具有提高的對劃片區中切片誘導的裂紋和脫層的抵抗力的對準標記的製作方法
2023-12-08 17:27:21
專利名稱：具有提高的對劃片區中切片誘導的裂紋和脫層的抵抗力的對準標記的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在切片期間防止裂紋擴展的結構。更具體地說，涉及抵抗在半導體晶片上的切片誘導的裂紋和脫層。再具體地說，涉及在半導體晶片上嵌入對準特徵(feature)內的構圖的結構，其降低或防止通過在切割期間的切片刃對集成電路的損傷。
背景技術：
由切片引起的脫層裂紋可從邊緣到有源區向內在整個集成電路晶片中擴展。這些裂紋可引起電學開路或短路，並最終引起半導體晶片的失效。脫層典型地允許水汽和其它雜質深入半導體晶片中。典型地，由切片誘導的脫層部分歸因於受到切片刃的外力的材料的附著力降低或機械強度降低。
脫層或裂紋通常始於在切片操作期間管芯的邊緣處，並朝向管芯的中心擴展。如果脫層或裂紋到達電互連，在管芯內的引起脫層或裂紋擴展的力作用於電互連，導致電互連在其薄弱點撕裂開。
工業中已採用了各種技術以防止或控制脫層或裂紋。常規地，已將裂紋停止物(crack stop)置於管芯中或管芯的邊緣處，以防止脫層和裂紋在有源管芯區域內擴展。然而，很少在承受切片刃的對準結構處進行控制裂紋擴展或脫層的努力。對準結構通常位於晶片的劃片區中，該劃片區一般限定為在有源管芯之間的區域。通過進行更堅固的對準結構設計，在劃片區中可以顯著減少由切片引起的缺陷，從而使向有源管芯區域擴展的裂紋和脫層最少。
為解決切片期間裂紋擴展和脫層的問題，已實施了多種現有技術；然而，如下所述，未對對準結構本身應用這些技術。
在2002年6月4日授權給Umematsu等人的名稱為「MULTI-LAYERWIRING SUBSTRATE」的美國專利No.6,399,897中，在主襯底上層疊多層絕緣膜。這些絕緣膜具有形成在布線區上的布線圖形，以及形成在外圍區上的虛布線圖形。該結構為多晶片模塊(MCM)封裝而設計。層疊的膜在金屬級處，且虛填充物與大的膜疊層相關。重要的是，布線圖形設計在整個襯底周圍，並且不是對準結構的一部分。比較而言，本發明利用在引導切片刃的對準結構的內部的層疊過孔。層疊過孔與位於對準結構周圍和內部的在金屬級處的小金屬襯墊相關。
在2000年12月19日授權給Seshan等人的名稱為「ENERGY-ABSORBING STABLE GUARD」的美國專利No.6,163,065中，將保護環設計在有源管芯區域內。該保護環在集成電路晶片的拐角處具有Z字形部分，以吸收由脫層、薄膜裂紋和其它類型的機械和化學損傷引起的能量。與Seshan的設計不同，本發明加強了在劃片區中的對準結構，以直接抑制切片刃的力。此外，本發明的層疊過孔填充物與分布在對準結構中心區的多個單獨的過孔填充物部件一起使用。
在2003年2月18日授權給West等人的名稱為「SCRIBE STREETSEALS IN SEMICONDUCTOR DEVICES AND METHOD OFFABRICATION」的美國專利No.6,521,975中，在密封區內的兩組基本上平行的結構在各切片線的相反側沿晶片的邊緣延伸。重要的是，West的平行結構在切片通道(lane)外部，並且不用作切片刃的對準特徵。此外，本發明包括結構的相互靠近的多個層，以提供冗餘保護，抵抗在對準結構中的擴展裂紋或脫層。
發明內容
考慮到現有技術的問題和不足，由此本發明的一個目的是提供一種防止對半導體晶片的切片損傷的裝置。
本發明的另一個目的是提供一種裝置，用於抑制脫層和裂紋擴展的半導體晶片中的堅固對準結構。
本發明的又一個目的是在半導體晶片的劃片區內的切片損傷，並同時增大晶片間隔。
本發明的再一個目的是提供一種裝置，用於在對準特徵上提供冗餘對準結構保護系統，以禁止或阻止在切片期間的脫層和裂紋擴展。
通過說明書，本發明的其它目的和優點將部分明顯和部分顯而易見。
在本發明中實現了對本領域技術人員顯而易見的上述和其它目的，本發明旨在一種對準標記，用於抵抗在晶片處理期間在半導體晶片上的切片誘導的裂紋和脫層，其包括十字形結構，其以引導切片刃的所述對準標記為中心；以及多個具有形狀的連接部件，其具有至少兩種不同尺寸，所述連接部件以交替的圖形設置在所述對準標記外周周圍，以使表面區域暴露最大，所述連接部件穿過所述晶片的每層被製造和互連。所述對準標記還包括製造在所述連接部件內的多個過孔條結構，所述過孔條結構穿過所述晶片的每層被互連。所述對準標記還可包括製造在所述十字形結構內的多個過孔條結構，所述過孔條結構穿過所述晶片的每層被互連。所述過孔條結構還形成平行於所述對準標記邊緣的S形圖形，所述S形圖形具有相互近似垂直的相鄰過孔條結構部件。所述過孔條結構可以被間隔為最小設計規則間隔尺寸的約2.5倍。所述對準標記還可以包括形成在所述連接部件與所述十字形結構之間的區域內的多個垂直結構，所述垂直結構穿過所述晶片的每層被互連。
在第二方面，本發明旨在一種對準標記，用於抵抗在晶片處理期間在半導體晶片上的切片誘導的裂紋和脫層，其包括十字形結構，其以引導切片刃的所述對準標記為中心；多個具有形狀的連接部件，其具有至少兩個不同尺寸，所述連接部件以交替的圖形設置在所述對準標記外周周圍，以使表面區域暴露最大，所述連接部件穿過所述晶片的每層被製造和互連；拐角部件，其穿過所述晶片的每層被製造和互連，所述拐角部件設置在所述對準標記的每個拐角上；以及多個垂直結構，其形成在所述連接部件與所述十字形結構之間的區域內，所述垂直結構穿過所述晶片的每層被互連。
相信本發明的特徵是新穎的，且本發明的基本特徵在所附權利要求中具體闡述。附圖僅僅為了示例的目的，且未按比例繪製。然而，關於組織和操作方法，通過參考下面結合附圖給出的詳細說明，本發明自身可以得到最好的理解。
圖1示出了具有用於切片刃的十字形結構和在外周周圍的獨立表面結構的現有技術對準標記的示意圖。
圖2示出了穿過圖1的對準標記的切片刃切口。
圖3示出了本發明的對準標記特徵的示意圖。
圖4示出了用於拐角部分和直邊部分的與矩形部件結合的過孔條結構。
圖5示出了保護的第三級，包括在十字形結構和矩形部件之間以陣列方式對準的許多部件，其中具有過孔結構。
具體實施例方式
在說明本發明的優選實施例時，在此將參考附圖的圖1-5，其中相同的標號表示本發明的相同部件。
沿晶片邊緣的有限寬度的層疊過孔填充物可以防止晶片發生將在切片期間最終發生的裂紋和脫層。優選地，層疊過孔填充物從晶片底部連接到最頂部的氧化物層，且為電活性的或虛的過孔，但仍然獲得保護它們周圍的薄弱電介質的堅固結構。
圖1示出了具有用於切片刃對準的十字形結構12和在外周周圍的獨立表面結構14的現有技術對準標記10的示意圖。對準標記10典型地寬度為約70微米，其中外周周圍的獨立表面結構14的寬度為約2.5微米。表面結構14被它們之間的間隙16分隔開。表面結構14不連接到下伏(underlying)的級。它們也不包括多個多層的過孔條結構。它們都具有相同的尺寸和形狀，且被設計為未將其它表面區域暴露至擴展的裂紋。
圖2示出了現有技術的穿過對準標記22的切片刃切口20。示出切片刃切口20，在對準標記22處產生疊層點24。疊層24示出為從切口20向外延伸。
通常，十字形對準標記存在於管芯區域的每個拐角處。對準標記位於劃片區中，並用於確認切片對準。重要的是，對準標記增加了對在切片刃穿過對準特徵的位置處在切片操作期間的脫層和裂紋的抵抗力。對準標記的尺寸通常按比例正比於劃片區寬度的尺寸。
在本發明中，在與切片鋸刃路徑的可能最近點處將連接結構添加到半導體晶片。在用於引導切片刃的對準標記處形成該連接結構。優選地，該連接結構由層疊的過孔填充物製成。當緊密間隔以填充晶片邊緣時，這些層疊的過孔填充物提供機械強度，以防止晶片裂紋擴展，加強劃片區，並增大對脫層的抵抗力。
引入三種基本部件，以使對準標記特徵相對切片導致的失效更堅固。圖3示出了本發明的對準標記特徵30的示意圖。與現有技術類似，對準標記30包括十字形結構32。然而，在本發明中，十字形結構利用多個過孔條結構而被加強。該過孔條結構優選為S形圖形形狀，且在整個十字形結構32內被冗餘地採用。該第一部件對於對準和對準確認工藝仍很重要，但在切片後，由於其寬度通常小於切片刃，因此該第一部件不再重要。在十字形結構32內的過孔條有助於減輕裂紋擴展和脫層。該十字形結構32和伴隨的過孔條在每個掩模級重複，且通常由用於晶片的特定金屬製成。
有助於使標記對裂紋和脫層更堅固的對準標記30中的第二部件是多個金屬結構34，其優選為矩形，在對準標記的外周周圍對準。金屬結構34環繞對準標記。由於刃穿過對準標記中的十字形結構32橫過其路徑，一些金屬結構34通過切片刃被切割。在優選實施例中，部件金屬結構34包括至少兩種交替的矩形尺寸34a和34b，但可以以與圖3所示的矩形形狀相同的方式成功地採用其它形狀。也示出了拐角部分34c。該拐角部分可以是分隔的且獨特的部件或是其它矩形結構的結合。通過採用較小和較大的矩形的交替形狀，使更大的表面區域暴露到由切片工藝誘導的x和y方向上的擴展的裂紋。雖然優選矩形，但任何可以增大暴露到由切片刃引起的擴展裂紋的垂直表面區域的形狀組的部件都將有助於更堅固的保護結構。
通過特定對準的過孔條結構，在整個晶片內的矩形部件34的每個金屬級沿z軸從晶片底部垂直連接到晶片頂部。圖4A和4B示出了構成拐角部分和直邊部分的與矩形部件34相關的拐角段(piece)42和連接段44。在各部件內部是多個過孔條結構，優選為S形，並在整個矩形部件34內冗餘地採用。在拐角部分42中，S形過孔條結構46緊貼部件的外側邊緣50。優選地，相鄰的過孔條結構以最小設計規則間隔尺寸的約2.5倍被間隔。例如，如果基本規則(ground rule)是0.1微米，則過孔條結構被設置為以約0.25微米間隔。在圖4A所示的示例中，拐角部分42約為5微米寬和13.5微米長。因此，在5微米寬度內可以使多達20個S形的平行過孔條結構對準間隔0.25微米。各過孔條結構提供抵抗擴展裂紋和脫層的防護線。該冗餘幫助降低擴展。如果一個過孔條結構在擴展裂紋的力作用下斷裂，則下一鄰近的過孔條結構直接在後面以減輕該破壞性的擴展力。
圖4B示出了連接段部件44的過孔條結構52。優選地，以與分布在拐角過孔條結構42中的類似的方式，平行S形過孔條52分布在連接段部件44中。可以以不同的尺寸，例如4.0×5.0微米、4.0×6.0微米、5.0×5.0微米或5.0×6.0微米等採用該連接段部件44。本發明不限於特定的矩形尺寸，也被設計為不限於僅僅兩種不同類型的矩形部件。可以利用許多不同矩形尺寸的部件，只要它們位於沿z軸顯示的多個表面外周周圍，以使暴露到擴展裂紋的表面區域最大。
通過利用在從晶片底部到頂部的各級處製造的堅固的互連結構來填充對準標記下方的可用區域，切片刃路徑在接觸的可能最近點處遇到阻止裂紋擴展和脫層的機械結構。
第三級保護通過圖3中所示的部件36示出。部件36代表通過過孔結構沿z軸上下連接的多個方形金屬級有形狀的結構。部件36填充十字形結構與金屬結構34之間的區域。可以將它們的尺寸增大為設計規則允許的水平。這些部件還代表抵抗擴展裂紋和脫層的機械保護。它們可以行和列的方式在被十字形結構32分隔的對準標記的每個象限內陣列排列。部件36也可以在整個填充圖形中交錯設置，以具有偏移行的列形式排列，以形成較斜(diagonal)的排列。不排除其它圖形，只要部件36在十字形結構32與金屬結構34之間分布填充。圖5示出了其中以具有過孔結構60的陣列方式對準的許多部件36。
本發明闡述了用於半導體處理以幫助阻止由切片刃的切割引起的裂紋和脫層的擴展的堅固的對準標記。採用了三級保護。首先，採用十字形結構，其典型地用作對準切片刃的線位置。其次，多個矩形部件位於對準標記的外周周圍。這些矩形部件分布有過孔條結構，該過孔條結構在晶片的每級均互連，並在每個部件內以S形方式分布，以將更大的過孔條結構表面區域暴露到擴展裂紋。該過孔條結構以許多相鄰的行平行於對準標記邊緣的方式分布，以增加機械強度的冗餘級，以禁止裂紋擴展。矩形部件還優選具有不同的尺寸，以沿z軸將更大表面區域暴露到擴展裂紋。第三，多個方形金屬級結構分布在十字形結構與沿外周設置的矩形部件之間的區域中。該方形金屬級結構以陣列方式對準，並具有與晶片中各下伏級的過孔連接，從而它們形成裂紋擴展的另一阻擋層。
雖然結合具體優選實施例具體說明了本發明，但根據上述說明很明顯，對於本領域技術人員，許多替換、修改和變化將是顯而易見的。因此，所附權利要求預期將包含落入本發明的真正範圍和精神內的任何這些替換、修改和變化。
權利要求
1.一種對準標記，用於抵抗在晶片處理期間在半導體晶片上的切片誘導的裂紋和脫層，其包括十字形結構，其以引導切片刃的所述對準標記為中心；以及多個具有形狀的連接部件，其具有至少兩種不同尺寸，所述連接部件以交替的圖形設置在所述對準標記外周周圍，以使表面區域暴露最大，所述連接部件穿過所述晶片的每層被製造和互連。
2.根據權利要求1的對準標記，還包括製造在所述連接部件內的多個過孔條結構，所述過孔條結構穿過所述晶片的每層被互連。
3.根據權利要求1的對準標記，還包括製造在所述十字形結構內的多個過孔條結構，所述過孔條結構穿過所述晶片的每層被互連。
4.根據權利要求2的對準標記，其中所述過孔條結構形成平行於所述對準標記邊緣的S形圖形，所述S形圖形具有相互近似垂直的相鄰過孔條結構部件。
5.根據權利要求3的對準標記，其中所述過孔條結構形成平行於所述對準標記邊緣的S形圖形，所述S形圖形具有相互近似垂直的相鄰過孔條結構部件。
6.根據權利要求2的對準標記，其中所述過孔條結構被間隔為最小設計規則間隔尺寸的約2.5倍。
7.根據權利要求3的對準標記，其中所述過孔條結構被間隔為最小設計規則間隔尺寸的約2.5倍。
8.根據權利要求1的對準標記，其中所述連接部件包括不同的矩形尺寸。
9.根據權利要求1的對準標記，還包括拐角部件，其穿過所述晶片的每層被製造和互連，所述拐角部件設置在所述對準標記的每個拐角上。
10.根據權利要求9的對準標記，其中所述拐角部件還包括製造在所述拐角部件內的多個過孔條結構，所述過孔條結構穿過所述晶片的每層被互連。
11.根據權利要求1的對準標記，包括形成在所述連接部件與所述十字形結構之間的區域內的多個垂直結構，所述垂直結構穿過所述晶片的每層被互連。
12.根據權利要求11的對準標記，其中所述垂直結構以具有行和列圖形的陣列方式對準。
13.根據權利要求11的對準標記，其中所述垂直結構以具有偏移的列或偏移的行的交錯陣列方式對準。
14.根據權利要求11的對準標記，其中所述垂直結構包括方形金屬級結構。
15.一種對準標記，用於抵抗在晶片處理期間在半導體晶片上的切片誘導的裂紋和脫層，其包括十字形結構，其以引導切片刃的所述對準標記為中心；多個具有形狀的連接部件，其具有至少兩個不同尺寸，所述連接部件以交替的圖形設置在所述對準標記外周周圍，以使表面區域暴露最大，所述連接部件穿過所述晶片的每層被製造和互連；拐角部件，其穿過所述晶片的每層被製造和互連，所述拐角部件設置在所述對準標記的每個拐角上；以及多個垂直結構，其形成在所述連接部件與所述十字形結構之間的區域內，所述垂直結構穿過所述晶片的每層被互連。
16.根據權利要求15的對準標記，還包括製造在所述連接部件和所述拐角部件內的多個過孔條結構，所述過孔條結構穿過所述晶片的每層被互連。
17.根據權利要求15的對準標記，還包括製造在所述十字形結構和所述拐角部件內的多個過孔條結構，所述過孔條結構穿過所述晶片的每層被互連。
18.根據權利要求16的對準標記，其中所述過孔條結構形成平行於所述對準標記邊緣的S形圖形，所述S形圖形具有相互近似垂直的相鄰過孔條結構部件。
19.根據權利要求15的對準標記，其中所述垂直結構以具有行和列圖形的陣列方式或具有偏移的行或偏移的列的交錯陣列方式對準。
20.根據權利要求15的對準標記，其中所述垂直結構包括方形金屬級結構。
全文摘要
一種用於半導體處理以幫助阻止由切片刃的切割引起的裂紋擴展和脫層的堅固的對準標記。十字形結構用作對準切片刃的線位置。多個矩形部件位於對準標記的外周周圍，並分布有過孔條結構，該過孔條結構在晶片的每級均互連，並在每個部件內以S形方式分布，以將更大的過孔條結構表面區域暴露到擴展裂紋。矩形部件由不同的尺寸形成，以將更大的表面區域暴露到擴展裂紋。多個方形金屬級結構形成在十字形結構與沿外周設置的矩形部件之間的區域中。
文檔編號H01L23/544GK1967837SQ200610147080
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月14日 優先權日2005年11月16日
發明者C·D·馬奇, M·萊恩, R·J·耶頓 申請人:國際商業機器公司