一种密封环结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种密封环结构，通过在金属层的边缘设置有多个连接柱的结构设计，改善了现有技术中由于连接柱柱底形貌特征和阻挡层不均匀所导致的连接柱底部与金属层之间的黏附性较差的问题。避免了进行切割工艺时，受施加于半导体基底或者晶圆上受机械应力的影响，使得连接柱底部与金属层之间的交界处接触面积不均匀和黏附性能不足，引起金属层与绝缘层之间的交界面发生断裂或者劈裂，进而使得断裂延伸到芯片区，造成芯片的分层断裂的现象，从而提高了切割后产品的良率。
【专利说明】一种密封环结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体芯片制造【技术领域】，尤其涉及一种密封环结构。
【背景技术】
[0002]现在，当制造半导体芯片时，首先需要在晶圆片上形成多个电路芯片，然后将该晶圆片切割成单个电路芯片。由于经过所述切割工序，半导体芯片的切割部分被露出，水或者湿气很容易通过所述切割部分侵入电路芯片，影响芯片的性能。再者，半导体基底上形成有多组半导体器件，在连接半导体器件期间所沉积的叠置层(例如:金属层间介电(intermetal dielectric, IMD)层及 / 或层间介电(interlayer dielectric, ILD)层)自切割线的切割部露出。叠置绝缘层(stacked insulating films)及其间的界面构成了水气穿透的路径，从而会让半导体装置发生故障。一般解决上述问题，通常采用在每个电路芯片区的周边设置密封环区(也称做防护环区seal ring area)的方法。
[0003]由此可见,在半导体领域的集成电路(integrated circuit, IC)的制造中，密封环的制作对于半导体工艺而言是重要的一个环节。现有密封环结构是在形成接线层及接触部的工艺中进行制作，且由金属层与绝缘层交替构成的多层结构，每一绝缘层内形成有通孔(via)以给相邻的金属层之间提供电性路径。
[0004]但是，现有技术中所设计的密封环结构中金属层与绝缘层之间的机械强度和黏附性能不足，在进行切割工艺时，由于受施加于半导体基底或者晶圆上受机械应力的影响，导致连接柱底部与金属层之间的交界处接触面积不均匀和黏附性能不足，引起金属层与绝缘层之间的交界面发生断裂或者劈裂，进而使得断裂延伸到芯片区，造成芯片分层断裂的现象，影响了切割后产品的良率。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种密封环结构，以解决现有技术的密封环结构，在进行切割工艺时，受施加于半导体基底或者晶圆上受机械应力的影响，导致连接柱底部与金属层之间的交界处接触面积不均匀和黏附性能不足，引起金属层与绝缘层之间的交界面发生断裂或者劈裂，进而使得断裂延伸到芯片区，造成芯片分层断裂的现象，致使切割后产品的良率低的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种密封环结构，所述密封环结构，包括:绝缘层，所述绝缘层设置于半导体基底上；
[0007]多个金属层，每一金属层设置于所述绝缘层中的不同层位；
[0008]多组连接柱，每组连接柱包括若干个连接柱，每相邻两个金属层之间分布一组连接柱，每组连接柱中具有多个连接柱位于所述金属层的边缘。
[0009]可选的，在所述的密封环结构中，所述连接柱位于所述金属层的边缘的位置为:OVia⑶IVia⑶；其中，d为连接柱靠近金属层边缘的侧壁至金属层边缘侧壁的距离，OVia⑶为O个连接柱横向的长度，IVia⑶为I个连接柱横向的长度。[0010]可选的，在所述的密封环结构中，所述绝缘层由化学气相沉积技术形成。
[0011]可选的，在所述的密封环结构中，所述化学气相沉积技术包括:低压化学气相沉积、电浆辅助化学气相沉积或者高密度电浆化学气相沉积。
[0012]可选的，在所述的密封环结构中，所述绝缘层的材质为氧化物、氮化物、氮氧化物
或其组合。
[0013]可选的，在所述的密封环结构中，所述半导体基底包括:芯片区、围绕芯片区的密封环区、以及围绕密封环区的切割区。
[0014]可选的，在所述的密封环结构中，所述半导体基底的材质为硅、锗化硅或者砷化镓。
[0015]可选的，在所述的密封环结构中，所述金属层为铜层。
[0016]可选的，在所述的密封环结构中，所述连接柱为铜柱。
[0017]在本实用新型所提供的密封环结构中，通过在金属层的边缘设置有多个连接柱的结构设计，改善了现有技术中由于连接柱柱底形貌特征和阻挡层不均匀所导致的连接柱底部与金属层之间的黏附性较差的问题。避免了进行切割工艺时，受施加于半导体基底或者晶圆上受机械应力的影响，使得连接柱底部与金属层之间的交界处接触面积不均匀和黏附性能不足，引起金属层与绝缘层之间的交界面发生断裂或者劈裂，进而使得断裂延伸到芯片区，造成芯片的分层断裂的现象，从而提高了切割后产品的良率。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型密封环结构的剖面示意图；
[0019]图2是本实用新型密封环结构的剖面示意图中局部a的放大示意图；
[0020]图3是本实用新型密封环结构在电镀金属工艺之前的阻挡层溅射沉积过程中等离子溅射时局部放大示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的密封环结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0022]请参考图1、其为本实用新型密封环结构的剖面示意图。如图1所示，所述密封环结构包括:绝缘层10，所述绝缘层10设置于半导体基底20上；多个金属层11，每一金属层11设置于所述绝缘层10中的不同层位；多组连接柱12，每组连接柱12包括若干个连接柱12，每相邻两个金属层11之间分布一组连接柱12，每组连接柱12中具有多个连接柱12位于所述金属层11的边缘。
[0023]具体的，每组连接柱12包括位于两个金属层11之间中间位置的多个连接柱12a及位于两个金属层11之间边缘位置的多个连接柱12b。为了描述的方便，在本申请接下去的描述中，以连接柱12a指代位于两个金属层11之间中间位置的多个连接柱；以连接柱12b指代位于两个金属层11之间边缘位置的多个连接柱。
[0024]优选的，所述连接柱12b位于所述金属层11的边缘的位置为:OVia⑶< d < IVia⑶；其中，d为连接柱12b靠近金属层11边缘的侧壁至金属层11边缘侧壁的距离，具体请参照图2，其为本实用新型密封环结构的剖面示意图中局部a的放大示意图，从图2中可直观的理解d所表示的含义，OVia⑶为O个连接柱12b横向的长度，IVia⑶为I个连接柱12b横向的长度。保证靠近金属层11两侧边缘位置的连接柱12b的一侧均有高出连接柱12b的绝缘层10的侧壁。从而保证在阻挡层溅射工艺完成后，靠近金属层11两侧边缘位置的连接柱12b具有大而平滑的柱底形貌及均匀的阻挡层附着，从而改善了连接柱12底部与下一层金属层11及连接柱12与绝缘层10之间的黏附性能。
[0025]优选的，所述绝缘层10由化学气相沉积技术形成；所述化学气相沉积技术包括:低压化学气相沉积、电浆辅助化学气相沉积或者高密度电浆化学气相沉积。其中，所述绝缘层10的材质为氧化物、氮化物、氮氧化物或其组合。
[0026]优选的，所述半导体基底20包括:芯片区1、围绕芯片区I的密封环区2、以及围绕密封环区2的切割区3。并且，所述半导体基底20的材质为硅、锗化硅、砷化镓或者其他半导体材料。具体的，所述芯片区是最终可应用的集成电路区域，所述切割区是进行切割工序时芯片切割的位置。
[0027]优选的，所述金属层11为铜层。进一步，保证金属层11具有良好的导电性。
[0028]优选的，所述连接柱12为铜柱。金属层11是通过连接柱12实现多个金属层11及半导体基底20之间的电连。具体的，由连接柱12实现纵向的电路连接，从而使得多层金属层上的横向电路互通。
[0029]具体的，请参照图3，其为本实用新型密封环结构在电镀金属工艺之前的阻挡层溅射沉积过程中等离子溅射时局部放大示意图，经溅射后，靠近金属层11边缘位置的连接柱12底部表面相对平坦些。如图3所示，溅射之前，绝缘层上挖有如图3中所示的凹孔121 ；溅射时，惰性气体离子(通常为Ar+)加速冲向靶(阴极)，从靶中移除材料粒子，这些粒子构成蒸汽柱，粒子在向下轰击凹孔121侧壁与凹孔121底部的同时凝结在凹孔121中，在凹孔121表面形成一层阻挡层，以便阻挡金属离子向绝缘层中扩散迁移，并为后续电镀金属提供基础。由于在靠近金属层11边缘位置的凹孔121b的一侧均有高出凹孔121b的绝缘层10的侧壁，有一部分从靶中移除的材料粒子会运动到达绝缘层10的侧壁，会增加反射到凹孔121b侧壁以及底部边缘的几率，进而增强了凹孔121b底部的平滑度和均匀的阻挡层附着度(尤其是与分布在两金属层之间中间位置的其它凹孔121a比较)，为之后的电镀金属形成连接柱12及金属层11准备了较佳的结构基底，进一步改善了连接柱12底部与下一层金属层以及连接柱12与绝缘层10之间的黏附性能。
[0030]综上，在本实用新型所提供的密封环结构中，通过在金属层的边缘设置有多个连接柱的结构设计，改善了现有技术中由于连接柱柱底形貌特征和阻挡层不均匀所导致的连接柱底部与金属层之间的黏附性较差的问题。避免了进行切割工艺时，受施加于半导体基底或者晶圆上受机械应力的影响，使得连接柱底部与金属层之间的交界处接触面积不均匀和黏附性能不足，引起金属层与绝缘层之间的交界面发生断裂或者劈裂，进而使得断裂延伸到芯片区，造成芯片的分层断裂的现象，从而提高了切割后产品的良率。
[0031]显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种密封环结构，其特征在于，包括: 绝缘层，所述绝缘层设置于半导体基底上； 多个金属层，每一金属层设置于所述绝缘层中的不同层位； 多组连接柱，每组连接柱包括若干个连接柱，每相邻两个金属层之间分布一组连接柱，每组连接柱中具有多个连接柱位于所述金属层的边缘。
2.如权利要求1所述的密封环结构，其特征在于，所述连接柱位于所述金属层的边缘的位置为=OVia⑶(d ( IVia⑶；其中，d为连接柱靠近金属层边缘的侧壁至金属层边缘侧壁的距离，OVia⑶为O个连接柱横向的长度，IVia⑶为I个连接柱横向的长度。
3.如权利要求1所述的密封环结构，其特征在于，所述绝缘层由化学气相沉积技术形成。
4.如权利要求1所述的密封环结构，其特征在于，所述半导体基底包括:芯片区、围绕芯片区的密封环区、以及围绕密封环区的切割区。
5.如权利要求4所述的密封环结构，其特征在于，所述半导体基底的材质为硅、锗化硅或者砷化镓。
6.如权利要求1-5任一项中所述的密封环结构，其特征在于，所述金属层为铜层。
7.如权利要求1-5任一项中所述的密封环结构，其特征在于，所述连接柱为铜柱。
【文档编号】H01L23/485GK203812868SQ201420148848
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】赵书文 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司