(57)【要約】【課題】電力バス相互接続構造がアルミニウム・パッドまたはコンタクト層内に形成された集積回路デバイス構造、およびこの構造を製造する方法を提供すること。【解決手段】相互接続の下層レベルを相互接続する相互接続構造をアルミニウム・パッド層内に形成することができる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンド・パッド・レベルおよび１つまたは複数の下層の相互接続レベルを含み半導体基板上に形成された多段メタライゼーション相互接続システムを含む集積回路デバイスであって、前記ボンド・パッド・レベルが、
デバイスの外部に接続するようにそれぞれ構成された複数のコンタクト・パッドと、
前記複数のコンタクト・パッドのうちの１つまたは複数のパッドから、前記１つまたは複数の下層の相互接続レベルに電力を伝えるように構成された相互接続とを含む、集積回路デバイス。
【請求項２】
前記１つまたは複数の相互接続レベルの材料が銅を含む、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項３】
前記ボンド・パッド・レベルの材料がアルミニウムを含む、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項４】
前記複数のコンタクト・パッドが、複数のコンタクト・パッドのうちの１つまたは複数のパッドに取り付けられたボンド線によってデバイスの外部に接続するように構成される、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項５】
前記複数のコンタクト・パッドが、複数のコンタクト・パッドのうちの１つまたは複数のパッドに取り付けられたはんだバンプによってデバイスの外部に接続するように構成される、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項６】
前記１つまたは複数の相互接続レベルの材料が銅を含み、前記ボンド・パッド・レベルの材料がアルミニウムを含み、さらに銅とアルミニウムの間の物理的接触領域内にバリア材料を含む、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項７】
前記相互接続の下にあり、かつ１つまたは複数のパッドから、１つまたは複数の下層の相互接続レベルに電力を伝えるために前記相互接続と電気的に連絡する１つまたは複数のバイアをさらに含む、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項８】
前記１つまたは複数の相互接続レベルが、上層および下層の導電性ランナを相互接続する実質上水平な導電性ランナおよび実質上垂直な導電性バイアをさらに含む、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項９】
前記実質上水平な導電性ランナおよび実質上垂直な導電性バイアの材料が銅を含む、請求項８に記載の集積回路デバイス。
【請求項１０】
前記ボンド・パッド・レベルと前記ボンド・パッド・レベルの下にある前記１つまたは複数の相互接続レベルの間に配設されたパッシベーション層をさらに含む、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項１１】
前記ボンド・パッド・レベルの上にあるパッシベーション層をさらに含む、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項１２】
ボンド・パッド・レベルおよび１つまたは複数の下層の相互接続レベルを含み半導体基板上に形成された多段メタライゼーション相互接続システムを含む集積回路デバイスであって、前記ボンド・パッド・レベルが、
デバイスの外部に接続するようにそれぞれ構成された複数のコンタクト・パッドと、
１つまたは複数の下層の相互接続レベルを、前記１つまたは複数の相互接続の下層のレベルのうちの別のレベルに接続するように構成された相互接続構造とを含む、集積回路デバイス。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の相互接続レベルの材料が銅を含む、請求項１２に記載の集積回路デバイス。
【請求項１４】
前記ボンド・パッド・レベルの材料がアルミニウムを含む、請求項１２に記載の集積回路デバイス。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の相互接続レベルが、上層および下層の導電性ランナを相互接続する実質上水平な導電性ランナおよび実質上垂直な導電性バイアをさらに含む、請求項１２の集積回路デバイス。
【請求項１６】
前記実質上水平な導電性ランナおよび実質上垂直な導電性バイアの材料が銅を含む、請求項１５に記載の集積回路デバイス。
【請求項１７】
集積回路デバイスの半導体基板の上に相互接続メタライゼーション・システムを形成する方法であって、
前記半導体基板の上に１つまたは複数の相互接続レベルを形成する工程と、
デバイスの外部に接続するようにそれぞれ構成された複数のコンタクト・パッドと、前記複数のコンタクト・パッドのうちの１つまたは複数のパッドから１つまたは複数の下層の相互接続レベルに電力を伝えるように構成された相互接続とを含むボンド・パッド・レベルを前記１つまたは複数の相互接続レベルの上に形成する工程とを含む方法。
【請求項１８】
ボンド・パッド・レベルを形成する前記工程が、
前記１つまたは複数の相互接続レベルの上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層内に開口を形成する工程と、
前記誘電体層の上に導電性ブランケット層を形成する工程と、
前記ブランケット層から前記複数のコンタクト・パッドおよび前記相互接続を形成する工程であって、前記コンタクト・パッドが前記開口内に形成され、前記相互接続が誘電体層の上に形成される工程とをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ブランケット層を形成する前記工程に先立って、前記開口内にバリア層を形成する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ボンド・パッド・レベルの上にパッシベーション層を形成する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記１つまたは複数の相互接続レベルの材料が銅を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記ボンド・パッド・レベルの材料がアルミニウムを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数のコンタクト・パッドのうちの１つまたは複数のパッドから１つまたは複数の下層の相互接続レベルに電力を伝えるために、前記ボンド・パッド・レベルの下に複数の導電性バイアを形成して、前記１つまたは複数の相互接続レベルと接続する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
集積回路デバイスの半導体基板の上に相互接続メタライゼーション・システムを形成する方法であって、
前記半導体基板の上に１つまたは複数の相互接続レベルを形成する工程と、
デバイスの外部に接続するようにそれぞれ構成された複数のコンタクト・パッドと、前記１つまたは複数の下層の相互接続レベルのうちの１つのレベルを前記１つまたは複数の下層の相互接続レベルのうちの他のレベルの１つに接続するように構成された相互接続構造とを含むボンド・パッド・レベルを前記１つまたは複数の相互接続レベルの上に形成する工程とを含むプロセス。
【請求項２５】
ボンド・パッド・レベルを形成する前記工程が、
前記１つまたは複数の相互接続層の上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層内に開口を形成する工程と、
前記誘電体層の上に導電性ブランケット層を形成する工程と、
前記ブランケット層から前記複数のコンタクト・パッドおよび前記相互接続構造を形成する工程であって、前記コンタクト・パッドが開口内に形成され、前記相互接続構造が誘電体層の上に形成される工程とをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、銅技術相互接続構造を使用する集積回路デバイス用のアルミニウム・パッド電力バス及び信号ルーティング技術に関する。
本特許出願は、２００３年４月１０日に出願の「銅技術におけるアルミニウム・パッド電力バス（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｐａｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｂｕｓ）」という名称の米国仮特許出願第６０／４６２，５０４号の特典を請求する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（またはチップ）は、通常シリコン基板、および基板内のドープ領域から形成されるトランジスタなどの半導体デバイスを含む。半導体基板の上の平行状の層内に形成された相互接続構造が、デバイス間を電気的に接続して、電気回路を形成する。典型的な集積回路内のデバイスを相互接続するためには、通常いくつかの（例えば６〜９層の）相互接続層（それぞれ「Ｍ」またはメタライゼーション層と呼ばれる）が必要である。最上部の相互接続層は複数のパッドを備え、このパッドはパッケージ構造のピンまたはリードなど外部チップの外部接点にこの集積回路デバイスを相互接続するための導電性エレメント（例えば、ボンド線またははんだボール）用の接続点として働く。
【０００３】
通常の相互接続システムは、複数の実質上垂直な導電性バイアまたはプラグと、実質上水平な導電性相互接続層とを備え、２つの縦に隣接する相互接続層の間には誘電体層が配設されている。上側レベルの導電性バイアは、２つの縦に隣接する相互接続層を相互接続する。第１または最下部のレベル内の導電性バイアは、下層の半導体デバイス領域を上層の相互接続層に相互接続する。通常の金属堆積、フォトリソグラフィ・マスキング、フォトリソグラフィ・パターニング、およびフォトリソグラフィ・エッチング技術を用いることによって、相互接続構造は形成される。
【０００４】
集積回路デバイスおよび相互接続構造が小型化し、デバイスがより高い周波数アナログ信号およびより速いデータ転送速度のデジタル信号を伝達するようになるにつれて、相互接続構造が、信号伝播時間に遅延を加える恐れがあるので不利である。さらに、デバイスおよび付加された機能がますます複雑になるにつれて、より多くの相互接続構造またはレベルが必要となるかもしれない。しかし通常の相互接続メタライゼーション材料、例えばアルミニウムは信号速度を極度に制限する。さらに、特に回路デバイスおよび相互接続構造の数が増加するにつれて、アルミニウム相互接続構造とデバイス・シリコン領域の間の接点抵抗が全回路抵抗の主要な原因となる。最後に、相互接続の線幅が縮小するにつれて、開口またはウィンドウ内に導電材料を堆積させて、高いアスペクト比（すなわち開口深さと開口直径の比率）の導電性バイアを形成することがますます難しくなってきている。
【０００５】
アルミニウム相互接続構造には周知の欠点があることから、銅が最適な相互接続材料となりつつある。銅はアルミニウムより良好な導電体であり（アルミニウムの３．１μΩ・ｃｍと比較して１．７μΩ・ｃｍの抵抗を持つ）、エレクトロマイグレーション（アルミニウム相互接続を介する電流の流れによって生じる電界および温度勾配により、アルミニウム相互接続構造が薄くなり、最終的には分離する恐れがある現象）の影響を受けにくく、より低い温度で堆積させることができ（そのため、あらかじめ形成されたドーパント・プロファイルに対する有害な影響が回避される）、高いアスペクト比の適用分野において使用するのに適する。
【０００６】
ダマシン・プロセスは、集積回路デバイス用の銅相互接続構造を形成する一技術である。通常、銅ダマシン・プロセスは、導電性の垂直なバイア部分と相互接続層またはメタライゼーション層からなる導電性の水平な相互接続部分（金属ランナと呼ばれる）の両方を一体形成する。銅のダマシン構造を形成するためには、誘電体層内にホールまたはウィンドウを形成し、続いて金属ランナ用の上層のトレンチを形成する。後続の金属堆積工程で開口とトレンチの両方を充填して、実質上垂直な導電性バイアおよび実質上水平な導電性ランナを備える完成した金属層を形成する。最後の化学的機械研磨工程により、誘電体層の隣接した表面を基準にして、堆積された金属を平坦化する。
【０００７】
従来技術のデュアル・ダマシン・プロセスの例を、様々な製造段階における図１Ａ〜１Ｃからなる断面図に示す。図１Ａに示すように、下側のレベルの相互接続１２上に、誘電体層１０を堆積または形成する。誘電体層１０上に形成されたフォトレジスト層１６を、通常の技術に従ってパターン形成し、エッチングして、開口１８をその中に形成する。異方性のエッチング・プロセスで、誘電体層１０内に開口１８を貫通してバイアホールまたはウィンドウ２０をエッチングする。フォトレジスト層１６を除去し、フォトレジスト層３０で置き換え（図１Ｂを参照されたい）、次いでフォトレジスト層３０をパターン形成しエッチングして、トレンチ・パターン３２を形成する。異方性のエッチング・プロセスで、トレンチ３４（図面の紙面に対して垂直に延びている）を形成し、同時に下側レベルの相互接続１２の上部表面３６まで開口１８を延ばす。ホールまたはウィンドウ２０は、上部表面３６の上で止まり、下側レベルの相互接続１２を（図１Ｂに示すように）露出させるように形成することができ、また下側レベルの相互接続１２中に部分的に延びるようにオーバ・エッチングすることもできる。
【０００８】
図１Ｃに示すように、ホール２０およびトレンチ３４は、銅などの適切な導電材料４０で同時に充填される。標準的なプロセス技術によれば、最初に銅シード層を堆積させ、続いて銅電気めっきを行ってホール２０およびトレンチ３４を充填する。したがって、材料４０は、導電性トレンチ４２、および下側レベルの相互接続１２に接触する導電性バイア４４を形成する。さらに、材料４０が銅を含む場合、銅の堆積に先立ち、タンタル層および／または窒化タンタル層（または他の高融点材料およびそれらの窒化物）などのバリア層をホール２０およびトレンチ３４内に堆積させる。この１つまたは複数のバリア層は、誘電体層１０の周囲の材料中に銅が拡散することを防ぐ。最後に、堆積後、フィールド領域４８から余分の金属４０を除去するために、当技術分野で周知の化学的機械研磨法（ＣＭＰ）などの技術を使用して、誘電体層１０の表面を平坦化する。
【０００９】
集積回路デバイス用の従来技術のデュアル・ダマシン構造の第２の例を図２Ａ〜２Ｃに示す。図２Ａに示すように、下側レベルの相互接続５８上には、第１のエッチング・ストップ層６０、第１の誘電体層６２、第２のエッチング・ストップ層６４、第２の誘電体層６６、およびエッチング・マスク６８を含む複数の材料層が形成される。エッチング・マスク６８をパターン形成し、エッチングして、開口７０をその中に形成する。エッチング・マスク・パターンを使用して、異方性の第１のエッチング・プロセスで、第２の誘電体層６６内に、第２のエッチング・ストップ層６４を貫通して第１のエッチング・ストップ層６０まで下方へ延びるバイア開口７２を形成する。エッチング剤がエッチング・ストップ層６０に達すると、エッチング・プロセスは終了する。エッチング・マスク６８を除去し、エッチング・マスク７８（図２Ｂを参照されたい）を第２の誘電体層６６上に置き、マスクして、開口７０より横方向に広い開口７９を形成する。第２の異方性のエッチング・プロセスで、第２の誘電体層６６内にトレンチ８０をエッチングする。同時に、エッチング・ストップ層６０を貫通してエッチングすることによって、バイア開口７２は下方へ延びて、下層の下側レベルの相互接続５８と接触する。この技術によれば、第１のエッチング剤は、第２のエッチング剤よりエッチング・ストップ層６０に対する選択性が高い。マスク７８を除去し、トレンチ８０およびバイア開口７２を、適切な導電性金属で同時に充填し（図２Ｃを参照されたい）、導電性ランナ８８、および下側レベルの相互接続５８と接触する導電性バイア９０を形成すると、ダマシン・プロセスが完了する。余分な導電材料を、当技術分野では周知のＣＭＰなどの技術を使用して、第２の誘電体層６６のフィールド領域面９２から除去する。
【００１０】
相互接続構造は、半導体素子の間で信号を伝える他に、アルミニウム製にせよ、または銅製にせよ、電力バス構造を介して様々なデバイス要素に電力を供給するために必要である。ほとんどの集積回路では、電力バスは、垂直な導電性バイアおよび水平な相互接続層を含めて追加の相互接続層として形成される。通常、電力バスは、上側レベルの相互接続構造を形成する。追加の電力バス相互接続層は、マスク工程、マスク層、およびプロセス工程の数を増やし、結局は製造費の増加の原因となるので不利である。さらに、これらの追加のプロセス工程は、処理中に欠陥を生じさせる可能性があるので、デバイスの歩留りを低下させる恐れがある。
【００１１】
電力バスは、信号相互接続構造に比べて、比較的大きな電流を通すので、電力バス相互接続層は、信号相互接続層より一般に幅が広く、厚みがあり、ピッチが大きい。電力バスはまた、ノイズおよび寄生容量の発生源であり、このノイズおよび寄生容量は、すぐ近くのデバイスおよび相互接続構造の性能を破壊する恐れがある。これらの影響を抑えるために、電力バスを他のデバイス構造から分離することができるか、絶縁構造が貴重なデバイス領域を消費してしまう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
集積回路デバイスは、半導体基板層上に形成される多段相互接続メタライゼーション・システムを含む。このメタライゼーション・システムは、ボンド・パッド・レベル、およびボンド・パッド・レベルの下の１つまたは複数の相互接続レベルを含む。ボンド・パッド・レベルは、デバイスの外部に接続するようにそれぞれ構成された複数のコンタクト・パッドと、１つまたは複数のパッドから１つまたは複数の下のレベルの相互接続に電力を伝えるように構成された相互接続とを含む。
以下の詳細な説明を、以下の図と併せ読めば、本発明をより容易に理解することができ、その利点および使用法がより簡単に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
一般の慣例に従って、様々な記載されたデバイス・フィーチャを一定の縮尺で描かずに、本発明に関連する特定のフィーチャを強調するように描く。参照符号は、本図および本文の全体を通して同じ要素を指す。
【００１４】
本発明による特定の集積回路デバイス用のアルミニウム・パッド電力バスまたは信号ルーティング技術を詳細に説明する前に、本発明が主に要素および方法工程の新規かつ非自明な組合せにあることを注目されたい。したがって、この説明の利益を有する当業者には容易に明らかとなるであろう構造上の細部に関する説明が不明確にならないように、これらの要素および工程を、本発明に関係する特定の細部だけを示した図面内で共通の要素および工程によって表した。
【００１５】
製造後、この集積回路は、チップ取り付け領域と、この集積回路を外部構成要素に接続する複数の外部に配設されたパッケージ・リードとを備えるパッケージ構造に取り付ける。パッケージ・リードは、薄く壊れやすい相互接続構造に直接接続することはできないため、アルミニウム・パッド層またはボンド・パッド層と呼ばれるチップの最終または上部のメタライゼーション層は、ボンド・パッドとパッケージ・リードの内部配設されたコンタクトの間に接続された導電性リード線または導電性ワイヤ（通常、金またはその合金から形成される）を介してパッケージ・リードに接続するための複数のボンド・パッドまたはコンタクト・パッドを備える。
【００１６】
このボンド・パッドは、金属バリア層、通常は、窒化タンタル、タンタル、または窒化チタンを堆積させ、続いて集積回路の上部表面にアルミニウム層を堆積させることによって形成する。このアルミニウム層に、通常のマスキング、パターニング、およびエッチング工程を施して、アルミニウム・ボンド・パッドを画定する。一実施形態では、アルミニウム層上に反射防止コーティング層を配設して、フォトリソグラフィ・プロセス中のアルミニウム反射を低減させる。反射防止コーティング層の材料は、窒化チタン、または酸窒化シリコンを含む。このボンド・パッドは、下層の導電性バイアを介して、１つまたは複数の下層の相互接続構造または回路要素に接続される。前記のダマシン・プロセスなどによって銅から相互接続構造を形成するデバイスでは、金線が銅のボンド・パッドには十分に付着しないことが知られているので、ボンド・パッドは通常アルミニウムで形成される。
【００１７】
図３は、パッケージ・リード１０２を備えるデバイス・パッケージ１００を示す。集積回路１０４はダイ接着領域１０６内に取り付けられる。ボンド・パッド１１０は、集積回路１０４の上部表面１１２上に形成され、金線１１４によってパッケージ・リード１０２に接続される。一般に、ボンド・パッド１１０は、それぞれ縦が４０〜８０ミクロン、横が５０〜１５０ミクロンの範囲である。正方形のボンド・パッドが一般的であるが、矩形のボンド・パッドが使用されことも従来技術では周知である。
【００１８】
フリップチップ・ボンディングまたはバンプ・ボンディングと呼ばれる他の周知のパッケージ構造では、図３のボンド線１１４の代わりに、ボンド・パッド１１０上に形成された堆積済みのはんだバンプ１２０を使用する。図４Ａを参照されたい。図４Ｂのパッケージ１２２への接続は、集積回路１０４を裏返し、パッケージ１２２上の対応するパッケージ・リードに接続されている受けパッド１２４にバンプ１２０をはんだ付けすることによって実施される。図４Ｂの例では、パッケージ・リードは、当技術分野で周知のように、ボール・グリッド・アレイの形のボール１２６を備える。
【００１９】
パッケージ・リード１０２を集積回路１０４に、ボンド線１１４によって接続するにせよはんだバンプ１２０によって接続するにせよ、ボンド・パッド１１０をその中に形成するメタライゼーション層は必要である。本発明の教示によれば、アルミニウム・パッド層は、ボンド・パッドまたはコンタクト・パッドと電力バスまたは信号ルーティング相互接続構造の両方を備え、それを介して集積回路デバイスの要素に電力を分配し、また集積回路内に信号を送る。アルミニウム・パッド層はボンド・パッド１１０を形成するために必ず必要なので、本発明によって、製造プロセスに追加のプロセス工程、マスク工程、またはメタライゼーション・レベルが追加されることはない。それとは逆に、１つのメタライゼーション・レベルを削除することができる。本発明は、ボンド・パッド用のアルミニウムの堆積に先立ち、銅相互接続構造の上に通常通りデュアル・パッシベーション・スタックを形成するので、銅技術（すなわち、ダマシン相互接続構造）での使用に特に適している。したがって、第１のデュアル・パッシベーション・スタックは、下層の上側レベルの相互接続構造とアルミニウム・パッド層内に形成される上層の電力バスの間の有効な絶縁誘電体を形成する。
【００２０】
図５は、６段の金属相互接続構造のうち上部のメタライゼーション・レベル５および６だけを示す、集積回路デバイス用の通常の従来技術の相互接続メタライゼーション構造の断面図を示す。この例では、相互接続構造は、銅のデュアル・ダマシン相互接続構造を備える。本発明の教示は、６段または６つの相互接続構造以外の集積回路デバイスにも適用できることが当業者には理解されよう。
【００２１】
デュアル・ダマシン・プロセスによれば、誘電体層１３５、１３６内にそれぞれ前もって形成されたバイア開口およびトレンチ内に、導電性バイア１３０およびレベル５の導電性ランナ１３２、１３４を同時に形成する。導電性バイア１３０およびレベル５の導電性ランナ１３２、１３４は、エッチング・ストップ層１３７によって分離することができ、このエッチング・ストップ層１３７により、通常のデュアル・ダマシン処理に従ってバイア開口およびトレンチを別々に形成することが容易になる。しかし、エッチング・ストップ層１３７はデュアル・ダマシン要素が機能するには必要ではない。導電性バイア１３０は、図５には示さない下層の相互接続構造または回路要素に接続される。誘電体バリア層１４０（典型的な材料は、窒化シリコン、炭化シリコン、またはその組合せを含む）が、誘電体層１３６およびレベル５の導電性ランナ１３２、１３４の露出された上部表面の上にある。誘電体バリア層１４０は、次段の導電性バイアを製作するためのエッチング・ストップとして機能し、導電性ランナ１３２、１３４から誘電体層１３６中への銅の表面拡散を阻止するための拡散バリアとして働く。追加のバリア層１４１が、誘電材料中への横方向の銅拡散を防ぐために、様々な銅フィーチャを取り囲む。
【００２２】
誘電体層１４４内に形成されるレベル６の導電性バイア１４２は、下のレベル５の導電性ランナ１３２、１３４と電気的に接触している。誘電体バリア層１４５は、誘電体バリア層１４０と同じ目的を果たし、誘電体層１４４の上にある。誘電体層１４４の上の酸化物層１４８内には、電力バス１４６が形成される。前記のデュアル・ダマシン・プロセスに従って、前もって形成されたバイア開口およびトレンチ内に、導電性バイア１４２および電力バス１４６が同時に形成される。電力バス１４６に必要な断面領域は、レベル５の導電性ランナ１３２、１３４に比べて大きいことに留意されたい。そうすることが好ましいのは、電力バス１４６が、導電性ランナ１３２、１３４によって運ばれる小さい電流信号より大きい電流を運ぶからである。
【００２３】
窒化シリコン層１５０、酸化物層１５２、および窒化シリコン層１５４を含む第１のパッシベーション・スタック１４９が、電力バス１４６の上に形成される。第１のパッシベーション・スタック１４９は、前記のデュアル・パッシベーション・システムの第１の層を形成する。通常のリソグラフィック・プロセスおよびプラズマ・エッチング・プロセスによって、下層の電力バス１４６の銅を露出させるように、第１のパッシベーション・スタック１４９内に開口を画定する。第１のパッシベーション・スタック１４９内の開口を貫通して露出させた電力バス１４６の領域の上に、例えば、タンタル、窒化チタン、または窒化タンタルを含む導電性バリア層１５５を形成する。導電性バリア層１５５は、電力バス１４６からの銅の混合およびアルミニウム・パッドからのアルミニウムの混合を防ぐ。アルミニウム層（より通常はアルミニウム−銅合金）を、バリア層１５５の上にブランケット堆積した、次いでこのアルミニウム層をマスクし、パターン形成し、エッチングして、開口内にさらに導電性バリア層１５５を貫通して下層の電力バス１４６に接触するアルミニウム・パッド１５６を形成する。
【００２４】
アルミニウム・パッド１５６を形成した後、酸化物層１６０および上層の窒化シリコン層１６１を含む第２のパッシベーション・スタック１５８によって、集積回路デバイスを再度不動態化する。
【００２５】
前記のように、アルミニウム・パッドは、下層の銅相互接続構造と図３のボンド線１１４または図４の金属バンプ１２０の間の接続点として働く。金のボンド線またははんだボールで十分な接着を確保するために、アルミニウム・パッド１５６の上および／または下に、追加の下部ボンド層または下部ボール／バンプ・メタラジ層および／または材料を必要とする場合があることが、当技術分野ではやはり周知である。組立てが完成し、パッケージ化されたチップを動作回路に挿入すると、アルミニウム・パッド１５６は、電力バス１４６を介して集積回路デバイスの要素に電力を伝える。
【００２６】
図５内に示した様々な層の厚さ（縮尺が一定ではない）は、当技術分野において通常のものであり、様々な材料層を形成するための技術もやはり周知のものである。
図５は相互接続構造の一領域だけを示すが、集積回路デバイスの他の場所（図示せず）では、アルミニウム・パッド１５６と同様のアルミニウム・パッドが、パッケージ・リードから下層の構造に信号を伝え、または下層の構造からパッケージ・リードに信号を提供するように、下層の導電性ランナまたは導電性バイアに接続される。
【００２７】
ダマシン相互接続構造の最上の相互接続レベルだけを示す図６から、本発明の教示に従って、集積回路デバイス用の相互接続メタライゼーション構造を形成するためのプロセス工程を示す一連の断面図が始まる。導電性バイア１３０を、誘電体層１３５内に形成し、図６に示されていない下層の相互接続構造または回路要素に接続する。導電性ランナ１３２、１３４を誘電体層１６２内に形成する。一実施形態では、誘電体層１６２は酸化シリコンを含む。図６〜１１に示す様々な誘電体層の材料は、以下の任意の材料、すなわちフルオロケイ酸ガラス（ＦＳＧ）、酸化物、フッ素ドープＴＥＯＳ、（テトラエチルオルトシリケート）、低誘電率材料、および有機ケイ酸ガラス（ＯＳＧ）、ならびに当技術分野で周知の他の適切な材料を含むことができる。同様に、図示し説明してきた様々なバリア層の材料は、炭化シリコン、窒化シリコン、リンドープ酸化物、および当技術分野で周知の他の材料を含むことができる。
【００２８】
図７で示すように、第１のパッシベーション・スタック１４９（窒化シリコン層１５０、酸化物層１５２、および窒化シリコン層１５４を含む）を、導電性ランナ１３２、１３４および誘電体層１６２の上に形成する。開口１６３および１６５を、通常のリソグラフィ技術および誘電エッチング技術によって、第１のパッシベーション・スタック１４９を貫通して画定し形成する。
【００２９】
露出された表面上に導電性バリア層１６６を形成する。通常窒化タンタルを含むバリア層１６６は、下層の材料とその上に形成しようとするアルミニウムの間の接着層として働く。窒化タンタルは、さらにアルミニウム相互接続構造内で発生する周知のエレクトロマイグレーション効果も低減させ、上層のアルミニウムと下層の銅の間の拡散バリアを提供する。
【００３０】
アルミニウム−銅合金層１６８（または、ある実施形態ではアルミニウム−シリコン−銅合金）を、図８に示すようにブランケット堆積して、開口１６３、１６５を充填する。アルミニウム層１６８上で実施されるパターニング、マスキング、およびエッチング工程によって、開口１６３内に、アルミニウム・パッド１７０を形成する。図９を参照されたい。開口１６５内に、ランナ１３４と導電性接触する導電性バイア１７２を形成する。
【００３１】
アルミニウム・パッド１７０を形成するために用いられるのと同じのマスキング、パターニング、およびエッチング工程で、アルミニウム層１６８内に電力バス１７４も形成する。さらに、電力バス１７４を形成する工程時に、アルミニウム−銅合金層１６８内に、信号ルーティング相互接続も形成する。この信号相互接続は、図９内には示されていない基板の他の領域内に配置されるので図９には示さない。
【００３２】
上層のパッシベーション・スタック１８０は、図１０に示すように形成される酸化物層１８２および窒化シリコン層１８４を含む。周知の技術によって、パッシベーション・スタック１８０内に、アルミニウム・パッド１７０にアクセスするための開口を形成する（信号ルーティング相互接続にアクセスするための図１０または１１に示されない他の開口も形成する。）。最終構造に関する図１１を参照されたい。この集積回路デバイスはこのとき、パッケージに取り付け、およびアルミニウム・パッド１７０のパッケージ・リードにワイヤ・ボンディングまたはバンプ・ボンディングする準備ができている。
【００３３】
本発明によって教示されるように、アルミニウム・パッド層内に電力バス１７４を形成することにより、１つのメタライゼーション層（すなわち、本発明の教示を銅ダマシン・プロセスに適用したときの銅の層）および関連するプロセス工程が不要になり、マスクの必要がなくなる。図５の従来技術の実施形態は、メタライゼーション層を含み、すなわち導電性バイア１４２を含むが、図１１に示す本発明による構造にはそれが存在しない。
【００３４】
現在の集積回路は、アルミニウム・パッドを約１ミクロン以上の厚さにして製造する。この厚さは電力電流を伝えるには十分であり、したがって、アルミニウム・パッド層内に電力バス１７４を形成することが可能であり、この製造のプロセス工程に容易に適合する。従来技術によるアルミニウム・パッドをパターン形成するために作製されるマスクを、わずかな追加費用で、電力バス相互接続構造用のパターンを含むように変更することができる。
【００３５】
図１２は、その領域の表面上およびその下のいくつかの相互接続構造を示す、従来技術の集積回路のある領域の例示的な上面図である。アルミニウム・パッド１９０、１９２は、垂直な導電性バイア１９８、２００を介して、下層の（すなわち１つ下のレベルの）メタライゼーション・レベル導電性ランナ１９４、１９６にそれぞれ接続される。導電性ランナ１９４、１９６は、図５における電力バス１４６であってもよい。導電性ランナ１９４、１９６（図５の導電性ランナ１３２、１３４を表わす）より下の相互接続レベル内に配設された導電性ランナ２０４を、導電性バイア２０６を介して導電性ランナ１９６に接続し、さらに導電性バイア２０８を介して追加の下層の相互接続構造および要素に接続する。
【００３６】
図１３は、本発明の教示に従って構成されたデバイスの表面上およびその下のいくつかの相互接続構造を示す、集積回路デバイスのある領域の例示的な上面図である。本発明の教示は、当業者には認識できるように、任意の数の金属相互接続層を有する集積回路デバイス構造に適用することができる。ただし、「ｎ」は最上部のメタライゼーション・レベルを表し、下層のレベルは、ｎｔｈレベル、例えばｎ−１またはｎ−２レベルと表される。
【００３７】
アルミニウム・パッド２２０は、垂直な導電性バイア２２６、２２４を介して、下層のｎ−１レベル導電性ランナ２２２、２２３に接続するための電力バス２２１（メタライゼーション・レベル「ｎ」すなわち最上のレベル内に形成された）の一体部分をなす。アルミニウム・パッド２２０を電源に接続すると、前記のパッケージ・リードを介して、電力バス２２１（図６における電力バス１７４を表わすことができる）は、導電性ランナ２２２、２２３に電力を伝達または分配する。この導電性ランナ２２２、２２３は、集積回路の全体にわたって電力を連続的に分配するように、下層の導電性ランナ（図１３には図示せず）に接続される。電力バス２２１は、ｎ−１メタライゼーション・レベルにのみ接続するように示されているが、これは単に例示のためにすぎず、下部のメタライゼーション・レベルへの接続は、一連の垂直の導電性バイアを介して行うことができる。
【００３８】
引き続き図１３を参照すると、アルミニウム・パッド２２８は、相互接続構造２２９の一体部分をなす。相互接続構造２２９は、垂直の導電性バイア２３２、２３４、２３６を介して、下層のｎ−１レベル導電性ランナ２３０に接続される。ｎ−１レベル導電性ランナ２３０は、さらに導電性バイア２４０を介してｎ−２レベル導電性ランナ２３８に接続される。一例では、アルミニウム・パッド２２８は、パッケージ・リードを介して集積回路の外部の信号を受け取り、アルミニウム・パッド２２８に接続された様々な相互接続構造を介して適切なデバイス要素にその信号を供給することができる。
【００３９】
ｎ−レベル導電性ランナ２４４は、アルミニウム・パッド２４５の一体部分をなし、導電性バイア２４７、２４８に接続され、導電性バイア２４７、２４８は、さらに下層の導電性ランナ２５０（ｎ−ｉレベル内、ただしｉ＝１〜ｎ−１）に接続される。
【００４０】
本発明の第２の実施形態によれば、アルミニウム・パッド層は下層の銅の層に対する相互接続構造を提供する。この相互接続構造はパッドに接続されない。例えば、図１３のデバイス上面図にさらに示すように、導電性ランナ２８０、２８２（例えば、両方ともｎ−１レベル内に配設される）は、導電性バイア２８６、２８８を介して、相互接続構造２８４（アルミニウム・パッド層ｎ内に形成される）に接続される。他の例では、導電性ランナ２５０および導電性ランナ２９２（例えば、両方ともｎ−１レベル内に配設される）は、導電性バイア２９８、２９６を介して、アルミニウム・パッド層（ｎ）内に形成された相互接続構造２９４によって接続される。したがって前記の電力バス相互接続構造を提供することに加えて、アルミニウム・パッド層内に下層の銅層に対する相互接続構造（相互接続構造２７４など）を形成することもできる。その結果、アルミニウム・パッド層を使用して相互接続機能を提供することにより、下層の相互接続層をなくすことができる。
【００４１】
以上、本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者には理解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、その要素の代わりにそれと等価な要素を使用することができる。本発明の範囲にはさらに、本明細書に記載した様々な実施形態からの要素の任意の組合せも含まれる。また、その本質的な範囲から逸脱することなく、変更を行って特定の状態を本発明の教示に適合させることもできる。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示された特定の実施形態のみに限定されず、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】従来技術のデュアル・ダマシン構造を示す共通の平面に沿った断面図である。
【図１Ｂ】従来技術のデュアル・ダマシン構造を示す共通の平面に沿った断面図である。
【図１Ｃ】従来技術のデュアル・ダマシン構造を示す共通の平面に沿った断面図である。
【図２Ａ】従来技術のデュアル・ダマシン構造を示す共通の平面に沿った断面図である。
【図２Ｂ】従来技術のデュアル・ダマシン構造を示す共通の平面に沿った断面図である。
【図２Ｃ】従来技術のデュアル・ダマシン構造を示す共通の平面に沿った断面図である。
【図３】本発明の教示に従って構成された集積回路デバイス用のパッケージの切欠斜視図である。
【図４Ａ】従来技術のフリップチップ集積回路デバイス構造を示す図である。
【図４Ｂ】従来技術のフリップチップ集積回路デバイス構造を示す図である。
【図５】電力バスを備える従来技術の相互接続構造を示す共通の平面に沿った断面図である。
【図６】本発明の教示に従って電力バスを含めて相互接続構造を製造する際の一連の処理工程を示す、共通の平面に沿った断面図である。
【図７】本発明の教示に従って電力バスを含めて相互接続構造を製造する際の一連の処理工程を示す、共通の平面に沿った断面図である。
【図８】本発明の教示に従って電力バスを含めて相互接続構造を製造する際の一連の処理工程を示す、共通の平面に沿った断面図である。
【図９】本発明の教示に従って電力バスを含めて相互接続構造を製造する際の一連の処理工程を示す、共通の平面に沿った断面図である。
【図１０】本発明の教示に従って電力バスを含めて相互接続構造を製造する際の一連の処理工程を示す、共通の平面に沿った断面図である。
【図１１】本発明の教示に従って電力バスを含めて相互接続構造を製造する際の一連の処理工程を示す、共通の平面に沿った断面図である。
【図１２】集積回路デバイス用の従来技術の相互接続構造の上面図である。
【図１３】本発明の教示に従って構成された相互接続構造の上面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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