一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)及電遷移修正方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)及電遷移修正方法。本發(fā)明的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，包括過(guò)孔和導(dǎo)線，過(guò)孔與導(dǎo)線連接處的側(cè)面和末端分別設(shè)置有側(cè)面冗余金屬和末端冗余金屬。其有益效果是：本發(fā)明的基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)無(wú)需增加導(dǎo)線的線寬，只需增加小塊冗余金屬，相對(duì)于傳統(tǒng)修正方法能避免占用過(guò)多布線資源。雖然僅僅是小小的改動(dòng)，但大大的提高了芯片的集成度。能夠突破傳統(tǒng)末端冗余金屬的限制，在末端冗余達(dá)到關(guān)鍵長(zhǎng)度后能進(jìn)一步減小電遷移影響，提高互連線壽命。在電流不會(huì)流經(jīng)的區(qū)域增加了較小的冗余金屬，不會(huì)對(duì)時(shí)序造成過(guò)大影響。還具有制備工藝簡(jiǎn)單、制備成本低廉和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
-種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)及電遷移修正方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及集成電路可靠性設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)及 電遷移修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 忍片的可靠性決定了忍片的使用壽命。隨著工藝節(jié)點(diǎn)的不斷進(jìn)步，互連線寬度持 續(xù)減小，隨著互連線的電流密度持續(xù)增大，不僅是電源線，信號(hào)線也開始遭受電遷移影響。 電遷移會(huì)引起金屬原子移動(dòng)，形成空桐或者小丘，導(dǎo)致互連線開路或者短路，使得忍片失 效。因此如何修正電遷移成為亟待解決的問(wèn)題。
[0003] 傳統(tǒng)的電遷移修正方法主要是增加互連線寬度。運(yùn)種方法會(huì)占用大量的布線資 源，僅適用于稀疏的電源線和少量的時(shí)鐘線。對(duì)于大量的信號(hào)線，使用運(yùn)種方法會(huì)導(dǎo)致布線 資源不足，不能成功布線。對(duì)于先進(jìn)工藝下的信號(hào)線，切實(shí)可行的電遷移修正方法需要被提 出。
[0004] 原子通量散度(Atomic Flux Divergence，AFD)是反映電遷移程度的指標(biāo)，AFD大 的位置，大量原子遷移走，會(huì)形成空桐。對(duì)于當(dāng)今集成電路制造普遍采用的銅互連大馬±革 工藝，AFD主要受電流、溫度和應(yīng)力影響。隨著互連線尺度的不斷減小，應(yīng)力成為主導(dǎo)因素。 對(duì)于通常的陰極過(guò)孔結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，100為高層導(dǎo)線，101為過(guò)孔，102為低層導(dǎo)線， 103為導(dǎo)線末端最大AFD區(qū)域，104為過(guò)孔上方最大A抑區(qū)域。電流方向由上到下，由于應(yīng)力分 布的影響，過(guò)孔上方最大AFD區(qū)域104處和導(dǎo)線末端最大AFD區(qū)域103處的AFD最大。由于導(dǎo)線 末端比較靠近過(guò)孔上方，在兩種最大AFD的共同作用下，過(guò)孔上方區(qū)域最易形成空桐，導(dǎo)致 互連線開路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了提高陰極過(guò)孔結(jié)構(gòu)的壽命，進(jìn)一步 減小電遷移的影響，大幅減小互連線寬度，使得忍片具有更多的布線資源。本發(fā)明提出了一 種制備工藝簡(jiǎn)單、制備成本低廉和使用壽命長(zhǎng)的基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)及其電遷移修正 方法。
[0006] 本發(fā)明提供的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，其技術(shù)方案為：
[0007] -種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，包括過(guò)孔和導(dǎo)線，過(guò)孔與導(dǎo)線連接處的側(cè)面和末 端分別設(shè)置有側(cè)面冗余金屬和末端冗余金屬。
[000引其中，導(dǎo)線包括與過(guò)孔連接的高層導(dǎo)線和低層導(dǎo)線。
[0009] 其中，側(cè)面冗余金屬和末端冗余金屬的長(zhǎng)度均為0.05~0.09皿;側(cè)面冗余金屬的 寬度為0.26~0.30皿。
[0010] 其中，側(cè)面冗余金屬和末端冗余金屬的長(zhǎng)度均為0.07WI1，側(cè)面冗余金屬的寬度為 0.2祉m;導(dǎo)線的寬度為0.2祉m、厚度為0.35皿;過(guò)孔的邊長(zhǎng)為0.2祉m、高度為0.6祉m。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電遷移修正方法，其技術(shù)方案 是:在過(guò)孔與導(dǎo)線連接處的側(cè)面和末端增加冗余金屬來(lái)提高陰極過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電遷移抗性， 從而修正過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電遷移性能。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 本發(fā)明的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)無(wú)需增加導(dǎo)線的線寬，只需增加小塊冗余 金屬，相對(duì)于傳統(tǒng)修正方法能避免占用過(guò)多布線資源。雖然僅僅是小小的改動(dòng)，但大大的提 高了忍片的集成度。
[0014] 本發(fā)明的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)能夠突破傳統(tǒng)末端冗余金屬的限制，在末 端冗余達(dá)到關(guān)鍵長(zhǎng)度后能進(jìn)一步減小電遷移影響，提高互連線壽命。
[0015] 本發(fā)明的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)在電流不會(huì)流經(jīng)的區(qū)域增加了較小的冗 余金屬，不會(huì)對(duì)時(shí)序造成過(guò)大影響。還具有制備工藝簡(jiǎn)單、制備成本低廉和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu) 點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為現(xiàn)有的陰極過(guò)孔結(jié)構(gòu)的主視圖。
[0017] 圖2a為導(dǎo)線末端基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)主視圖。
[0018] 圖化為導(dǎo)線末端基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面將結(jié)合實(shí)施例W及附圖對(duì)本發(fā)明加 W詳細(xì)說(shuō)明，需要指出的是，所描述的實(shí) 施例僅旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。
[0021] 名詞解釋：
[0022] 過(guò)孔也稱金屬化孔。在雙面板和多層板中，為連通各層之間的印制導(dǎo)線，在各層需 要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆上一個(gè)公共孔，即過(guò)孔。
[0023] 現(xiàn)有忍片中，為了降低忍片中的過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電遷移特性帶來(lái)的影響，不得不增加 互連線的寬度，浪費(fèi)了忍片上的布線資源，還降低了忍片的使用壽命。
【申請(qǐng)人】在研究過(guò)程中 發(fā)現(xiàn)，冗余金屬能夠通過(guò)占用少量的布線資源來(lái)顯著提高電遷移抗性。本實(shí)施例通過(guò)針對(duì) 圖2a和圖3所示的兩種設(shè)置有冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究：
[0024] 通過(guò)在金屬線末端增加一段冗余金屬結(jié)構(gòu)如圖2a和圖化所示，其中，200為高層導(dǎo) 線，201為過(guò)孔，202為低層導(dǎo)線，203為末端冗余金屬，206為過(guò)孔上方區(qū)域，204為導(dǎo)線末端 最大AFD區(qū)域，205為過(guò)孔上方最大AFD區(qū)域?？蒞使金屬線末端遠(yuǎn)離過(guò)孔上方，從而減小導(dǎo) 線末端最大AFD區(qū)域204處的空桐對(duì)過(guò)孔與導(dǎo)線的連接處造成影響，進(jìn)而提高互連線壽命。 隨著冗余金屬長(zhǎng)度的增加，金屬線末端AFD對(duì)過(guò)孔上方空桐形成的影響逐漸減小。當(dāng)冗余金 屬長(zhǎng)度達(dá)到一定值后，過(guò)孔上方空桐的形成不再受到金屬線末端AFD影響，此時(shí)增加冗余金 屬長(zhǎng)度將不再提高電遷移抗性，互連線壽命由過(guò)孔上方最大AFD區(qū)域205決定。因此末端冗 余金屬修正電遷移的方法存在關(guān)鍵長(zhǎng)度(一定長(zhǎng)度的末端冗余金屬只會(huì)修正導(dǎo)線末端最大 AFD區(qū)域204,不會(huì)修正過(guò)孔上方最大A抑區(qū)域205)，當(dāng)末端冗余金屬的長(zhǎng)度超過(guò)關(guān)鍵長(zhǎng)度 后，將不能進(jìn)一步提局互連線壽命。
[0025] 為了突破上述末端冗余金屬的關(guān)鍵長(zhǎng)度的限制，進(jìn)一步減小電遷移的影響，提高 陰極過(guò)孔結(jié)構(gòu)的壽命，本實(shí)施例提出了一種基于側(cè)面冗余金屬的電遷移修正方法。如圖3所 示，其中300為高層導(dǎo)線，301為過(guò)孔與導(dǎo)線連接區(qū)域（即過(guò)孔上方區(qū)域），302為導(dǎo)線末端冗 余金屬，303為導(dǎo)線側(cè)面冗余金屬，304為末端最大AH)區(qū)域，305為導(dǎo)線側(cè)面冗余處的最大 AFD區(qū)域。通過(guò)在導(dǎo)線側(cè)面增加導(dǎo)線側(cè)面冗余金屬303的方法可W改變過(guò)孔與導(dǎo)線連接區(qū)域 301處的應(yīng)力分布，將過(guò)孔上方的最大AFD轉(zhuǎn)移至導(dǎo)線側(cè)面冗余處的最大AFD區(qū)域305處，減 小了過(guò)孔與導(dǎo)線連接區(qū)域301處的AFD，從而進(jìn)一步提高互連線壽命。因此通過(guò)增加側(cè)面冗 余金屬，可W在傳統(tǒng)末端冗余的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高電遷移抗性。并且側(cè)面冗余同末端冗余 類似，只需占用少量的布線資源。
[0026] 在大馬±革銅(泛指表面具有花紋的銅材)工藝下，分別對(duì)圖2a和圖化所示的導(dǎo)線 末端基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)和圖3所示的過(guò)孔上方區(qū)域設(shè)置有側(cè)面冗余金屬和末端冗余 金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)行高溫加速老化有限元仿真，得到兩種結(jié)構(gòu)的AH)分布。通過(guò)對(duì)比兩種 結(jié)構(gòu)AFD的分布，分析兩種結(jié)構(gòu)對(duì)電遷移的抵抗能力。兩種結(jié)構(gòu)的尺寸如表1所示。
[0027] 表1結(jié)構(gòu)尺寸 [002引
[0029] 仿真結(jié)果顯示，圖2a和圖2b所示的導(dǎo)線末端基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，具有最大 的導(dǎo)線末端最大AH)區(qū)域204與過(guò)孔上方最大A抑區(qū)域205，其AH)數(shù)值在0.258e+21~0.372e +21的范圍內(nèi)。過(guò)孔上方區(qū)域206的AFD數(shù)值在0.130e+21~0.177e+21的范圍內(nèi)。對(duì)于圖3所 示的過(guò)孔上方區(qū)域設(shè)置有側(cè)面冗余金屬和末端冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)的末端最大AFD區(qū)域 304、導(dǎo)線側(cè)面冗余處的最大A抑區(qū)域305，A抑最大的數(shù)值在0.258e+21~0.372e+21范圍。過(guò) 孔與導(dǎo)線連接區(qū)域301的AFD數(shù)值在0.130e+21~0.177e+21的范圍內(nèi)。
[0030] 因此圖2a和圖化所示的導(dǎo)線末端基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)的過(guò)孔上方最大A抑區(qū) 域205的AFD仍然較大，容易在過(guò)孔上方處形成空桐。而圖3所示的過(guò)孔上方區(qū)域設(shè)置有側(cè)面 冗余金屬和末端冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)的側(cè)面冗余金屬中兩個(gè)最大的AFD區(qū)域都被移到了冗 余金屬處，不易對(duì)過(guò)孔上方區(qū)域造成影響。整個(gè)過(guò)孔上方區(qū)域301都保持較小的AFD，電遷移 抗性較強(qiáng)，不易形成空桐。冗余金屬處沒(méi)有電流通過(guò)，即使形成空桐也不會(huì)對(duì)過(guò)孔結(jié)構(gòu)的導(dǎo) 電性產(chǎn)生影響。進(jìn)一步增加陰極過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電遷移抗性。
[0031] 鑒于W上的試驗(yàn)結(jié)果，參見圖3所示，本實(shí)施例提供的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié) 構(gòu)，包括過(guò)孔和導(dǎo)線，過(guò)孔與導(dǎo)線連接處（圖3中過(guò)孔的上方區(qū)域)的側(cè)面和末端分別設(shè)置有 側(cè)面冗余金屬和末端冗余金屬。導(dǎo)線包括與過(guò)孔連接的高層導(dǎo)線和低層導(dǎo)線。
[0032] 優(yōu)選地，過(guò)孔高度與側(cè)面冗余長(zhǎng)度之比為10:1~7:1，導(dǎo)線寬度與末端冗余長(zhǎng)度之 比為3:1~5:1。當(dāng)過(guò)孔結(jié)構(gòu)滿足上述比值范圍時(shí)，電遷移抗性最強(qiáng)，不會(huì)在導(dǎo)線或者過(guò)孔上 形成空桐，能夠完全克服過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電遷移特性。側(cè)面冗余金屬和末端冗余金屬的長(zhǎng)度均 為0.05~0.09皿;側(cè)面冗余金屬的寬度為0.26~0.30WI1。本實(shí)施例中，側(cè)面冗余金屬和末端 冗余金屬的長(zhǎng)度均為0.07皿，側(cè)面冗余金屬的寬度為0.28皿;導(dǎo)線的寬度為0.2祉m、厚度為 0.35皿;過(guò)孔的邊長(zhǎng)為0.2祉m、高度為0.6祉m。
[0033] 本發(fā)明還提供了一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電遷移修正方法，其技術(shù)方案 是:在過(guò)孔與導(dǎo)線連接處的側(cè)面和末端增加冗余金屬來(lái)提高陰極過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電遷移抗性， 從而修正過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電遷移性能。
[0034] 本實(shí)施例的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)無(wú)需增加導(dǎo)線的線寬，只需增加小塊冗 余金屬，相對(duì)于傳統(tǒng)修正方法能避免占用過(guò)多布線資源。雖然僅僅是小小的改動(dòng)，但大大地 提高了忍片的集成度。能夠突破傳統(tǒng)末端冗余金屬的限制，在末端冗余達(dá)到關(guān)鍵長(zhǎng)度后能 進(jìn)一步減小電遷移影響，提高互連線壽命。在電流不會(huì)流經(jīng)的區(qū)域增加了較小的冗余金屬， 不會(huì)對(duì)時(shí)序造成過(guò)大影響。還具有制備工藝簡(jiǎn)單、制備成本低廉和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0035] 最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，W上實(shí)施例僅用W說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，可W對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí) 質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，包括過(guò)孔和導(dǎo)線，其特征在于:所述過(guò)孔與所述導(dǎo)線 連接處的側(cè)面和末端分別設(shè)置有側(cè)面冗余金屬和末端冗余金屬。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)線包括與 所述過(guò)孔連接的高層導(dǎo)線和低層導(dǎo)線。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述側(cè)面冗余金 屬和所述末端冗余金屬的長(zhǎng)度均為〇. 05~0.09μηι;所述側(cè)面冗余金屬的寬度為0.26~0.30 μηι〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述側(cè)面冗余金 屬和所述末端冗余金屬的長(zhǎng)度均為〇.〇7μηι，所述側(cè)面冗余金屬的寬度為0.28μηι ;所述導(dǎo)線 的寬度為〇. 28μηι、厚度為0.35μηι;所述過(guò)孔的邊長(zhǎng)為0.28μηι、高度為0.68μηι。5. -種基于冗余金屬的過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電迀移修正方法，其特征在于:在過(guò)孔與導(dǎo)線連接 處的側(cè)面和末端增加冗余金屬來(lái)提高陰極過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電迀移抗性，從而修正過(guò)孔結(jié)構(gòu)的電 迀移性能。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK105845664SQ201610341770
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】陳曉明, 耿保林, 李松松, 張建偉
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)