专利名称：具有提高的对划片区中切片诱导的裂纹和脱层的抵抗力的对准标记的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在切片期间防止裂纹扩展的结构。更具体地说，涉及抵抗在半导体晶片上的切片诱导的裂纹和脱层。再具体地说，涉及在半导体晶片上嵌入对准特征(feature)内的构图的结构，其降低或防止通过在切割期间的切片刃对集成电路的损伤。
背景技术：
由切片引起的脱层裂纹可从边缘到有源区向内在整个集成电路芯片中扩展。这些裂纹可引起电学开路或短路，并最终引起半导体芯片的失效。脱层典型地允许水汽和其它杂质深入半导体晶片中。典型地，由切片诱导的脱层部分归因于受到切片刃的外力的材料的附着力降低或机械强度降低。
脱层或裂纹通常始于在切片操作期间管芯的边缘处，并朝向管芯的中心扩展。如果脱层或裂纹到达电互连，在管芯内的引起脱层或裂纹扩展的力作用于电互连，导致电互连在其薄弱点撕裂开。
工业中已采用了各种技术以防止或控制脱层或裂纹。常规地，已将裂纹停止物(crack stop)置于管芯中或管芯的边缘处，以防止脱层和裂纹在有源管芯区域内扩展。然而，很少在承受切片刃的对准结构处进行控制裂纹扩展或脱层的努力。对准结构通常位于晶片的划片区中，该划片区一般限定为在有源管芯之间的区域。通过进行更坚固的对准结构设计，在划片区中可以显著减少由切片引起的缺陷，从而使向有源管芯区域扩展的裂纹和脱层最少。
为解决切片期间裂纹扩展和脱层的问题，已实施了多种现有技术；然而，如下所述，未对对准结构本身应用这些技术。
在2002年6月4日授权给Umematsu等人的名称为“MULTI-LAYERWIRING SUBSTRATE”的美国专利No.6,399,897中，在主衬底上层叠多层绝缘膜。这些绝缘膜具有形成在布线区上的布线图形，以及形成在外围区上的虚布线图形。该结构为多芯片模块(MCM)封装而设计。层叠的膜在金属级处，且虚填充物与大的膜叠层相关。重要的是，布线图形设计在整个衬底周围，并且不是对准结构的一部分。比较而言，本发明利用在引导切片刃的对准结构的内部的层叠过孔。层叠过孔与位于对准结构周围和内部的在金属级处的小金属衬垫相关。
在2000年12月19日授权给Seshan等人的名称为“ENERGY-ABSORBING STABLE GUARD”的美国专利No.6,163,065中，将保护环设计在有源管芯区域内。该保护环在集成电路芯片的拐角处具有Z字形部分，以吸收由脱层、薄膜裂纹和其它类型的机械和化学损伤引起的能量。与Seshan的设计不同，本发明加强了在划片区中的对准结构，以直接抑制切片刃的力。此外，本发明的层叠过孔填充物与分布在对准结构中心区的多个单独的过孔填充物部件一起使用。
在2003年2月18日授权给West等人的名称为“SCRIBE STREETSEALS IN SEMICONDUCTOR DEVICES AND METHOD OFFABRICATION”的美国专利No.6,521,975中，在密封区内的两组基本上平行的结构在各切片线的相反侧沿芯片的边缘延伸。重要的是，West的平行结构在切片通道(lane)外部，并且不用作切片刃的对准特征。此外，本发明包括结构的相互靠近的多个层，以提供冗余保护，抵抗在对准结构中的扩展裂纹或脱层。
发明内容
考虑到现有技术的问题和不足，由此本发明的一个目的是提供一种防止对半导体晶片的切片损伤的装置。
本发明的另一个目的是提供一种装置，用于抑制脱层和裂纹扩展的半导体晶片中的坚固对准结构。
本发明的又一个目的是在半导体晶片的划片区内的切片损伤，并同时增大芯片间隔。
本发明的再一个目的是提供一种装置，用于在对准特征上提供冗余对准结构保护系统，以禁止或阻止在切片期间的脱层和裂纹扩展。
通过说明书，本发明的其它目的和优点将部分明显和部分显而易见。
在本发明中实现了对本领域技术人员显而易见的上述和其它目的，本发明旨在一种对准标记，用于抵抗在晶片处理期间在半导体晶片上的切片诱导的裂纹和脱层，其包括十字形结构，其以引导切片刃的所述对准标记为中心；以及多个具有形状的连接部件，其具有至少两种不同尺寸，所述连接部件以交替的图形设置在所述对准标记外周周围，以使表面区域暴露最大，所述连接部件穿过所述晶片的每层被制造和互连。所述对准标记还包括制造在所述连接部件内的多个过孔条结构，所述过孔条结构穿过所述晶片的每层被互连。所述对准标记还可包括制造在所述十字形结构内的多个过孔条结构，所述过孔条结构穿过所述晶片的每层被互连。所述过孔条结构还形成平行于所述对准标记边缘的S形图形，所述S形图形具有相互近似垂直的相邻过孔条结构部件。所述过孔条结构可以被间隔为最小设计规则间隔尺寸的约2.5倍。所述对准标记还可以包括形成在所述连接部件与所述十字形结构之间的区域内的多个垂直结构，所述垂直结构穿过所述晶片的每层被互连。
在第二方面，本发明旨在一种对准标记，用于抵抗在晶片处理期间在半导体晶片上的切片诱导的裂纹和脱层，其包括十字形结构，其以引导切片刃的所述对准标记为中心；多个具有形状的连接部件，其具有至少两个不同尺寸，所述连接部件以交替的图形设置在所述对准标记外周周围，以使表面区域暴露最大，所述连接部件穿过所述晶片的每层被制造和互连；拐角部件，其穿过所述晶片的每层被制造和互连，所述拐角部件设置在所述对准标记的每个拐角上；以及多个垂直结构，其形成在所述连接部件与所述十字形结构之间的区域内，所述垂直结构穿过所述晶片的每层被互连。
相信本发明的特征是新颖的，且本发明的基本特征在所附权利要求中具体阐述。附图仅仅为了示例的目的，且未按比例绘制。然而，关于组织和操作方法，通过参考下面结合附图给出的详细说明，本发明自身可以得到最好的理解。
图1示出了具有用于切片刃的十字形结构和在外周周围的独立表面结构的现有技术对准标记的示意图。
图2示出了穿过图1的对准标记的切片刃切口。
图3示出了本发明的对准标记特征的示意图。
图4示出了用于拐角部分和直边部分的与矩形部件结合的过孔条结构。
图5示出了保护的第三级，包括在十字形结构和矩形部件之间以阵列方式对准的许多部件，其中具有过孔结构。
具体实施例方式
在说明本发明的优选实施例时，在此将参考附图的图1-5，其中相同的标号表示本发明的相同部件。
沿芯片边缘的有限宽度的层叠过孔填充物可以防止芯片发生将在切片期间最终发生的裂纹和脱层。优选地，层叠过孔填充物从晶片底部连接到最顶部的氧化物层，且为电活性的或虚的过孔，但仍然获得保护它们周围的薄弱电介质的坚固结构。
图1示出了具有用于切片刃对准的十字形结构12和在外周周围的独立表面结构14的现有技术对准标记10的示意图。对准标记10典型地宽度为约70微米，其中外周周围的独立表面结构14的宽度为约2.5微米。表面结构14被它们之间的间隙16分隔开。表面结构14不连接到下伏(underlying)的级。它们也不包括多个多层的过孔条结构。它们都具有相同的尺寸和形状，且被设计为未将其它表面区域暴露至扩展的裂纹。
图2示出了现有技术的穿过对准标记22的切片刃切口20。示出切片刃切口20，在对准标记22处产生叠层点24。叠层24示出为从切口20向外延伸。
通常，十字形对准标记存在于管芯区域的每个拐角处。对准标记位于划片区中，并用于确认切片对准。重要的是，对准标记增加了对在切片刃穿过对准特征的位置处在切片操作期间的脱层和裂纹的抵抗力。对准标记的尺寸通常按比例正比于划片区宽度的尺寸。
在本发明中，在与切片锯刃路径的可能最近点处将连接结构添加到半导体晶片。在用于引导切片刃的对准标记处形成该连接结构。优选地，该连接结构由层叠的过孔填充物制成。当紧密间隔以填充芯片边缘时，这些层叠的过孔填充物提供机械强度，以防止芯片裂纹扩展，加强划片区，并增大对脱层的抵抗力。
引入三种基本部件，以使对准标记特征相对切片导致的失效更坚固。图3示出了本发明的对准标记特征30的示意图。与现有技术类似，对准标记30包括十字形结构32。然而，在本发明中，十字形结构利用多个过孔条结构而被加强。该过孔条结构优选为S形图形形状，且在整个十字形结构32内被冗余地采用。该第一部件对于对准和对准确认工艺仍很重要，但在切片后，由于其宽度通常小于切片刃，因此该第一部件不再重要。在十字形结构32内的过孔条有助于减轻裂纹扩展和脱层。该十字形结构32和伴随的过孔条在每个掩模级重复，且通常由用于芯片的特定金属制成。
有助于使标记对裂纹和脱层更坚固的对准标记30中的第二部件是多个金属结构34，其优选为矩形，在对准标记的外周周围对准。金属结构34环绕对准标记。由于刃穿过对准标记中的十字形结构32横过其路径，一些金属结构34通过切片刃被切割。在优选实施例中，部件金属结构34包括至少两种交替的矩形尺寸34a和34b，但可以以与图3所示的矩形形状相同的方式成功地采用其它形状。也示出了拐角部分34c。该拐角部分可以是分隔的且独特的部件或是其它矩形结构的结合。通过采用较小和较大的矩形的交替形状，使更大的表面区域暴露到由切片工艺诱导的x和y方向上的扩展的裂纹。虽然优选矩形，但任何可以增大暴露到由切片刃引起的扩展裂纹的垂直表面区域的形状组的部件都将有助于更坚固的保护结构。
通过特定对准的过孔条结构，在整个晶片内的矩形部件34的每个金属级沿z轴从晶片底部垂直连接到晶片顶部。图4A和4B示出了构成拐角部分和直边部分的与矩形部件34相关的拐角段(piece)42和连接段44。在各部件内部是多个过孔条结构，优选为S形，并在整个矩形部件34内冗余地采用。在拐角部分42中，S形过孔条结构46紧贴部件的外侧边缘50。优选地，相邻的过孔条结构以最小设计规则间隔尺寸的约2.5倍被间隔。例如，如果基本规则(ground rule)是0.1微米，则过孔条结构被设置为以约0.25微米间隔。在图4A所示的示例中，拐角部分42约为5微米宽和13.5微米长。因此，在5微米宽度内可以使多达20个S形的平行过孔条结构对准间隔0.25微米。各过孔条结构提供抵抗扩展裂纹和脱层的防护线。该冗余帮助降低扩展。如果一个过孔条结构在扩展裂纹的力作用下断裂，则下一邻近的过孔条结构直接在后面以减轻该破坏性的扩展力。
图4B示出了连接段部件44的过孔条结构52。优选地，以与分布在拐角过孔条结构42中的类似的方式，平行S形过孔条52分布在连接段部件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微米等采用该连接段部件44。本发明不限于特定的矩形尺寸，也被设计为不限于仅仅两种不同类型的矩形部件。可以利用许多不同矩形尺寸的部件，只要它们位于沿z轴显示的多个表面外周周围，以使暴露到扩展裂纹的表面区域最大。
通过利用在从晶片底部到顶部的各级处制造的坚固的互连结构来填充对准标记下方的可用区域，切片刃路径在接触的可能最近点处遇到阻止裂纹扩展和脱层的机械结构。
第三级保护通过图3中所示的部件36示出。部件36代表通过过孔结构沿z轴上下连接的多个方形金属级有形状的结构。部件36填充十字形结构与金属结构34之间的区域。可以将它们的尺寸增大为设计规则允许的水平。这些部件还代表抵抗扩展裂纹和脱层的机械保护。它们可以行和列的方式在被十字形结构32分隔的对准标记的每个象限内阵列排列。部件36也可以在整个填充图形中交错设置，以具有偏移行的列形式排列，以形成较斜(diagonal)的排列。不排除其它图形，只要部件36在十字形结构32与金属结构34之间分布填充。图5示出了其中以具有过孔结构60的阵列方式对准的许多部件36。
本发明阐述了用于半导体处理以帮助阻止由切片刃的切割引起的裂纹和脱层的扩展的坚固的对准标记。采用了三级保护。首先，采用十字形结构，其典型地用作对准切片刃的线位置。其次，多个矩形部件位于对准标记的外周周围。这些矩形部件分布有过孔条结构，该过孔条结构在晶片的每级均互连，并在每个部件内以S形方式分布，以将更大的过孔条结构表面区域暴露到扩展裂纹。该过孔条结构以许多相邻的行平行于对准标记边缘的方式分布，以增加机械强度的冗余级，以禁止裂纹扩展。矩形部件还优选具有不同的尺寸，以沿z轴将更大表面区域暴露到扩展裂纹。第三，多个方形金属级结构分布在十字形结构与沿外周设置的矩形部件之间的区域中。该方形金属级结构以阵列方式对准，并具有与晶片中各下伏级的过孔连接，从而它们形成裂纹扩展的另一阻挡层。
虽然结合具体优选实施例具体说明了本发明，但根据上述说明很明显，对于本领域技术人员，许多替换、修改和变化将是显而易见的。因此，所附权利要求预期将包含落入本发明的真正范围和精神内的任何这些替换、修改和变化。
权利要求
1.一种对准标记，用于抵抗在晶片处理期间在半导体晶片上的切片诱导的裂纹和脱层，其包括十字形结构，其以引导切片刃的所述对准标记为中心；以及多个具有形状的连接部件，其具有至少两种不同尺寸，所述连接部件以交替的图形设置在所述对准标记外周周围，以使表面区域暴露最大，所述连接部件穿过所述晶片的每层被制造和互连。
2.根据权利要求1的对准标记，还包括制造在所述连接部件内的多个过孔条结构，所述过孔条结构穿过所述晶片的每层被互连。
3.根据权利要求1的对准标记，还包括制造在所述十字形结构内的多个过孔条结构，所述过孔条结构穿过所述晶片的每层被互连。
4.根据权利要求2的对准标记，其中所述过孔条结构形成平行于所述对准标记边缘的S形图形，所述S形图形具有相互近似垂直的相邻过孔条结构部件。
5.根据权利要求3的对准标记，其中所述过孔条结构形成平行于所述对准标记边缘的S形图形，所述S形图形具有相互近似垂直的相邻过孔条结构部件。
6.根据权利要求2的对准标记，其中所述过孔条结构被间隔为最小设计规则间隔尺寸的约2.5倍。
7.根据权利要求3的对准标记，其中所述过孔条结构被间隔为最小设计规则间隔尺寸的约2.5倍。
8.根据权利要求1的对准标记，其中所述连接部件包括不同的矩形尺寸。
9.根据权利要求1的对准标记，还包括拐角部件，其穿过所述晶片的每层被制造和互连，所述拐角部件设置在所述对准标记的每个拐角上。
10.根据权利要求9的对准标记，其中所述拐角部件还包括制造在所述拐角部件内的多个过孔条结构，所述过孔条结构穿过所述晶片的每层被互连。
11.根据权利要求1的对准标记，包括形成在所述连接部件与所述十字形结构之间的区域内的多个垂直结构，所述垂直结构穿过所述晶片的每层被互连。
12.根据权利要求11的对准标记，其中所述垂直结构以具有行和列图形的阵列方式对准。
13.根据权利要求11的对准标记，其中所述垂直结构以具有偏移的列或偏移的行的交错阵列方式对准。
14.根据权利要求11的对准标记，其中所述垂直结构包括方形金属级结构。
15.一种对准标记，用于抵抗在晶片处理期间在半导体晶片上的切片诱导的裂纹和脱层，其包括十字形结构，其以引导切片刃的所述对准标记为中心；多个具有形状的连接部件，其具有至少两个不同尺寸，所述连接部件以交替的图形设置在所述对准标记外周周围，以使表面区域暴露最大，所述连接部件穿过所述晶片的每层被制造和互连；拐角部件，其穿过所述晶片的每层被制造和互连，所述拐角部件设置在所述对准标记的每个拐角上；以及多个垂直结构，其形成在所述连接部件与所述十字形结构之间的区域内，所述垂直结构穿过所述晶片的每层被互连。
16.根据权利要求15的对准标记，还包括制造在所述连接部件和所述拐角部件内的多个过孔条结构，所述过孔条结构穿过所述晶片的每层被互连。
17.根据权利要求15的对准标记，还包括制造在所述十字形结构和所述拐角部件内的多个过孔条结构，所述过孔条结构穿过所述晶片的每层被互连。
18.根据权利要求16的对准标记，其中所述过孔条结构形成平行于所述对准标记边缘的S形图形，所述S形图形具有相互近似垂直的相邻过孔条结构部件。
19.根据权利要求15的对准标记，其中所述垂直结构以具有行和列图形的阵列方式或具有偏移的行或偏移的列的交错阵列方式对准。
20.根据权利要求15的对准标记，其中所述垂直结构包括方形金属级结构。
全文摘要
一种用于半导体处理以帮助阻止由切片刃的切割引起的裂纹扩展和脱层的坚固的对准标记。十字形结构用作对准切片刃的线位置。多个矩形部件位于对准标记的外周周围，并分布有过孔条结构，该过孔条结构在晶片的每级均互连，并在每个部件内以S形方式分布，以将更大的过孔条结构表面区域暴露到扩展裂纹。矩形部件由不同的尺寸形成，以将更大的表面区域暴露到扩展裂纹。多个方形金属级结构形成在十字形结构与沿外周设置的矩形部件之间的区域中。
文档编号H01L23/544GK1967837SQ200610147080
公开日2007年5月23日 申请日期2006年11月14日 优先权日2005年11月16日
发明者C·D·马奇, M·莱恩, R·J·耶顿 申请人:国际商业机器公司