[发明专利]与化合物半导体的铜互连相关的改善的结构、装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月24日提交的名称为为"DEVICES AND METHODOLOGIES RELATED TO COPPER INTERCONNECTS FOR COMPOUND SEMICONDUCTORS"的美国临时申请No.61/602,886的优先权，其全部内容明确地通过引用并入于此。

技术领域

本公开总体上涉及与化合物半导体的铜互连相关的装置和方法。

背景技术

化合物半导体装置采用诸如金的金属来形成诸如总线的互连线。这些互连通常涉及金属1、金属2和金属3。金属1或M1典型地是指金属互连的第一层，其例如接触欧姆金属以及与集成电路相关的其它有源和/或无源元件(例如，电阻器、电容器和电感器)。金属2或M2典型地是指连接到M1的层。金属3或M3典型地是指例如装置中的散热器，比如功率放大器。

金因其诸如低电阻系数、化学惰性和理想的引线接合特性等特性而被选为用于前述某些或全部应用。然而，金的价格相对较高，因此增加了化合物半导体的相关制造成本。

发明内容

在某些实施方式中，本公开涉及化合物半导体装置的金属化结构。该结构包括设置在与化合物半导体装置相关的基板之上的第一钛(Ti)层。该结构还包括设置在第一Ti层之上的第一阻挡层。该结构还包括设置在第一阻挡层之上的第二Ti层。该结构还包括设置在第二Ti层之上的铜(Cu)层，其中第二Ti层构造为抑制Cu层和阻挡层的合金化。

在某些实施例中，第一Ti层、第一阻挡层和第二Ti层可构造为在Cu层和形成在基板上的欧姆金属层之间产生势垒。在某些实施例中，第一阻挡层可包括铂(Pt)、钯(Pd)或镍(Ni)。

在某些实施例中，该结构还可包括设置在Cu层之上的第三Ti层和设置在第三Ti层之上的第二阻挡层。第二阻挡层可包括铂(Pt)、钯(Pd)或镍(Ni)。在某些实施例中，第一阻挡层可与第一Ti层直接接触，第二Ti层可与第一阻挡层直接接触，Cu层可与第二Ti层直接接触，第三Ti层可与Cu层直接接触，并且第二阻挡层可与第三Ti层直接接触。在某些实施例中，第一阻挡层和第二Ti层的厚度可选择为在Cu层和欧姆金属层之间提供足够的势垒功能性，该欧姆金属层设置在第一Ti层和基板之间。第一Ti层的厚度可足以用作粘合层。作为示例，第一Ti层的厚度可为约1,000埃，第一Pt层的厚度可为约500埃，并且第二Ti层的厚度可为约1,000埃。

在某些实施例中，Cu层的厚度可选择为产生类似于由该Cu层取代的金层的电阻值。作为示例，Cu层的厚度可为约25,000埃。

在某些实施例中，该结构还可包括设置在第二阻挡层之上的金(Au)层。第三Ti层和第二阻挡层的厚度可选择为在Cu层和Au层之间提供足够的钝化功能性。作为示例，第三Ti层的厚度可为约500埃，并且第二阻挡层可包括厚度为约500埃的铂(Pt)层。

在某些实施例中，该结构还可包括设置在Au层之上的第四Ti层。作为示例，Au层的厚度可为约1,200埃，并且第四Ti层的厚度可为约90埃。在某些实施例中，第一Ti层、第一阻挡层、第二Ti层、Cu层、第三Ti层、第二阻挡层、Au层和第四Ti层中的每一层可通过蒸发形成。

根据大量的实施方式，本公开涉及形成化合物半导体装置的金属化结构的方法。该方法包括在与化合物半导体装置相关的基板之上形成第一钛(Ti)层。该方法还包括在第一Ti层之上形成第一阻挡层。该方法还包括在第一阻挡层之上形成第二Ti层。该方法还包括在第二Ti层之上形成铜(Cu)层。

在某些实施例中，该方法还可包括在Cu层之上形成第三Ti层，并且在第三Ti层之上形成第二阻挡层。在某些实施例中，该方法还可包括在第二Pt层之上形成金(Au)层。在某些实施例中，该方法还可包括在Au层之上形成第四Ti层。

在某些实施例中，第一Ti层、第一阻挡层、第二Ti层、Cu层、第三Ti层、第二阻挡层、Au层和第四Ti层中的每一层可通过蒸发形成。在某些实施例中，第一阻挡层和第二阻挡层中的每一层可包括铂(Pt)、钯(Pd)或镍(Ni)。

根据大量实施方式，本公开涉及化合物半导体芯片，其包括形成在化合物半导体基板上的半导体装置。该芯片还包括半导体装置的互连金属化堆叠。金属化堆叠包括设置在与半导体装置相关的基板之上的第一钛(Ti)层、设置在第一Ti层之上的第一阻挡层、设置在第一阻挡层之上的第二Ti层以及设置在第二Ti层之上的铜(Cu)层。