密封环结构、半导体器件及电子装置的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种密封环结构、半导体器件及电子装置。

背景技术：

在半导体制造工艺中，通过光刻、刻蚀以及沉积等工艺可以在半导体衬底上形成包括半导体有源器件以及设置在器件上的互连结构的半导体芯片。通常，在一个晶圆上可以形成多个芯片，最后再将这些芯片从晶圆上切割下来，进行封装工艺，形成集成电路区。在切割芯片的过程中，切割刀所产生的应力会对芯片的边缘造成损害，甚至会导致芯片发生崩塌。现有为了防止芯片在切割时受到损伤，在芯片的有源器件区域外围设置密封环，该密封环可以阻挡切割刀产生的应力造成有源器件区域不想要的应力破裂，并且芯片密封环可以阻挡水汽渗透例如含酸物质、含碱物质或污染源的扩散造成的化学损害。

一般密封环由介电层和金属层交错堆栈构成，且上述金属层利用穿过上述介电层的介层孔做内部互连，并且在各介电层之间形成有蚀刻停止层。。此外，随着技术的发展，在现今的半导体技术中，越来越多采用双重芯片密封环来解决更严重的破裂问题，即在集成电路区外围设置包围集成电路区的内密封环和包围所述内密封环的外密封环。虽然这些结构可以防止芯片切割时破裂，但是在实际应用中发现，在技术进入0.11um节点之后，一些产品在激光切割时出现分层问题，尤其是顶部金属层与氮化硅薄膜出现分层，并且在介层孔密集且堆叠时，这一现象更严重。如图1a和图1b中圆圈所示，示出了层间介电层中氮化硅薄膜分层问题，这会对产品的性能以及可靠性等造成影响，严重的甚至会影响产品的良率。

因此，需要提出一种新的密封环结构、半导体器件以及电子装置，以至少部分地解决上述问题。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明提出一种新的密封环结构，其可以减少甚至避免氮化硅分层问题。

为了克服目前存在的问题，本发明一方面提供一种密封环结构，包括围绕集成电路区设置的第一密封环，所述第一密封环包括多层层叠设置的介质层，以及设置于所述介质层中并与所述介质层齐平的金属层，在所述介质层中还设置有填充有导电材料的介层孔，用于实现各层金属层之间的连接，其中，所述介层孔错位排布以使在水平方向和/或垂直方向上相邻的所述介层孔不处于对齐位置上。

进一步地，每层所述介质层中包括多列沿第一方向布置的所述介层孔，且相邻两列所述介层孔错位排布。

进一步地，每层所述介质层中包括多行沿第二方向布置的所述介层孔，且相邻两行所述介层孔错位排布。

进一步地，在垂直方向上至少上下相邻的所述介层孔错位排布。

进一步地，还包括围绕所述第一密封环设置的第二密封环，所述第二密封环包括多层层叠设置的介质层，以及设置于所述介质层中并与所述介质层齐平的金属层。

进一步地，在各层所述介质层之间设置有蚀刻停止层。

进一步地，所述蚀刻停止层为氮化硅层。

根据本发明的密封环结构,通过使介层孔错位排布，使得在相同面积中，相邻介层孔之间的距离增大，且在水平方向和/或垂直方向上相邻介层孔不处于对齐位置，这样不易形成堆叠状介层孔，减小了应力，可以防止后续切割时出现氮化硅分层问题。

本发明又一方面提供一种半导体器件，其包括半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有集成电路区，在所述集成电路区外部形成有围绕所述集成电路区的如上所述的密封环结构。

本发明提出的半导体器件，由于具有上述密封环结构应力减小，可以避免在切割时出现分层问题，因而具有高可靠性。

本发明再一方面提供一种电子装置，其包括如上所述的半导体器件以及与所述半导体器件相连接的电子组件。

本发明提出的电子装置，由于具有上述半导体器件具有可靠性高的优点，因而具有类似的优点。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1a和图1b示出sin分层问题的半导体器件的sem照片；

图2示出了目前一种密封环的俯视示意图；

图3示出了图2所示密封环结构内环和外环每层的布图设计的示意图；

图4示出图2所示密封环结构内环的剖视图；

图5示出了根据本发明一实施方式的密封环结构的内环y方向上的布图设计的示意图；

图6示出了根据本发明一实施方式的密封环结构的内环z方向上布图设计的示意图；

图7示出了根据本发明一实施方式的密封环结构的内环x方向上布图设计的示意图；

图8示出了根据本发明一实施方式的电子装置的结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

目前的密封环结构一般为了更好地解决破裂问题，多采用双重密封环结构，如图2-4所示，这种密封环结构在集成电路区10外围设置包围集成电路区10的内密封环20和包围所述内密封环20的外密封环30。内密封环20的外密封环30一般均由介质层1和金属层2交错堆栈构成，且上述金属层2利用穿过上述介质层1的诸如介层孔(via)3的互连结构做内部互连。如图3所示，其示出了内密封环20的外密封环30每层的布图设计的示意图。图3示意性给出图2中圆圈区域的布图设计。如图3所示，对于内密封环20，每层堆叠结构包括一层介质层1，以及位于介质层1中并与介质层1齐平的金属层2，在介质层中形成有介层孔3，用于实现各层金属层的连接。对于外密封环30，每层堆叠结构包括介质层1，以及位于介质层1中并与介质层1齐平的金属层2。在目前的密封环结构中，内密封环20的外密封环30的各层层叠结构一般采用相同的布图设计，这样使得在垂直方向上如图1b和图4所示，介层孔3成堆叠状布置，这样造成了应力集中和增大，在后续激光切割时易出现氮化硅分层问题。由于外密封环30中未设置介层孔，分层问题多出现在内密封环20区域。

基于此，本发明针对内密封环的介层孔的布图进行了重新设计，使得新的内密封环在激光切割时不易出现氮化硅分层问题。

下面将参照图5～图7对本发明一实施方式的密封环结构做详细描述。其中，图5示出了根据本发明一实施方式的密封环结构的内环y方向上的布图设计的示意图；图6示出了根据本发明一实施方式的密封环结构的内环z方向上布图设计的示意图；图7示出了根据本发明一实施方式的密封环结构的内环x方向上布图设计的示意图。

首先，本发明提出的密封环结构与图2至图4所示的密封结构具有大致类似的结构，具体地，本发明提出的密封环结构同样包括在集成电路区10外围设置包围集成电路区10的内密封环20和包围所述内密封环20的外密封环30。内密封环20的外密封环30包括多层层叠设置的介质层1和金属层2，金属层2位于介质层1中，并与介质层1齐平，介质层1可以采用各种合适的介电材料，例如氧化物、氮化物、低k材料或超低k材料。示例性，在本实施例中，介质层1采用掺氟硅玻璃(fsg)。对于内密封环20，其介质层1设置有填充有诸如铝铜合金的导电材料介层孔2，用于实现各层金属层1的连接。。此外，各层介质层1之间还形成有蚀刻停止层(未示出)，该蚀刻停止层例如为氮化硅停止层。

在本发明中，为了避免介层孔堆叠造成的应力集中和应力过大问题，对介层孔的布置进行了重新设计。

首先，如图5所示，对于每层层叠结构，外密封环30采用与目前的外密封环结构类似的布置，在此不再赘述。而内密封环20，对其介层孔布图进行了重新设计。具体地，在内密封环20每层层叠结构中，位于介质层中的介层孔3在y方向上(或水平面内的纵向，在此也称为第一方向)错位排布，如图5示意性给出的示例，其包括多列沿y方向排布的介层孔3，并且相邻两列的介层孔3错位排布，这样与图3所示的目前的介层孔布置相比，使得介层孔3不易形成堆叠，且相邻介层孔3的距离增大，这样减少了应力，使得在后续激光切割时不易出现氮化硅分层问题。

其次，请参考如图6，其示出了垂直方向相邻的层叠结构中介层孔3的布置图示。如图6所示，在本实施例中，对于相邻的层叠结构，上下方向相邻的介层孔错误排布，以使上下方向相邻的介层孔不处于对齐位置。具体地，例如第x层层叠结构(mx和vx)中的介层孔vx和第x+1层层叠结构(mx+1和vx+1)中的介层孔vx+1在z方向上(或垂直方向上，也称为第三方向)错位排布，这样在z方向上，至少上下相邻的介层孔错误排布，使得垂直方向上不会形成堆叠介层孔3，减少了应力，使得在后续激光切割时不易出现氮化硅分层问题。优选地，在不影响诸如电流密度设计的情况下，各层介层孔的在z方向上彼此均布对齐，这样可以更好地减少应力。

此外，请参考如图7，在内密封环20每层层叠结构中，位于介质层中的介层孔3在x方向上(或水平面内的纵向，在此也称为第一方向)错位排布，如图7示意性给出的示例，其包括多行列沿x方向排布的介层孔3，并且相邻两行的介层孔3错位排布，这样与图3所示的目前的介层孔布置相比，使得介层孔3不易形成堆叠，且相邻介层孔2的距离增大，这样减少了应力，使得在后续激光切割时不易出现氮化硅分层问题。

本实施例提出的密封环结构，通过使介层孔错位排布，使得在相同面积中，相邻介层孔之间的距离增大，且在水平方向和/或垂直方向上相邻介层孔不处于对齐位置，这样不易形成堆叠状介层孔，减小了应力，可以防止后续切割时出现氮化硅分层问题。

实施例二

本发明还提供一种半导体器件，该半导体器件包括半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有集成电路区，在所述集成电路区外部形成有围绕所述集成电路区的如上所述的密封环结构。

其中，该半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：si、ge、sige、sic、sigec、inas、gaas、inp或者其它iii/v化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等或者为绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。作为示例，在本实施例中，半导体衬底的构成材料选用单晶硅。

集成电路区为形成在半导体衬底中的诸如nmos、pmos晶体管等构成的各种器件层，以及位于器件层上方的互连层，其采用本领域常用的方法，并根据具体器件设计制作，在此不做具体限定。

密封环结构可以采用单密封环结构，此时其布置如实施例一种的内密封环结构。也可以采用双密封结构，即包括内密封环和外密封环。此外，密封环结构与集成电路区以及密封环结构之间(内密封环和外密封环之间)间隔一定距离，且这些间隔区域如图2所示，填充有介质层或介电层。

需要说明的是，密封环结构中的层叠结构不需要单独制作，而可以在形成在半导体衬底上的多层层间介电层中，与位于集成电路区的互连层同步光刻刻蚀完成制作。

本实施例的半导体器件由于密封环结构应力减小，可以避免在切割时出现分层问题，因而具有高可靠性。

实施例三

本发明的再一个实施例提供一种电子装置，包括半导体器件以及与所述半导体器件相连的电子组件。其中，该半导体器件包括：半半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有集成电路区，在所述集成电路区外部形成有围绕所述集成电路区的如上所述的密封环结构。

其中半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：si、ge、sige、sic、sigec、inas、gaas、inp或者其它iii/v化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等或者为绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。半导体衬底上可以形成有器件，例如nmos和/或pmos等。同样，半导体衬底中还可以形成有导电构件，导电构件可以是晶体管的栅极、源极或漏极，也可以是与晶体管电连接的金属互连结构，等等。此外，在半导体衬底中还可以形成有隔离结构，所述隔离结构为浅沟槽隔离(sti)结构或者局部氧化硅(locos)隔离结构。作为示例，在本实施例中，半导体衬底的构成材料选用单晶硅。

其中，该电子组件，可以为分立器件、集成电路等任何电子组件。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、vcd、dvd、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、mp3、mp4、psp等任何电子产品或设备，也可为任何包括该半导体器件的中间产品。

其中，图8示出手机的示例。手机800的外部设置有包括在外壳801中的显示部分802、操作按钮803、外部连接端口804、扬声器805、话筒806等。

本发明实施例的电子装置，由于所包含的半导体器件具有可靠性高的优点，因此该电子装置同样具有类似的优点。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。