专利名称：多层裂缝防止环结构与具有此结构的晶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种晶片，特别是涉及一种具有多层裂缝防止环结构的晶片，此多层裂缝防止环结构环绕有源电路区域，并位于有源电路区域与切割道之间，可让此晶片在切割时避免对有源电路区域有所损伤，可大幅提升可靠度。
背景技术：
随着科技日新月异，集成电路(Integrated Circuits，IC)元件已广泛地应用于我们日常生活当中。一般而言，集成电路的生产，主要分为三个阶段硅晶片的制造、集成电路的制作及集成电路的封装(package)等。而以集成电路的封装而言，其首要步骤就是要先进行小片切割(Die Saw)。
在一硅晶片上，通常具有多个相互平行的水平切割道(Scribe line)与多个相互垂直的垂直切割道，用以将多个小片(die)彼此分隔开。当晶片上的元件制作完成后，利用钻石刀具(Diamond Blade)沿着晶片的切割道切割，以得到多个小片。由于晶片上覆盖有多种不同材料层，因此在晶片切割操作期间，位于切割道上的材料层，会因彼此材料性质有所差异，而在切割道上产生龟裂(chipping)或裂痕(peeling)等损伤(damage)。
现有另一种切割技术为使用激光切割(laser grooving)替代钻石刀切割(blade sawing)。然而，此激光切割技术仍具有一些问题。例如，在晶片切割操作期间，晶片上覆盖的材料层若为含有金属的材料层，则金属在激光熔化过程中不易被清除干净，而在晶片上残留一些残骸(debris)，进而造成小片污染。另外，激光切割亦会在切割道的周围形成热影响区(heat effect area)，而此热影响区过大则会影响小片的可靠度(reliability)。而且，一般激光切割设备的价格为钻石刀切割设备的2～3倍，因此会耗费更多的成本。
另外，美国专利第5,530,280号(U.S.Pat.No.5,530,280)内容已揭露一种在元件上制作裂缝防止(crack stop)的结构的方法，如图1所示。在基底100上形成两个有源元件区域(Active Device Region)110与120。而后，介电层(Dielectric Layer)132与134形成于基底100上。介电层132内有接触窗金属层(Metal Contact)112与钨金属环(Tungsten Metal Ring)142与152。而介电层134内有接触窗金属层116、内连接金属层(Interconnect Metal)114、144与154、与分别具有孔洞环145与155的钨金属环146与156。而介电层134上分别形成另一内连接金属层118、148与158。而在内连接金属层148与158之间的区域则是切割道(Scribe line)区域160。
在此专利中所提出，用以防止裂缝而影响有源元件区域110的结构是由钨金属环142、内连接金属层144、钨金属环146与内连接金属层148所构成。而用以防止裂缝而影响有源元件区域120的结构是由钨金属环152、内连接金属层154、钨金属环156与内连接金属层158所构成。此使用不同材料所构成裂缝防止(crack stop)的结构，将因为不同材料之间有不同的应力反应，造成对水平切割道区域160切割时无法迅速而有效地防止裂缝影响有源元件区域的结构。
发明内容
本发明在一实施例中，提出一种多层裂缝防止环结构，此多层裂缝防止环结构可位于小片密封环与切割道之间，或是位于双小片密封环之间而不需占用切割道的空间。
本发明在一选择实施例中，提供一种具有错位的多层裂缝防止环结构，使用本实施例的具有错位的多层裂缝防止环结构。
上述的多层裂缝防止环结构，可有效避免切割道上产生龟裂、脱层或裂痕等损伤。并可使切割出小片较为完整，以大幅提升封装体的可靠度。
为达上述的目的，本发明的一实施例提出一种晶片，具有多个小片形成于其上。小片之间由多个切割道相隔，每个小片之间由上述切割道所环绕。每一小片包括一有源区域、一环绕在上述有源区域的小片密封环(Die SealRing)结构以及一多层裂缝防止环(Crack Stop Ring)结构环绕上述有源区域。而多层裂缝防止环结构由多个具有中空特性的裂缝防止环(Crack Stop Ring)堆栈而成。
在上述实施例的晶片，其中多层裂缝防止环结构位于上述小片密封环结构与切割道之间，或是位于上述小片密封环结构与有源区域之间。
在上述实施例的晶片，其中多层裂缝防止环结构是由多个具有相同材料的裂缝防止环堆栈而成。
在上述实施例的晶片，其中在另一实施例中，多层裂缝防止环结构亦可是由上述裂缝防止环以错位的方式堆栈而成。
在上述实施例的晶片，其中小片密封环结构是由多个金属层与接触窗插塞(VIA)交错堆栈而成，而其中每个金属层与接触窗插塞(VIA)对应一个上述的裂缝防止环(Crack Stop Ring)。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。
图1所绘示为传统在元件上制作裂缝防止(crack stop)的结构的示意图。
图2所绘示为具有多个小片(Die)排列而成的晶片结构示意图。
图3所绘示为本发明实施例的具有错位的多层裂缝防止环结构。
图4所绘示为本发明一优选实施例的具有相同材料的多层裂缝防止环结构。
简单符号说明100基底110、120有源元件区域132、134介电层112、116接触窗金属层142、152、146与156钨金属环114、144、154、118、148与158内连接金属层160切割道200晶片205切割道210小片220有源元件区域230、240小片密封环212多层裂缝防止环结构214贴近切割道边缘310裂缝防止环结构区域
320小片密封环区域305切割道M1～M9金属层VIA1～VIA8接触窗插塞331接触窗350铝金属层360保护层312B、312A与312C裂缝防止环314B、314A与314C孔洞环410裂缝防止环结构区域420小片密封环区域405切割道430基底431连接的接触窗450铝金属层460保护层412B、412A与412C裂缝防止环414A孔洞环具体实施方式
一般在晶片上所形成的元件通常是由多层材料层所构成，而在制作这些元件的过程中，这些材料层亦同样会形成于切割道上。因此，在进行晶片切割时，位于切割道上的材料层，容易因为各个材料层之间的材料性质差异，而在切割道上造成龟裂或裂痕等问题。若是切割具有低介电值/铜(Low-k/Cu)的结构时，裂痕(peeling)与内层(Interlayer)脱层(Delamination)的问题将更严重。而当元件的尺寸越来越小时，相对地切割道的宽度也越来越小，此种因切割而产生裂缝(Crack)穿透进入操作金属或是有源元件区域的问题将越来越严重。因此，此种隐藏的可靠性问题将经常发生。
本发明在一实施例中，提出一种具有相同材料的多层裂缝防止环(CrackStop Ring)结构，此多层裂缝防止环结构可位于小片密封环(Die Seal Ring)与切割道(Scribe line)之间。此小片密封环(Die Seal Ring)环绕在小片(Die)四周，可以视为小片(Die)外围的保护围墙，以防止切割小片时所造成可能的碎裂，而切割道则是位于小片与小片之间，用以切割后分离每个小片，可以视为小片外围的保护围墙外的巷道。
在另外一实施例中，本发明所提出的具有相同材料的多层裂缝防止环结构亦可位于双小片密封环(Dual Die Seal Ring)之间，此可视设计上的需要而定。使用本实施例的具有相同材料的多层裂缝防止环结构，不需占用切割道的空间，另外，在切割(Sawing)可有效避免切割道上产生龟裂(chipping)、脱层(Delamination)或裂痕(peeling)等损伤(damage)。
本发明在一选择实施例中，提供一种具有错位的多层裂缝防止环结构，此裂缝防止环结构可位于小片密封环与切割道之间。在另外一实施例中，亦可位于双小片密封环之间，此可视设计上的需要而定。使用本实施例的具有错位的多层裂缝防止环结构，可有效避免切割道上产生龟裂、脱层或裂痕等损伤。在此与底下的描述中所提出的错位，主要是多层裂缝防止环的堆栈结构中，每层与每层之间，存在着交错的部分，以防止切割时所产生的龟裂，会由其中的一层或是数层撕裂而来，此错位的部分将可避免此情形，以提供更佳的保护，底下将配合图示说明。
本发明在一选择实施例中，可提供一种具有相同材料且具有错位结构的多层裂缝防止环，亦可有效地避免切割时所产生切割道上的龟裂、脱层或裂痕等损伤。
底下将根据本发明的实施例，列举图示说明，然并非限制本发明的范围。
首先，请参照图2，在晶片200中，具有多个小片(Die)排列而成，每个小片之间以切割道205分隔，以便在切割后可形成独立的小片。而在此以小片210说明之，其它的小片亦有相同的结构。在小片210内的有源元件(ActiveCircuit)区域220外围，包括焊接点金属(Pad Metal)，形成小片密封环(Die SealRing)230与240的双小片密封环(Dual Die Seal Ring)结构所环绕，而在小片密封环(Die Seal Ring)230与240的转角区域235则是在切割时应力最大处，一般会以45度角弯曲。当然，在一实施例中亦可选择小片密封环230与240其中之一即可，并不在此限。而本发明实施例的具有相同材料的多层裂缝防止环结构或是具有错位的多层裂缝防止环结构212，可形成于切割道205与双小片密封环230与240之间，而贴近切割道边缘(Scribe Line Edge)214。
底下将详细介绍此小片密封环(Die Seal Ring)结构与本发明实施例的多层裂缝防止环结构的详细图标，请参照图3与图4说明。
图3是说明本发明实施例的具有错位的多层裂缝防止环结构，此裂缝防止环结构区域310例如位于小片密封环区域320与切割道305之间。此具有错位的多层裂缝防止环结构由多层的裂缝防止环(Crack Stop Ring)所堆栈而成。而此堆栈的结构可根据在小片密封环区域320的小片密封环形成而同时形成。因此，此具有错位的多层裂缝防止环结构可具有相同的材料。而随着在小片密封环区域320由金属层M1～M9及每两层之间的接触窗插塞(VIA)VIA1～VIA8所形成的小片密封环而同时形成。此小片密封环建构在基底330之上，而由连接的接触窗(Contact)331所连接，而在其上则形成例如铝金属层350后铺上一层保护层(Passivation Layer)360。
而在每个相邻的裂缝防止环之间，则存在着重叠的部分，此为错位的结构。例如图示中相邻的裂缝防止环312B、312A与312C堆栈结构中，以箭头318所标示的方向来看，分别存在错位而重叠的部分316A与316B。此具有错位的多层裂缝防止环结构，在进行切割时，可让产生的机械应力快速地将此具有错位的多层裂缝防止环结构切断，可防止切割时所产生的龟裂，以提供更佳的保护。
而在本实施例的具有错位的多层裂缝防止环结构中，每个裂缝防止环皆存在着一个孔洞环(Hollow Ring)。而在一实施例中，这些孔洞环(Hollow Ring)在箭头318所指的方向，有相互重叠的部分，也就是在相邻的裂缝防止环312B、312A与312C堆栈结构中，其孔洞环314B、314A与314C在箭头318所指的方向有其重叠的部分，此可更有效地防止切割时所产生的龟裂而得到更佳的保护。
图4是说明本发明实施例的相同材料的多层裂缝防止环结构，此裂缝防止环结构区域410例如位于小片密封环区域420与切割道405之间。此多层裂缝防止环结构由多层的裂缝防止环(Crack Stop Ring)所直接堆栈而成。而此堆栈的结构可根据在小片密封环区域420的小片密封环形成而同时形成。因此，此多层裂缝防止环结构可具有相同的材料。而随着在小片密封环区域420由多层金属层及每两层之间的接触窗插塞(VIA)交错堆栈所形成的小片密封环而同时形成。此小片密封环建构在基底430之上，而由连接的接触窗(Contact)431所连接，而在其上则形成例如铝金属层450后铺上一层保护层460。而每个相邻的裂缝防止环之间相互堆栈。例如图示中相邻的裂缝防止环412B、412A与412C相互堆栈的结构。此多层裂缝防止环结构，在进行切割时，可让产生的机械应力快速地将此多层裂缝防止环结构切断，可防止切割时所产生的龟裂，以提供更佳的保护。而在本实施例的多层裂缝防止环结构中，每个裂缝防止环皆存在着一个孔洞环(Hollow Ring)。例如裂缝防止环412A具有孔洞环414A，此可更有效地防止切割时所产生的龟裂而得到更佳的保护。
综上所述，本发明所提出的多层裂缝防止环结构，此多层裂缝防止环结构可位于小片密封环与切割道之间。或是位于双小片密封环之间。使用本实施例的多层裂缝防止环结构，不需占用切割道的空间，另外，在切割(Sawing)可有效避免切割道上产生龟裂(chipping)、脱层(Delamination)或裂痕(peeling)等损伤(damage)，可使得切割出小片较为完整，以大幅提升封装体的可靠度。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种晶片，具有多个小片，上述的小片之间由多个切割道相隔，每个小片之间由上述切割道所环绕，每一上述的小片包括一有源区域、一环绕在上述有源区域的小片密封环结构以及一多层裂缝防止环结构环绕上述有源区域，其中上述的多层裂缝防止环结构由多个具有中空特性的裂缝防止环堆栈而成。
2.如权利要求1所述的晶片，其中上述的多层裂缝防止环结构位于上述小片密封环结构与切割道之间。
3.如权利要求1所述的晶片，其中上述的多层裂缝防止环结构位于上述小片密封环结构与有源区域之间。
4.如权利要求1所述的晶片，其中上述的多层裂缝防止环结构是由多个具有相同材料的裂缝防止环堆栈而成。
5.如权利要求1所述的晶片，其中上述的多层裂缝防止环结构是由上述裂缝防止环以错位的方式堆栈而成。
6.如权利要求1所述的晶片，其中上述的小片密封环结构是由单一的小片密封环所组成。
7.如权利要求1所述的晶片，其中上述的小片密封环结构是由双小片密封环所组成。
8.如权利要求1所述的晶片，其中上述的小片密封环结构是由多个金属层与接触窗插塞交错堆栈而成，而其中每个金属层与接触窗插塞对应一个上述的裂缝防止环。
9.一种多层裂缝防止环结构，位于一小片上，上述的小片由一切割道环绕，上述的小片包括一有源区域与一环绕在上述有源区域的小片密封环结构，其中上述的多层裂缝防止环结构环绕上述有源区域，其中上述的多层裂缝防止环结构由多个具有中空特性的裂缝防止环堆栈而成。
10.如权利要求9所述的多层裂缝防止环结构，其中上述的多层裂缝防止环结构位于上述小片密封环结构与切割道之间。
11.如权利要求9所述的多层裂缝防止环结构，其中上述的多层裂缝防止环结构位于上述小片密封环结构与有源区域之间。
12.如权利要求9所述的多层裂缝防止环结构，其中上述的多层裂缝防止环结构是由多个具有相同材料的裂缝防止环堆栈而成。
13.如权利要求9所述的多层裂缝防止环结构，其中上述的多层裂缝防止环结构是由上述裂缝防止环以错位的方式堆栈而成。
14.如权利要求9所述的多层裂缝防止环结构，其中上述的小片密封环结构是由多个金属层与接触窗插塞交错堆栈而成，而其中每个金属层与接触窗插塞对应一个上述的裂缝防止环。
全文摘要
一种多层裂缝防止环结构，此多层裂缝防止环结构可位于小片密封环与切割道之间，或是位于双小片密封环之间而不需占用切割道的空间。此多层裂缝防止环结构可为相同材料的裂缝防止环堆栈而成，或是由多层的裂缝防止环以错位的方式堆栈而成。此多层裂缝防止环结构，可有效避免切割道上产生龟裂、脱层或裂痕等损伤。并可使切割出小片较为完整，以大幅提升封装体的可靠度。
文档编号H01L23/00GK1971887SQ20051012685
公开日2007年5月30日 申请日期2005年11月24日 优先权日2005年11月24日
发明者吴炳昌 申请人:联华电子股份有限公司