CN101740562B - 划线中的散热器结构 - Google Patents

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Abstract

一种集成电路结构包括：具有第一边缘的第一芯片；和具有面对第一边缘的第二边缘的第二芯片。划线在第一和第二边缘之间并且邻近第一边缘和第二边缘。散热器包括在划线中的部分，其中散热器包括多个通孔和多个金属线。在划线中的散热器的部分具有至少接近或者大于第一边缘的第一长度的第二长度。

Description

划线中的散热器结构
技术领域
本申请一般地涉及集成电路结构，以及更特别地涉及形成在划线中的散热器。
背景技术
集成电路(IC)制造业者正在使用逐渐更小的尺寸以及相应的技术来制造更小的高速半导体器件。随着这些进展，保持良品率和产量的挑战也有所增加。
半导体晶片通常包括由划线彼此分开的管芯(也称为芯片)。晶片中的各个的芯片包括电路，并且管芯通过切割而分离，然后被单独的封装。通常地，使用机械力来进行切割。然而，这引起在邻接划线的芯片上的机械力，导致损坏芯片。
近来，激光被用于管芯的切割，其中将激光投射到划线上，因此激光投射的部分被切开。有利地，激光切割不会将机械力施加到芯片上，因此基本上消除了与机械力有关的损坏。然而，激光切割是通过大量的热来实现的，其可以引起靠近划线的芯片的部分的局部温度非常高。暴露在高温下的器件会被损坏，或者使它们的性能改变。
通常地，为了解决由激光切割引起的热问题，加宽划线以便激光通过的路径远离相邻的芯片。例如，划线不得不从80μm扩展至300μm的宽度。在划线中的这种增加导致了晶片中芯片数量的减少。
因此，在技术中所需要的是一种方法或一种集成的结构，其可以结合激光切割来利用与减少机械力相关的优势而同时克服现有技术的不足。
发明内容
根据本发明的一方面，一种集成电路结构，包括具有第一边缘的第一芯片，其具有第一长度；和具有面向第一边缘的第二边缘的第二芯片。划线在第一边缘和第二边缘之间并且邻接第一和第二边缘。散热器包括在划线中的一个部分，其中散热器包括多个通孔和多个金属线。在划线中散热器的该部分具有接近第一长度或比第一长度更大的第二长度。
根据本发明的另一方面，一种集成电路结构，包括具有边缘的芯片；在芯片外面并且邻接芯片的边缘的划线；以及在划线中的散热器并且形成环绕芯片的环路。从划线的一个的中心到芯片的边缘，存在包括低k电介质材料的、将中心连接到芯片的边缘的路径。
根据本发明的又一方面，一种集成电路结构，包括芯片，和在芯片外面并且邻接芯片的边缘的划线。划线包括半导体衬底；在半导体衬底上的多个低k电介质层；在多个低k电介质层上的非掺杂的硅酸盐玻璃(USG)层；在USG层上的第一钝化层；和在第一钝化层上的第二钝化层。散热器在划线中并且形成环绕芯片的环路。散热器包括多个金属线，每个形成环绕芯片的环；将多个金属线互连的多个通孔；和在USG层中并环绕芯片的电镀金属环。沟槽环在划线中并且从第二钝化层的上表面延伸到不高于第一钝化层和第二钝化层之间的界面的水平。沟槽环基本上环绕芯片。
本发明有利的特点包括在激光切割中改善散热能力。而且，散热器形成在划线中，并因此不需要减少晶片中芯片的数量。
附图说明
为了对本发明及其优点更加全面的理解，现在采取结合相应附图的下面的说明书作为参考，其中：
图1示出了邻接划线的两个芯片的顶视图，其中散热器形成在划线中；
图2A到2E是图1所示结构的截面图；
图3示出了邻接划线的两个芯片的顶视图，其中非连续的散热器形成在划线中；
图4示出了包括电镀金属环，但没有接触插头的散热器的截面图；
图5示出了包括接触插头，但没有电镀金属环的散热器的截面图；以及
图6示出了邻接划线的两个芯片的顶视图，其中散热器具有接近芯片长度的长度，但是没有形成一个环。
具体实施方式
下面将对实施例的制造和使用进行详细地讨论。然而，应当认识到实施例给出了许多可以以多种多样的具体情况来体现的可应用的创造性的概念。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本发明的具体方式的示例，而非限定本发明的范围。
现在给出了用于散发在激光切割过程中所产生的热量的新型散热结构以及形成其的方法。本发明实施例的变化将被说明。在本发明的各个图和实施例中，相同的参考标记号码用来表示相同的元件。
图1示出了本发明一个实施例的顶视图，其包括芯片10和邻接的划线12。在每个芯片10中，形成密封环14和16，其中外侧的密封环14也叫做牺牲密封环，而内侧的密封环16也叫做主密封环。虽然有多个划线12，在整个说明书中，术语“划线”以单个的形式用来指代两个所示的芯片10之间的划线12，但是所有的划线可以具有相同或相似的结构。划线12邻接芯片10，具有在两个芯片10之间并且邻接两个芯片10的划线12的一个。如图1所示的结构可以是包括多个芯片和多个划线的晶片的一部分。在一个实施例中，芯片10具有的长度/宽度L大于约6mm。然而，所属领域技术人员将会了解，在说明书中所述的尺寸仅是举例，并且如果使用不同的形成技术和设备将会改变。通过下面的教导可以了解，对于具有较大的长度/宽度L的较大的芯片，在激光管芯切割中产生的热可以散发到较大的区域，并因此本发明的实施例对于较大的芯片的散热更有效。划线12可具有小于约160μm的宽度W2。
在划线12中存在位于划线12的表面上的测试垫20(通常称为工艺控制监视垫，或者PCM垫)。测试垫20用来测试晶片的特性，例如，电压，驱动电流，漏电流等等。测试垫20可以对齐到划线12的中线。在可选的实施例中，可以不形成测试垫20。散热器22形成在划线12中，并且可以形成在测试垫20的相反侧。在一个实施例中，散热器由电介质材料与密封环14(和芯片10的边缘)分开。散热器22的宽度W3可以是小于约10μm。散热器22和芯片10的最近的边缘，也可以是密封环14的外部边缘之间的距离D’可以是小于约2μm。散热器22的具体结构将在下面的段落中讨论。
在管芯切割工艺中，激光束通过划线12，以便芯片10彼此分开。在线24之间的区域示意性地示出了可能的切割路径，在其中激光束将被投射。在一个实施例中，切割路径具有在约5μm和约70μm之间的宽度W4，其中宽度W4也等于激光束的单个激光斑的大小或多激光烧蚀的组合宽度。切割路径可以切穿测试垫20，或者通过测试垫20和散热器22之间的间隔。可选择地，切割路径可以切穿散热器22的一个或两个。
在一个实施例中，如图1中所示。散热器22的每个形成环绕芯片10的一个的环。当在邻接芯片10的一个边的划线12上进行激光切割时，由具有高导热率的金属形成的散热器22将侧向地将热量传导到每个芯片10的其余三个边，和垂直地传导到半导体衬底。因此，使局部热量散发，以及使邻近切割路径的温度降低。
图2A示出了图1中所示的结构的一部分的截面图，其中截面图是沿着图1中横穿线2A-2A的垂直面。要注意的是图2A中所示的所有传导特征实际上可以是环(虽然不是必须的)。在本发明的一个实施例中，芯片10包括半导体衬底30，层间电介质(ILD)32，在ILD32上的金属间电介质(IMD)34，和在ILD32上的非掺杂硅酸盐玻璃(USG)。IMD34可以由低k电介质材料形成，例如k值小于约3.0，甚至小于约2.5。衬底30包括硅、锗、III族-V族(也叫III-V)化合物半导体，和/或其他通常使用的半导体材料。包括有源器件例如晶体管的集成电路可以形成在衬底30的表面。集成电路可以包括逻辑电路、存储电路、模拟电路、数字电路、和/或类似的(未示出)。第一钝化层Pass-1和可选择的第二钝化层Pass-2形成在USG层36之上。钝化层Pass-1和Pass-2可以由氧化物、氮化物、和/或它们的组合形成，并且可以由相同或不同的材料形成。
在一个实施例中，散热器22包括多个金属线42和通孔44在IMD34中。如所属技术领域所周知的，形成在底层的一个IMD34中的下金属线42可以使用单镶嵌工艺形成，而上金属线42可以使用双镶嵌工艺与下面的通孔32一起形成。
散热器22可以包括将半导体衬底30连接到金属线42和通孔44的接触插头40。接触插头40可以将下面的金属线42和通孔44连接到衬底30中的阱区，以便可以将热更有效地传导到半导体衬底30。金属线42和通孔44互相连接以形成垂直的金属柱，壁等等，以便传导热。金属线42和通孔44可以包括铜或者铜合金，以及可以与密封环14和16的形成同时地形成。
每个散热器22包括仅一个或多个散热器子环50(如果从顶视图观察)，每个外部环环绕内部环。为了更好的散热效果，每个子环50可以例如通过金属板52物理地连接在一起。每个散热器子环50可以形成非实心的壁或实心的壁，分别如图2B和2C中所示。
在一个实施例中，在顶部的一个USG层36中，单个连续的电镀金属环52直接地形成在之上，并且互相连接所有的散热器子环50。因此，在顶视图中，散热器子环50看起来是由电镀金属环52覆盖。而且，在每个USG层36中，可以有一个连续的电镀金属环52。在可选择的实施例中，每个散热器22包括多个散热器子环50，而不具有将它们互相连接的电镀金属环52，其中多个散热器子环50的每个可以从ILD32的内侧延伸到顶部的一个USG层36。
每个散热器22还可以包括铝环(在说明书中也可选择性的叫做铝垫或者AP1)在电镀金属环52之上并且连接到电镀金属环52。铝环AP1与在半导体芯片10中的焊垫(未示出)和铝环AP2的形成同时地形成。
沟槽60形成在散热器22之上。如果从顶部观察，沟槽60也形成具有四个边缘的沟槽环，每个紧邻半导体芯片10的一个各自的边缘。沟槽60的底部62可以至少达到钝化层Pass-1和Pass-2之间的界面64。此外，底部62可以在界面64之下延伸，例如，超过大于约
Figure G2009101469824D00051
然而，钝化层Pass-1的一层需要留在电镀金属环52之上以防止露出电镀金属环52。如果在管芯切割期间产生裂缝并且沿着界面64传播，那么裂缝将被沟槽60阻止。即使裂缝跨过沟槽60传播，如果可能，裂缝的应力也由沟槽60显著地减小，并且密封环14和16将有效地防止裂缝的任何的进一步传播。这对于裂缝的防止提供了双保险。值得注意的是任何出现在高于沟槽60底部62的位置的裂缝也将被阻止，包括那些出现在钝化层Pass-2中的裂缝。沟槽60具有大于约1μm的宽度W5。在各个划线12被切割时，沟槽60未被填充。在封装工艺中，沟槽可以不被填充，也可以由与钝化层Pass-1和Pass-2相同或不同的材料填充，其材料可以是聚酰亚胺或其他电介质材料。
密封环16也可以包括铝环AP2，其也形成紧邻芯片10的边缘的环。而且，钝化层Pass-2还包括具有基本上垂直对准各个芯片10的外部边缘的外部边缘的沟槽66，并且在牺牲密封环14之上。
图2B示出了图2A中所示的散热器子环50的一个的截面图，其中截面图是沿着跨过图2A中的线2B-2B(或2C-2C)的垂直面。图2B示出了金属线42是连续的，并且形成环绕芯片10(参见图1)连续环路。通孔44是离散的通孔柱，由电介质材料34分离该离散的通孔柱44。于是金属线42和通孔44形成非实心的金属壁，其具有嵌入其中的电介质材料。同样地，散热器22的该部分也可以包括在USG层36中的连续的电镀金属环52和下面的离散通孔。
图2C示出了一个可选择的实施例，并且示出了图2A中所示的散热器子环50的一个的截面图，其中截面图是沿着跨过图2A中的线2C-2C(或2B-2B)的垂直面。图2C示出了金属线42是连续的，并且形成环绕芯片10(参见图1)连续环路。同样地，通孔44也是实心的通孔条。于是金属线42和通孔44形成实心金属壁，其从USG层36延伸进入底部IMD34，或者进入ILD32如果接触插头也是连续的接触条(环)。
回头参见图2A，如果散热器子环50具有如图2C中的结构，那么从划线12中心内的点70到芯片10边缘的点72，对于由低k电介质材料形成的路径来来说没有湿气从点70到72渗透。在一个可选择的实施例中，所有散热器子环50具有如图2B所示的结构。因此，存在一路径(由低k电介质材料形成)使湿气从点70到点72渗透。因此，散热器22不能在切割各个晶片后防止湿气渗透。在又一其他实施例中，一些散热器子环50具有如图2B所示的结构，而另一些散热器子环50具有如图2C所示的结构。
图2D和2E又示出了另一的实施例，其中散热器子环50(和/或散热器22本身)的截面图具有非连续的结构。图2D和2E的截面图沿着穿越图2A中的线2B-2B和/或2C-2C的垂直面。在这种情况下，每个散热器子环50实际上由多个离散的金属柱形成，每个金属柱包括多个金属线42和通孔44。该离散的金属柱可以从金属插头40或在低k电介质层34的底层内向低k电介质层34的顶层延伸。离散的金属柱可以由电镀金属(环)52互连，并且可选择地，包括如图2D中所示的铝环AP1。可选择地，如图2E中所示，离散的金属柱可以彼此完全地分离，而不具有将它们互连的连续电镀金属(环)52。也就是说，在USG层36中的金属特征也包括多个离散的特征。
图3示出了如图2E中所示的非连续散热器22的顶视图，其包括多个离散的散热器柱。在相邻散热器柱之间的距离D可以小于用来切割管芯的激光的光斑大小。在激光斑的大小大约5μm到约20μm的情况下，根据激光斑的大小，距离D可以小于约20μm，也可以小于约5μm。实验结果已经显示出如果距离D大于激光斑的大小，那么散热效果显著地损害。离散的散热器柱对准与芯片10平行的线。
在一个实施例中，如图2A中所示，形成了接触40和电镀金属环52。由于热可以垂直地散发到半导体衬底20(通过接触插头40)并且水平地散发到各个芯片的其他侧，因此优化了散热效果。在本发明的其他实施例中，省略了接触插头40，如在图4中示意性所示。然而，至少一个电镀金属环52仍留下。在又一其他实施例中，如在图5中示意性所示，仍然形成接触插头40，而省略互连所有子环50的电镀金属环52。模拟结果显示图4和5所示的实施例仍能够散热，然而，具有比图2A所示的实施例更小的效果。而且，虽然在前述实施例中，散热器22的每个边都示为比芯片的各个边长，但是散热器的长度L’(参见图6)也可以等于，例如，大于约芯片10的各个边的长度L的80％。在这种情况下，在芯片一侧上的散热器22可以不与同一芯片10的其他侧上的散热器22连接，如图6中所示。
本发明的实施例具有几个有益的特征。通过在划线中形成散热器，在激光管芯切割中产生的热量被有效地散发到各个晶片的更大的区域，并因此减小了局部的温度。由于散热器形成在划线中，因此无需增加划线的宽度。于是节省了芯片面积。本发明的实施例充分地使用了现有的集成电路制造工艺，无需附加的掩模和工艺步骤。在实施例中，上述结合图1-6描述的集成电路可以在能够与印刷线路板或印刷电路板(PCB)物理地和电耦合以形成电子装配的系统中形成。该电子装配可以是电子系统例如计算机、无线通信设备、计算机相关的周边、娱乐设备等等的一部分。该系统可以提供在一个IC中的整个系统，所谓的芯片上系统(SOC)或集成电路上系统(SOIC)器件。这些SOC器件可以在一个集成电路中提供，例如，实现移动电话、个人数据处理机(PDA)、数字VCR、数字摄像机、数字照相机、MP3播放器等所需的全部电路。
虽然已经对本发明及其优点进布了详细地描述，但是应当了解，这里可以进行各种改变、代替和变化，而不脱离由附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围。而且，当前应用的范围不是想要限定到在说明中中描述的工艺、设备、制造的优选实施例，以及物质的组合、方式、方法和步骤。根据本发明，例如所属技术领域的普通技术人员将容易地从本发明披露的内容了解，如这里所描述的相应实施例进行基本上相同的功能或达到基本上相同的结果的现有的或者将来要开发的工艺、设备、制造、物质的组合、方式、方法、或步骤可以被使用。因此，附加的权利要求想要包括它们的范围内，例如工艺、设备、制造、物质的组合、方式、方法、或步骤。此外，每个权利要求构成一个独立的实施例，并且各个权利要求射实施例的组合在本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种集成电路结构，包括：
第一芯片，包括具有第一长度的第一边缘；
第二芯片，具有面向第一边缘的第二边缘；
划线，在第一边缘和第二边缘之间并邻近第一和第二边缘；以及
散热器，包括在划线中的部分，其中该散热器包括多个通孔和多个金属线，并且其中在该划线中的散热器的该部分具有至少接近第一长度的第二长度，
其中，该散热器形成环绕该第一芯片的环路。
2.权利要求1的集成电路结构，其中第二长度大于第一长度。
3.权利要求1的集成电路结构，其中散热器包括金属线和在金属线下面并且电连接到金属线的通孔，其中通孔的宽度与金属线的宽度相同。
4.权利要求1的集成电路结构，其中散热器包括环绕第一芯片的连续的电镀金属环，并且其中整个散热器在邻近第一芯片的划线中。
5.权利要求1的集成电路结构，其中散热器包括多个散热器子环，每个散热器子环环绕第一芯片，并且其中，连续的电镀金属环在该多个散热器子环之上并连接到该多个散热器子环。
6.权利要求1的集成电路结构，还包括：
在散热器上的第一钝化层；
在第一钝化层上的第二钝化层；以及
在第二钝化层中并且具有不高于第一钝化层和第二钝化层之间的界面的底部的沟槽环，该沟槽环环绕第一芯片并且直接在散热器上。
7.权利要求1的集成电路结构，还包括：
在划线中并且对准划线的纵长方向的测试垫；以及
在划线中并且相对于所述散热器在测试垫的相反侧的附加散热器。
8.一种集成电路结构，包括：
包括边缘的芯片；
在芯片的外侧并且邻近芯片的边缘的划线；以及
散热器，在划线中并且形成环绕芯片的环路。
9.权利要求8的集成电路结构，还包括：
多个低k电介质层；以及
在多个低k电介质层上的第一非掺杂硅酸盐玻璃(USG)层，其中所述散热器包括环绕芯片并且在所述第一非掺杂硅酸盐玻璃(USG)层中的第一电镀金属环；
所述集成电路结构还包括在第一非掺杂硅酸盐玻璃(USG)层下的第二USG层，其中散热器包括邻近第一电镀金属环并且在第二USG层中的第二电镀金属环；
其中所述散热器包括由电介质区域分开的离散的金属柱，以及其中离散的金属柱在第一电镀金属环下面并且连接到第一电镀金属环。
10.权利要求8的集成电路结构，其中所述散热器包括离散的金属柱，且不具有金属特征将离散的金属柱互连；
所述集成电路结构，还包括在所述散热器下面的半导体衬底，并且其中散热器包括接触半导体衬底的接触插头。
11.权利要求8的集成电路结构，其中所述散热器包括环绕所述芯片的通孔环，所述集成电路结构还包括直接在散热器上并连接所述散热器的铝环。
12.权利要求8的集成电路结构，还包括：
在所述散热器上的第一钝化层；
在所述第一钝化层上的第二钝化层；以及
在所述第二钝化层中并且具有不高于第一钝化层和第二钝化层之间的界面的底部的沟槽环，该沟槽环环绕所述芯片并且直接在散热器上。
13.权利要求1的集成电路结构，其中在所述散热器中的多个通孔都是通孔条的形式，并且其中所述散热器包括至少一个环绕所述芯片的实心金属壁；
其中在所述散热器中的多个通孔包括由电介质材料分开的离散通孔，并且其中从所述划线中心到所述芯片的边缘，存在有由低k电介质材料构成并且将中心连接到边缘的路径。
14.权利要求1的集成电路结构，其中所述散热器是非连续的并且包括与平行于芯片的边缘的线对准的散热器柱，以及其中每个散热器柱包括多个金属线层和多个通孔层；
其中相邻的散热器柱之间的距离小于5μm。
15.一种集成电路结构，包括：
包括边缘的芯片；
在所述芯片的外侧并且邻接所述芯片的边缘的划线，其中所述划线包括：
半导体衬底；
在所述半导体衬底上的多个低k电介质层；
在所述多个低k电介质层上的非掺杂硅酸盐玻璃(USG)层；以及
在所述非掺杂硅酸盐玻璃(USG)层上的钝化层；
在划线中并且形成环绕芯片的环路的散热器，其中所述散热器包括：
多个金属线，每个金属线形成环绕芯片的环；和
多个通孔，互连所述多个金属线；以及
在划线中并且从钝化层的上表面到不高于钝化层的底表面的水平延伸的沟槽环，其中所述沟槽环环绕所述芯片。
16.权利要求15的集成电路结构，其中在所述散热器中的多个通孔都是通孔条的形式，并且其中所述散热器包括至少一个环绕所述芯片的实心金属壁；
其中在所述散热器中的多个通孔包括由电介质材料分开的离散通孔，并且其中从所述划线中心到所述芯片的边缘，存在有由低k电介质材料构成并且将中心连接到边缘的路径。
17.权利要求15的集成电路结构，其中所述散热器是非连续的并且包括与平行于芯片的边缘的线对准的散热器柱，以及其中每个散热器柱包括多个金属线层和多个通孔层；
其中相邻的散热器柱之间的距离小于5μm。
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