专利名称：应用于半导体晶片的双封闭护环结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体结构，特别是一种使用包含至少两封闭护环(sealring)结构的应用于半导体晶片的双封闭护环结构。
当集成电路的制程进入深次微米领域后，金属内连线的电阻-电容迟滞大幅提高，也因此影响集成电路的运算速率和存取速率。为了提高集成电路的集积密度，在线宽和线距都不宜提高的条件下，更换金属内连线和层间介电层的材质是最佳的选择。此外，在铜制程中为制作内连线或是介层窗，已发展称做双镶嵌(dual damascene)的方法，其包含涉及沟渠以及底层介层窗的制程。沟渠以及介层窗同时填入导电材质，因此同时形成内连线以及金属栓。有关双镶嵌的先前技术可以参阅Motorola公司Boeck；Bruce Allen等人在美国专利第5880018号所揭露的“Method for manufacturing a lowdielectric constant inter-level integrated circuit structure”。
而在金属内连线方面，金属材质由原先的铝硅铜合金或铝铜合金换成铜金属，除了具有低电阻的特性外，更具有良好的抗震子迁移性和良好的抗应力性，除了可以提高元件的操作速率外，同时可以提升元件的可靠度；在另一方面，层间介电层则必须选择低介电常数(Low Dielectric Constant)的材质以取代原有的二氧化硅，以降低金属内连线之间的耦合电容。二氧化硅的介电常数约为4.2，因此必须选择介电常数小于4.2的介电质作为层间介电层，方可达到降低电阻-电容迟滞的功效，例如氟掺杂的二氧化硅(SiOF)、有机旋涂玻璃(HSQ)等等。另外一种有效的低介电常数材质为黑钻石(blackdiamond)，其由甲基硅烷(methylsilane)所形成，其成分为硅20％、氧30％、碳9％、氢36％、及其他元素。因黑钻石约有36％的体积为孔洞，因此其介电常数约为2.9，是一种很具潜力的低介电常数材质。
一般，在半导体元件形成于晶圆后，为了保护这些元件，将使用材质封闭晶片用以保护上述晶片。通常封闭护环(seal ring)形成于介电层之中且环绕晶片最周边区域，以保护位于内侧的元件。在封装技术中，由于低介电常数材质具有较差的机械应力而造成严重的问题，破裂常沿着低介电常数氧化层或氮化层的介面延伸而破坏铜内连线，而此裂缝将停止于铜内连线而造成水气或氧气可由此裂缝侵入，而将内连线氧化，甚至可到达内部的电路。为因应铜制程、低介电常数材质的需求必须提出一种先进的封闭护环结构。
本发明的一种应用于半导体晶片的双封闭护环结构，至少包含半导体晶片，其内部包含元件及内部电路；复数层介电层，位于上述半导体晶片之上；可防止水气、氧气侵入的内侧封闭护环，位于该复数层介电层中，并位于该半导体晶片的外缘区域，封闭环绕上述元件及内部电路；于晶片切割时阻挡外部应力以避免内部晶片结构被破坏的外侧封闭护环，位于该复数层介电层中，并位于该内侧封闭护环的外侧。
其中上述的复数层介电层包含低介电常数介电材质。上述的外侧封闭护环包含水平延伸导电层、及垂直配置的导电层。上述的内侧封闭护环包含水平延伸导电层、及垂直配置的导电层。
上述的外侧封闭护环的水平延伸导电层、及垂直配置的导电层，以及内侧封闭护环的水平延伸导电层、及垂直配置的导电层可分别包含复晶硅、铜金属、铜合金、铝金属、铝合金、钨金属、钨合金等之一或任意组合。
由于本发明包含两个封闭护环，外侧封闭护环于晶片切割时可以防止机械应力的破坏，将阻挡外部应力以避免其破坏内部晶片结构；当外侧封闭护环于切割时造成破坏形成裂缝时，内侧封闭护环可防止水气、氧气沿着该裂缝侵入，以避免氧化该半导体晶片的内部电路或元件。
参阅图2，复数层介电材质105形成于晶片100之上，上述的介电材质105以应用于铜制程而言为低介电常数材质。其中包含但不限定为氟掺杂的二氧化硅(SiOF)、有机旋涂玻璃(HSQ)、黑钻石(black diamond)等等。一护层结构170披附于复数层介电材质105之上用以保护内部半导体元件。
外侧封闭护环150以及内侧封闭护环160分别形成于复数层介电材质105之中，且将半导体元件110、120、内连线130以及接触垫(contact Pad)140等结构环绕于其中，所以称做封闭护环。上述的外侧封闭护环150包含水平延伸的导电层156以及垂直配置的导电层155，同理，内侧封闭护环160亦包含水平延伸的导电层166以及垂直配置的导电层165。组成上述导电层156、155、166以及165的材质可以包含复晶硅、铜金属、铜合金、铝金属、铝合金、钨金属、钨合金等等。依此类推，适合的金属以及合金均可被应用于本发明中做为外侧封闭护环150或内侧封闭护环160。
上述外侧封闭护环150于切割晶圆时可以防止机械应力的破坏，将阻挡外部应力以避免其破坏内部晶片结构。当外侧封闭护环150于切割时造成破坏形成裂缝时，内侧封闭护环160主要功能是防止水气、氧气沿着裂缝侵入以避免氧化半导体结构，因此本发明可以提供双重的防线。因此即使有水气或氧气的入侵，其只会造成外侧封闭护环150或是内侧封闭护环160外侧的影响，而不会危及于晶片内部电路或元件的构造。
以上所述实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以其限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是至少包含半导体晶片，其内部包含元件及内部电路；复数层介电层，位于上述半导体晶片之上；可防止水气、氧气侵入的内侧封闭护环，位于该复数层介电层中，并位于该半导体晶片的外缘区域，封闭环绕上述元件及内部电路；于晶片切割时阻挡外部应力以避免内部晶片结构被破坏的外侧封闭护环，位于该复数层介电层中，并位于该内侧封闭护环的外侧。
2.如权利要求1所述的应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是上述的复数层介电层包含低介电常数介电材质。
3.如权利要求1所述的应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是上述的外侧封闭护环包含水平延伸导电层。
4.如权利要求3所述的应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是上述外侧封闭护环的所述水平延伸导电层包含复晶硅、铜金属、铜合金、铝金属、铝合金、钨金属、钨合金等之一或任意组合。
5.如权利要求1所述的应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是上述的外侧封闭护环包含垂直配置的导电层。
6.如权利要求5所述的应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是上述外侧封闭护环的所述垂直配置的导电层包含复晶硅、铜金属、铜合金、铝金属、铝合金、钨金属、钨合金等之一或任意组合。
7.如权利要求1所述的应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是上述的内侧封闭护环包含水平延伸导电层。
8.如权利要求7所述的应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是上述内侧封闭护环的所述水平延伸导电层包含复晶硅、铜金属、铜合金、铝金属、铝合金、钨金属、钨合金等之一或任意组合。
9.如权利要求1所述的应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是上述的内侧封闭护环包含垂直配置的导电层。
10.如权利要求9所述的应用于半导体晶片的双封闭护环结构，其特征是上述外侧封闭护环的所述垂直配置的导电层包含复晶硅、铜金属、铜合金、铝金属、铝合金、钨金属、钨合金等之一或任意组合。
全文摘要
本发明为一种应用于半导体晶片的双封闭护环结构，至少包含半导体晶片，其内部包含元件及内部电路；复数层介电层，位于上述半导体晶片之上；可防止水气、氧气侵入的内侧封闭护环，位于该复数层介电层中，并位于该半导体晶片的外缘区域，封闭环绕上述元件及内部电路；于晶片切割时阻挡外部应力以避免内部晶片结构被破坏的外侧封闭护环，位于该复数层介电层中，并位于该内侧封闭护环的外侧。
文档编号H01L23/52GK1450632SQ0210607
公开日2003年10月22日 申请日期2002年4月10日 优先权日2002年4月10日
发明者陈胜雄, 蔡明兴 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司