方向)，從而減緩集膚效應的問題。銅層201經由銅層107而電連接到第一導電特徵105A(其中，在其中的電流可沿著Z方向流動)。或者說，銅層201是具有複數個電連接到第一導電特徵105A之導電柱105AA部的金屬特徵件。
請參考圖7E、圖7E’和圖7E”，圖7E為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖；圖7E’為在製程操作的中間階段期間，如圖7E所示互連結構的上視圖；圖7E”為在製程操作的中間階段期間，如圖7E’所示互連結構中沿C4’-C4’所示的剖面(圖中可見到導線僅在上表面具有銅層之鋸齒輪廓201)；此外，圖7E為圖7E’中所示互連結構的剖面C4-C4的一實例。進一步在銅層201的鋸齒輪廓和銅層107上形成覆蓋層202。在一些實施例中，覆蓋層202係由磷銅(諸如Cu3P)和阻障層(諸如Ti、TiN、TaN、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物、或其他可減輕銅擴散的合適材料)的組合而製成。 覆蓋層202可幫助減緩自銅層201的擴散問題，並進一步減緩銅層201的氧化。此外，一上ILD層102C係形成於覆蓋層202上。藉此形成一互連結構100C。在一些實施例中，上ILD層102C可由無機材料製成。
隨後圖8A至圖8F”中將討論在導電線路的上/下兩側中任一側上，具有鋸齒輪廓的導電路徑的(多個)實施例。
請參考圖8A、圖8A’和圖8A”，圖8A為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖；圖8A’為在製程操作的中間階段期間，如圖8A所示互連結構的上視圖；圖8A”為在製程操作的中間階段期間，如圖8A’所示互連結構中沿D1’-D1’所示的剖面圖；此外，圖8A為圖8A’中所示互連結構剖面D1-D1的一實例。在形成如圖6B(及圖6B-1至圖6B-6)所述的第一導電特徵105A之後，在第一導電特徵105A及阻障層104上形成一銅層107。在一些實施例中，銅層107可藉由如美國專利申請案第17/697,937號(名稱為「包含磷銅合金的導電結構及所述導電結構的製備方法」)中所述的電鍍操作形成，其藉由引用形式而整體併入本文供參考。此外，藉由塗佈和烘烤操作在銅層107上形成一第一光阻391(例如，可為正型或負型光阻劑)。藉由圖案化第一光阻391，可形成暴露出下方銅層107的複數個溝槽V2，並且界定第一光阻391的頂部輪廓。在一些實施例中，複數個溝槽V2沿著X方向延伸。在一些實施例中，光阻391可為乾膜光阻。在一些替代實施例中，光阻291可包含負型光阻劑(諸如聚異戊二烯樹脂)、或包含正型光阻劑(諸如酚醛清漆樹脂，Novalac Resin)、環氧基光阻材料(諸如SU-8光阻劑等)或高分子材料(諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等)。
請參考圖8B、圖8B’和圖8B”，圖8B為根據本揭露書的一 些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖；圖8B’為在製程操作的中間階段期間，如圖8B所示互連結構的上視圖；圖8B”為在製程操作的中間階段期間，如圖8B’所示互連結構中沿D2’-D2’所示的剖面；此外，圖8B為圖8B’中所示互連結構的剖面D2-D2的一實例。執行一電鍍操作，以於光阻391上方形成一銅材料層301M或其他導電特徵，並填充其經圖案化形成的溝槽V2。在一些實施例中，銅材料層301M的厚度大於光阻391並且覆蓋光阻391的頂部表面。在圖8B”中所形成的銅材料層301M稱為第一導電材料。
請參考圖8C、圖8C’和圖8C”，圖8C為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖；圖8C’為在製程操作的中間階段期間，如圖8C所示互連結構的上視圖；圖8C”為在製程操作的中間階段期間，如圖8C’所示互連結構中沿D3’-D3’所示的剖面圖；此外，圖8C為圖8C’中所示互連結構的剖面D3-D3的一實例。一第二光阻392在銅材料層301M上方被圖案化。藉由圖案化第二光阻392，可形成複數個溝槽V3以暴露出下方銅材料層301M，並且界定第二光阻392的頂部輪廓。在一些實施例中，溝槽V3沿著X方向延伸，且在一些實施例中，溝槽V3的位置可對應於複數個溝槽V2的位置。在一些實施例中，第一光阻391的極性與第二光阻392的極性相同。在一些實施例中，第一光阻391和第二光阻392為正型光阻劑。在一些實施例中，第一光阻391和第二光阻392為負型光阻劑。在一些實施例中，第一光阻391的材料與第二光阻392的材料相同。在一些實施例中，第二光阻392可為乾膜光阻。在一些替代實施例中，第二光阻392可包括負型光阻劑(諸如聚異戊二烯樹脂)、或包括正型光阻劑(諸如酚醛清漆樹脂)、環氧基光阻材料(諸如 SU-8光阻劑等)或高分子材料(諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等)。
請參考圖8D、圖8D’和圖8D”，圖8D為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖；圖8D’為在製程操作的中間階段期間，如圖8D所示互連結構的上視圖；圖8D”為在製程操作的中間階段期間，如圖8D’所示互連結構中沿D4’-D4’所示的剖面圖；此外，圖8D為圖8D’中所示互連結構的剖面D4-D4的一實例。執行一電鍍操作，以於第二光阻392上方形成一銅材料層302M，或其他導電特徵，並填充其經圖案化形成的溝槽V3。在一些實施例中，銅材料層302M的厚度小於第二光阻392，使得第二光阻392的頂部表面高於填充溝槽之銅材料層302M的頂部表面，如圖8D”所示。在一些實施例中，鑑於先前於圖8B”中形成的銅材料層301M或第一導電材料，圖8D”中形成的銅材料層302M係稱為第二導電材料。第一導電材料和第二導電材料可由相同材料、或不由相同材料組成。由於在導線303的形成中涉及兩次沉積或電鍍操作，因此在適當的對比處理及顯微鏡技術下，其兩者間的邊界是可見的。
請參考圖8E、圖8E’和圖8E”，圖8E為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面；圖8E’為在製程操作的中間階段期間，如圖8E所示互連結構的上視圖；圖8E”為在製程操作的中間階段期間之如圖8E’所示互連結構中沿D5’-D5’所示的剖面圖；此外，圖8E為圖8E’中所示互連結構的剖面D5-D5的一實例。類似於圖7D所述，執行一掀離操作以移除在第二光阻392(示於圖8D)的頂部上的銅材料層302M的部分(示於圖8D)。由於相鄰的第二光阻392較 高，填充溝槽的銅材料層302M的其他部分，也會因光阻遮蔽效應而僅消耗一有限量。在一些實施例中，第一光阻391(示於圖8D)也可被移除，從而在先前填充第一光阻391的位置處形成間隙391G。或者說，第二光阻392和第一光阻391是在一次移除操作中移除。在一些實施例中，間隙391G是空的(例如可為一氣室)，藉此減緩寄生電容(例如，相對介電常數可降低至大約為1)，因而可提升訊號的傳輸速度，其中集膚效應可被減緩，且阻值可同時降低。在一些實施例中，用於移除第一光阻391和第二光阻392之移除操作包含：浸泡在含有硝酸和過氧化氫的溶液中，升高溶液的溫度至高於室溫的溫度(例如，升高至介於：約75℃至約85℃)，隨後加入硫酸。替代上，移除操作包含電漿氧灰化蝕刻，或反應式離子蝕刻(RIE)。其結果是，銅材料層301M的殘留部分和銅材料層302M的殘留部分，從而分別變成在一導線303的下側301和上側部分302等，兩側上都具有鋸齒輪廓。或者說，導線303為包含複數個第一凸出部301X(向下凸出且沿著X方向延伸)和複數個第二凸出部302X(向上凸出且沿著X方向延伸)的一種金屬特徵件，其中複數個第一凸出部301X包含第二重複幾何特徵件，而相鄰的第二重複幾何特徵件界定了間隙391G。鋸齒輪廓的複數個表面係實質平行於其中流動之電流的方向(例如X方向)，從而減緩了集膚效應的問題。在一些實施例中，間隙391G可有效地降低互連結構的介電係數。導線303經由導電層107電連接到第一導電特徵105A。
請參考圖8F、圖8F’和圖8F”，圖8F為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面；圖8F’為在製程操作的中間階段期間，如圖8F所示互連結構的上視圖；圖8F”為在製程操 作的中間階段期間，如圖8F’所示互連結構中沿D6’-D6’所示的剖面圖；此外，圖8F為圖8F’中所示互連結構的剖面D6-D6的一實例。於導線303上進一步形成一覆蓋層304。在一些實施例中，覆蓋層304係由磷銅(諸如Cu3P)和阻障層(諸如Ti、TiN、TaN、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物、或其他可減輕擴散的合適材料)的組合而製成。覆蓋層304可幫助減緩自導線303的擴散問題，並進一步減緩導線303的氧化。此外，一上ILD層102C係形成於覆蓋層304上；藉此形成一互連結構100D。
在一些替代實施例中，圖8C至圖8E”的操作可省略。亦即，在形成銅材料層301M(如圖8B、圖8B’和圖8B”中所述)之後移除第一光阻391，以形成間隙391G，並在其上形成上ILD層102C。或者說，這種導線包括向下凸出的第一凸出部301X，且可不包括向上凸出的第二凸出部302X。
在一些替代實施例中，圖7A至圖7E”、以及圖8A至圖8F”中所述之技術可應用至雙鑲嵌結構的頂部表面，其將分別於圖9A至圖9B、以及圖10A至圖10B中討論。具體而言，圖9A至圖9B、以及圖10A至圖10B中所述之導電特徵105A’類似於圖6A至圖6C中所述之導電特徵105A，然而，其差異在於：導電特徵105A’具有較寬且可作為佈線使用的一上方部分105U。此外，在圖9A至圖9B、以及圖10A至圖10B中省略了另外的導電層107。導電特徵105A’更包括一電連接於上方部分105U和金屬線路101M之間的下方部分105L。在圖9A至圖9B及圖10A至圖10B之實施例中，電流是在導線上的Y方向中流動，並在進入通孔時改變為Z方向，因此鋸齒型結構的邊緣是處於與電流Y及Z方向皆為平行的狀態。
請參考圖9A至圖9B，圖9A至圖9B為根據本揭露書的一些 實施例之在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。如圖9A所示，類似於圖7B至圖7C中的討論，形成一光阻291(例如，可為正型或負型光阻劑)並於導電特徵105A’的上方部分105U的頂部表面105TS上，並將其圖案化。此外，執行一電鍍操作，以於光阻291上方形成銅材料層201M並填充其中圖案化的溝槽。此外，在圖9B中，執行一掀離操作，以移除銅材料層201M在光阻291的頂部上的部分。填充溝槽的銅材料層201M的其他部分，則由於相鄰的光阻291較高，從而會因光阻遮蔽效應而僅消耗一有限量。一部分的銅材料層201M被保留，從而形成銅層201，其為具有以重複形式配置的凸出部之金屬特徵件。銅層201的輪廓係依據每一溝槽的輪廓。在一些實施例中，銅層201直接堆疊於導電特徵105A’上方。這種掀離操作的細節可參考圖7D、圖7D’和圖7D”。此外，進一步於銅層201的鋸齒輪廓上方形成覆蓋層202。在一些實施例中，覆蓋層202是由磷銅(諸如Cu3P)製成。覆蓋層202可幫助減緩自銅層201的擴散問題，並進一步減輕銅層201的氧化。此外，在有其他導電特徵形成於覆蓋層202上方的情況中，覆蓋層202的潤濕能力可幫助提升這種額外的形成操作的可靠性。此外，於覆蓋層202上形成一上ILD層102C，從而形成一互連結構100C’。
請參考圖10A至圖10B，圖10A至圖10B為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面。如圖10A所示，類似於圖8A至圖8D中的討論(可參考其細節)，形成一光阻391(例如，可為正型或負型光阻劑)並於導電特徵105A’的上方部分105U的頂部表面105TS上將其圖案化。接著，執行一電鍍操作，以於光阻391上方形成銅材料層301M並填充其中圖案化的溝槽。然後，於銅材料層301M 上圖案化一第二光阻392，其中形成了暴露出下方銅材料層301M的複數個溝槽。執行一電鍍操作以於第二光阻392上形成一銅材料層302M並且填充其中圖案化的溝槽。在圖10B中，類似於圖8E至圖8F的討論，執行一掀離操作，以移除銅材料層302M在第二光阻392的頂部上的部分。由於相鄰的第二光阻392較高，填充溝槽的銅材料層302M的其他部分，也會因光阻遮蔽效應而僅消耗一有限量。在一些實施例中，第一光阻391也被移除，從而在先前由第一光阻391填充的位置處形成(多個)間隙391G。因此，銅材料層301M的殘留部分和銅材料層302M的殘留部分，從而分別變成在兩側上，具有鋸齒輪廓的一導線303的下方部分301和上方部分302。或者說，導線303為一包括複數個第一凸出部301X(向下凸出)和複數個第二凸出部302X(向上凸出)的金屬特徵件。在一些實施例中，導線303直接堆疊於導電特徵105A’上方。在一些實施例中，間隙391G可有效減少互連結構的介電係數。進一步於導線303上方形成覆蓋層304。在一些實施例中，覆蓋層304是由磷銅(諸如Cu3P，為脫氧劑)製成。覆蓋層304可幫助減緩自導線303的擴散問題，並進一步減輕導線303的氧化。此外，於覆蓋層304上形成一上ILD層102C。從而，形成一互連結構100D’。
進一步於圖11A至圖11D中說明：用於形成具有擴散阻障複合堆疊層309的互連結構100B’的實施例。
請參考圖11A，圖11A為根據本揭露書的一些實施例之在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面。藉由如圖1至圖5、和圖6A至圖6B中所述操作形成一第一導電特徵105A，其中，包括「一阻障層104和一磷銅合金層106」之擴散阻障複合堆疊層309，係配置成共形於第一導電特徵105A的側壁。替代上，第一導電特徵105A可由以傳統雙鑲嵌 操作，形成之不具鋸齒型結構的導通孔，加以替代。擴散阻障複合堆疊層309的細節可參考圖6A至圖6B。此外，在磷銅合金層106的頂部表面和第一導電特徵105A的頂部表面上方形成一蝕刻終止阻障層109。蝕刻終止阻障層109可由氮化矽(SiN，其具有介電常數約為7)或氮氧化矽(SiOxNy，其具有介電常數介於約3.9至約7.8範圍內)製成。此外，氮化矽和氮氧化矽也可以是抗反射性的，特別是當其下方結構包含銅時。上ILD 170(Upper ILD)係形成於蝕刻終止阻障層109上，其中上ILD 170可由氧化物，例如未經摻雜的矽酸鹽玻璃(USG)、氟化矽酸鹽玻璃(FSG)、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、低k介電材料、SiO2、摻碳SiO2、聚(芳基醚)、倍半矽氧烷聚合物聚合物、苯並環丁烯、聚醯亞胺、含氟聚醯亞胺等製成。在一些實施例中，一抗反射塗層(ARC)(未示出)係形成於上ILD 170上。一第一光阻171於上ILD 170上被圖案化。藉由蝕刻操作(諸如電漿蝕刻)於上ILD 170中形成具有一第一寬度Wk1之一第一開口Rk1，其中蝕刻終止阻障層109可用作為一蝕刻終止層以緩和過度蝕刻的問題。第一光阻171(和ARC)可接著透過電漿灰化蝕刻，或反應式離子蝕刻(RIE)操作而移除。應注意蝕刻終止阻障層109也可保護下方的第一導電特徵105A而不被顯著氧化。
請參考圖11B，圖11B為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。一ARC層(未示於圖11B)和一第二光阻172係於上ILD 170上被圖案化，並且藉由蝕刻操作(例如電漿蝕刻)在上ILD 170中形成具有一第二寬度Wk2的第二開口Rk2，其中蝕刻終止阻障層109可用作為一蝕刻終止層以緩和過度蝕刻的問題。在一些實施例中，第二寬度Wk2大於第一寬度Wk1。第二開口Rk2 在上ILD 170中的深度Dk1可介於從約50Å至約5000Å的範圍中。執行一電漿灰化蝕刻，或反應式離子蝕刻(RIE)操作以移除ARC層(未示於圖11B)和第二光阻172。
請參考圖11C，圖11C為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面。蝕刻終止阻障層109的一部分被移除以暴露出下方的第一導電特徵105A。在一些實施例中，這種移除操作包含：施加溫度介於約150℃至約200℃的熱磷酸，或整合八氟化五碳(C5F8)/氬氣/一氧化碳等化學物，進行電漿蝕刻，解析度較高。
請參考圖11D，圖11D為根據本揭露書的一些實施例，在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面。類似於圖6A至圖6B中的操作，形成包括「一阻障層104和一磷銅合金層106」的擴散阻障複合堆疊層309以共形於第一開口Rk1和第二開口Rk2(示於圖11C中)的暴露表面。在一些實施例中，擴散阻障複合堆疊層309進一步延伸到上ILD 170。接著在第一開口Rk1和第二開口Rk2中形成導電特徵125，其更包括一平坦化操作可終止於磷銅合金層106的一頂部表面處。保護層311係形成於上ILD 170和導電特徵125上，保護層311可由氮化矽或氮氧化矽構成，並藉由濺鍍，旋塗，或化學氣相沉積(CVD)製成，而且可具有一厚度介於約10nm至約30nm的範圍內。
接著於圖12中討論一替代實施例。
請參考圖12，圖12為根據本揭露書的一些實施例之在製程操作的中間階段期間之互連結構的剖面圖。一第一導電特徵105A可藉由圖1至圖5、以及圖6A至圖6B中所述之操作形成，其中一擴散阻障複合堆疊層309(包括一阻障層104和一磷銅合金層106)係配置成共形於第一導 電特徵105A的側壁。替代上，第一導電特徵105A可以被替代為：藉由傳統的雙鑲嵌操作形成之不具鋸齒型結構的導通孔。蝕刻終止層109可形成於第二ILD層102B上。擴散阻障複合堆疊層309’(包含磷銅合金層106和磷銅合金層106上的阻障層104)係形成於導電特徵105A上。在一些實施例中，阻障層104的材料可為Ti、TiN、TaN、W2N、W、鈦基材料、鉭基材料、金屬氮化物、或可緩和擴散之其他合適材料。保護層516係形成於蝕刻終止阻障層109和擴散阻障複合堆疊層309’上，從而形成互連結構100E。在一些實施例中，保護層516可由氮化矽(SiN)或氮氧化矽(SiOxNy)製成。保護層516和擴散阻障複合堆疊體309’可幫助提升互連結構100E的可靠性一因為其具有阻止從銅層向相鄰的結構(諸如在上ILD層170)擴散的優異能力。
本揭露書提供了用於形成互連結構的方法，其可被應用於半導體元件(諸如積體電路、IC中介層等)、或積體電路載體與印刷電路板(PCB)等。特別是在先進技術應用(諸如第五代行動網路、第六代行動網路、人工智慧等)中，阻值的問題會因為集膚效應而更顯重要，亦即，電子會累積在導線的表面處(特別是當傳輸高頻及/或大電流訊號時)，從而增加阻值並且降低元件性能。藉由配置一第一導電特徵(諸如圖1至圖6C所述之第一導電特徵105A)，用於傳輸高頻及/或大電流訊號的導線的有效表面積可實質增加，以有效解決集膚及/或散熱效應的問題。
此外，如圖6B所述之第二導電特徵105B的配置、以及阻障層104的組態可進一步緩和在CMP操作期間的剝離和碟陷效應的問題。在一些實施例中，磷銅合金(諸如Cu3P)被使用作為阻障層104的材料。 磷銅合金(諸如Cu3P)可在在抗腐蝕性、耐磨性、潤濕性、更緊密結構、強度、韌性、共形性、可加工性等上可以呈現出更好的能力。在本文中，銅(I)磷化物中的磷成分可在約13.98%至約14.39%的範圍內，且熔點為約1020℃。因此，磷銅合金即使在高溫中也具有更好的強度和韌性。此外，磷銅合金(諸如Cu3P)的導電性和導熱性，都與濺鍍銅類似。一般而言，藉由電鍍或無電電鍍來形成磷銅合金(諸如Cu3P)與鑲嵌操作、雙鑲嵌操作，或用於形成互連結構的其他合適操作，都可良好地相容。
此外，圖6A至圖6C中討論了在一互連結構中整合擴散阻障複合堆疊層309(其具有磷銅合金(諸如Cu3P)作為潤濕層)，其中擴散阻障堆疊層309可緩和空洞問題，並且增進銅層在高深寬比通道中的共形性。圖11A至圖11D也討論了在不同類型的互連結構中整合擴散阻障複合堆疊層309的實施例。
此外，為了進一步解決集膚效應和寄生電容，提供了圖7A至圖7E”所示之導線的上側具有鋸齒輪廓的實施例、以及圖8A至圖8F”所示之在導線的上側及/或下側具有鋸齒輪廓的實施例。此外，圖7A至圖7E”、以及圖8A至圖8F”中所述技術可應用至雙鑲嵌結構的頂部表面，其係分別於圖9A至圖9B、以及圖10A至圖10B中加以說明。藉由整合特殊的掀離技術及特定光阻材料的特性選擇，可形成導電結構的鋸齒輪廓以緩和集膚效應問題。在一些實施例中，圖7A至圖7E”、圖8A至圖8F”、圖9A至圖9B、以及圖10A至圖10B中所述之金屬特徵件(圖7A至圖7E”和圖9A至圖9B中所述之銅層201、以及圖8A至圖8F”和圖10A至圖10B中所述之導線303)，可為用以承載高頻及/或大電流訊號的頂部金屬線路(例如在裝 置中最上方的金屬線路)。
此外，如圖12所述，擴散阻障複合堆疊層309’、以及保護層516可選擇性地形成在導電特徵的頂部表面上方，其中此配置有助避免銅向其上方覆蓋的層間介電層擴散。
應理解熟習該項技藝者可明白本文所揭露的互連結構可應用於IC產業中需要互連的任何結構，無論其尺度和材料組成為何。舉一例而言，互連結構可包括一或多個垂直導通孔(可具有或不具有本文所述之鋸齒型特徵)，其連接到一後端線路結構(back-end-of-line structure)中的相鄰或堆疊層的一或多個水平導線(可具有或不具有本文所述之鋸齒型特徵)。此後端線路結構的介電材料可包括無機材料，例如氮化矽、氧化矽、氮氧化矽等。這種後端線路結構的製造方法可部分與鑲嵌或雙鑲嵌操作相關聯。舉另一例而言，互連結構可包括一或多個導通孔(具有或不具有本文所述之鋸齒型特徵)，連接到一中介層結構(主動或被動)中的相鄰或堆疊層的一或多個水平導線(具有或不具有本文所述之鋸齒型特徵)。中介層結構可包含矽(或玻璃、或聚合物)中介層或其他種類的半導體和絕緣中介層。這種中介層結構的製造方法可部分與半導體材料(或PCB，或IC載板，或陶瓷)光微影術和金屬沉積操作相關聯。舉另一例而言，互連結構可包括一或多個導通孔(具有或不具有本文所述之鋸齒型特徵)，連接到一積層膜結構中的相鄰層或堆疊層中的一或多個水平導線(具有或不具有本文所述之鋸齒型特徵)。積層膜結構的介電材料可包括有機材料，例如環氧樹脂基材料、膠片(Pre-preg)、FR4、ABF等。此積層膜的製造方法可部分與層積、旋塗、機械鑽孔或雷射鑽孔操作相關聯。
本揭露書的一些實施例提供了一種互連結構，其包括一第一金屬線路、一第一層間介電(ILD)層於第一金屬線路上、一第一導電特徵於第一金屬線路上，其中第一導電特徵的至少一部分由第一ILD層橫向圍繞，且第一導電特徵的側壁具有鋸齒輪廓。
本揭露書的一些實施例提供一種互連結構，其包括一第一介電層、一在第一介電層上的金屬特徵件、一在第一介電層上且覆蓋該金屬特徵件的第二介電層，其中該金屬特徵件沿在該第一介電層和該第二介電層之間的邊界以一第一方向延伸，而且包括在朝向一第二方向凸出的第一重複幾何特徵件，該第二方向實質垂直於該邊界，該等重複幾何特徵件的厚度小於該第二介電層的厚度，且其中該第一介電層和該第二介電層由無機材料組成。
本揭露書的一些實施例提供一種用於形成互連結構的方法，其包括形成一第一金屬線路；形成一第一層間介電(ILD)層於該第一金屬線路上方；及形成一導電特徵於該第一ILD層中及上方，其具有一鋸齒輪廓；形成該導電特徵，其包括圖案化一光阻層以界定一鋸齒面、及形成一與該鋸齒面共形的導電材料。
以上概述了數個實施例的特徵，使得熟習該項技藝者可更佳理解本揭露書的態樣。熟習該項技藝者應理解，其可容易使用本揭露書作為設計或修改其他操作和結構的基礎，以實現與本文介紹的實施例相同的目的、及/或實現相同的優點。熟習該項技藝者也應理解，這樣的等效結構並未悖離本揭露書的精神和範疇，且其可在不悖離本揭露書的精神和範疇下對其進行各種改變、替換和調整。
此外，本申請的範疇並不旨在限於說明書中所描述的製 程、機器、製造、物質組成、構件、方法和步驟之特定實施例。熟習該項技藝者將可從本揭露書之揭露容易理解，與本文所述對應實施例實質執行相同功能或實質達成相同結果之現有的或後續將開發的製程、機器、製造、物質組成、構件、方法和步驟皆可根據本揭露書而被使用。因此，文後申請專利範圍旨在將這類製程、機器、製造、物質組成、構件、方法或步驟包含在其範圍內。
100A:互連結構 101:金屬線路 101M:金屬線路 102A:第一層間介電（ILD）層 102B:第二層間介電（ILD）層 103:蝕刻終止層 104:阻障層 105A:第一導電特徵 105AA:導電柱 105AB:導通孔 105B:第二導電特徵 105H’:外側壁 105W1:（導通孔）總寬度 105W2:（導電柱）總寬度 106: 磷銅合金層 309:擴散阻障複合堆疊層

Claims (25)

  1. 一種互連結構，其包含：一第一金屬線路；一第一層間介電(ILD)層，在該第一金屬線路上方；一第一導電特徵，在該第一金屬線路上方，其中該第一導電特徵的至少一部分由該第一ILD層橫向圍繞，且該第一導電特徵的一側壁具有一鋸齒輪廓，其中該第一導電特徵包含：一沿垂直方向延伸的主要部分；及複數個次要部分，其延伸遠離該主要部分並形成該鋸齒輪廓，其中該主要部分的一頂部表面與該等次要部分的一第一次要部分的頂部表面齊平。
  2. 如請求項1所述之互連結構，其中該等次要部分從該第一ILD層的一頂部表面，朝向該第一金屬線路延伸。
  3. 如請求項1所述之互連結構，其中該第一ILD層包含一第一側壁及不平行於該第一側壁的一第二側壁，其中該第一導電特徵的該主要部分的至少一部分鄰近該第一ILD層的該第一側壁，且該第一導電特徵的該第一次要部分的至少一部分鄰近該第一ILD層的該第二側壁。
  4. 如請求項3所述之互連結構，其更包含一在該第一ILD層上方的蝕刻終止層，其中該蝕刻終止層具有一側壁與該第一ILD層的該第二側壁對 齊。
  5. 如請求項2所述的互連結構，其中該第一次要部分的寬度對該第一導電特徵的寬度的比例是在10%至90%的範圍內。
  6. 如請求項2所述之互連結構，其中該等次要部分包含重複的凸出部。
  7. 如請求項1所述之互連結構，其更包含一圍繞該第一導電特徵的阻障層，其中該阻障層與該鋸齒輪廓共形。
  8. 如請求項7所述之互連結構，其更包含一磷銅合金層，其與該阻障層和該第一導電特徵的該鋸齒輪廓共形。
  9. 如請求項8所述之互連結構，其更包含一潤濕層，其與該阻障層共形。
  10. 如請求項1所述之互連結構，其更包含一第二導電特徵，其電連接到該第一導電特徵，且該第二導電特徵包含重複的凸出部。
  11. 如請求項10所述之互連結構，其中該第二導電特徵位於該第一導電特徵上。
  12. 如請求項1所述之互連結構，其中該主要部分的一底部表面係與該第一次 要部分的一底部表面齊平。
  13. 一種互連結構，其包含：一第一介電層；一金屬特徵件，位於該第一介電層上；及一第二介電層，其在該第一介電層上方且覆蓋該金屬特徵件，其中該金屬特徵件朝一第一方向、並沿位於該第一介電層和該第二介電層之間的一邊界延伸，而且包含朝向一第二方向凸出的第一重複幾何特徵件，該第二方向實質垂直位於該第一介電層和該第二介電層之間的該邊界，該等第一重複幾何特徵件的厚度小於該第二介電層的厚度，及其中該第一介電層和該第二介電層由無機材料組成。
  14. 請求項13所述之互連結構，其更包含第二重複幾何特徵件，其朝向一第三方向凸出，該第三方向實質垂直於該第一方向，其中該等第二重複幾何特徵件的相鄰二者界定一氣室。
  15. 如請求項13所述之互連結構，其更包含一導通孔結構，其投射式地堆疊於該金屬特徵件正上方並直接接觸該金屬特徵件。
  16. 如請求項13所述之互連結構，其中該金屬特徵件為一頂部金屬線路，其經配置以承載高頻訊號。
  17. 一種用於形成互連結構的方法，其包含：形成一第一金屬線路；形成一第一層間介電(ILD)層於該第一金屬線路上方；及於該第一ILD層之中或上方，形成具有鋸齒輪廓的一導電特徵，形成該導電特徵包含：圖案化一光阻層以界定一鋸齒面；及形成與該鋸齒面共形的一導電材料。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該鋸齒面包含該光阻層的一表面輪廓或該第一ILD層的一表面輪廓。
  19. 如請求項18所述之方法，其進一步包含在與該鋸齒面共形的該導電材料形成之後的一掀離操作。
  20. 如請求項17所述之方法，其中形成該導電特徵更包含：圖案化一第一光阻層以界定一第一鋸齒面；形成一與該第一鋸齒面共形的第一導電材料；圖案化一第二光阻層以界定一第二鋸齒面；及形成一與該第二鋸齒面共形的第二導電材料。
  21. 如請求項20所述之方法，其更包含在一次移除操作中移除該第一光阻層和該第二光阻層。
  22. 一種互連結構，其包含：一第一金屬線路；一第一層間介電(ILD)層，在該第一金屬線路上方；及一第一導電特徵，在該第一金屬線路上方，從俯視觀察，該第一導電特徵包含至少一外側壁和至少一內側壁，該至少一內側壁界定容納該第一ILD層的一部分之區域，其中該至少一外側壁以及該至少一內側壁位於同一水平面上。
  23. 如請求項22所述之互連結構，其更包含由該至少一內側壁界定的複數個區域。
  24. 如請求項23所述的互連結構，其更包含一阻障層，其在該等複數個區域之每一者中包覆該至少一內側壁。
  25. 如請求項24所述之互連結構，其更包含一磷銅合金層，其中該阻障層在該等複數個區域之每一者中橫向圍繞該磷銅合金層。
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