TW202103241A - Semiconductor device and method of fabricating the same - Google Patents
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本發明是有關於一種積體電路及其製造方法,且特別是有關於一種半導體元件及其製造方法。The present invention relates to an integrated circuit and a manufacturing method thereof, and particularly relates to a semiconductor element and a manufacturing method thereof.
隨著科技的進步,各類電子產品皆朝向高速、高效能、且輕薄短小的趨勢發展。如何能有效地利用晶片面積,提升良率是目前非常重要的課題。With the advancement of technology, all kinds of electronic products are developing towards high-speed, high-efficiency, and light, thin, short and small trends. How to effectively use the chip area and improve the yield is a very important topic at present.
晶圓在切割時因切割鋸片的應力可能會產生裂痕,因此,在晶片周圍通常會形成密封環,以避免裂痕延伸到晶片區而損壞到內部電路,進而造成良率的損失。然而,密封環或密封環與晶片區之間的區域可能會佔用過多的晶片面積。During wafer dicing, cracks may occur due to the stress of the dicing saw blade. Therefore, a sealing ring is usually formed around the wafer to prevent the cracks from extending to the wafer area and damaging the internal circuits, thereby causing yield loss. However, the seal ring or the area between the seal ring and the wafer area may occupy too much wafer area.
本發明實施例提供一種半導體元件的製造方法,可以避免晶圓在切割時因切割鋸片的應力產生的裂痕問題,利用布局改變使蝕刻製程不會損及下層,並且可以減少密封環所佔用的晶片面積。The embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor element, which can avoid the problem of cracks caused by the stress of the dicing saw blade during the dicing of the wafer, use layout changes to prevent the etching process from damaging the lower layer, and can reduce the footprint of the sealing ring Wafer area.
本發明實施例提出一種半導體元件的製造方法,包括以下步驟。在基底上形成彼此分離的第一密封環與第二密封環。在所述基底上形成保護層,覆蓋所述第一密封環與所述第二密封環,其中所述第一密封環與所述第二密封環之間的所述保護層具有凹面。移除位於所述凹面處的所述保護層以及所述第一密封環上的部分所述保護層,於所述第一密封環的側壁形成間隙壁,並在所述保護層中形成開口,所述開口的寬度大於所述第一密封環的寬度,且所述開口裸露出所述第一密封環的頂面以及所述間隙壁。The embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, which includes the following steps. A first seal ring and a second seal ring separated from each other are formed on the substrate. A protective layer is formed on the substrate to cover the first seal ring and the second seal ring, wherein the protective layer between the first seal ring and the second seal ring has a concave surface. Removing the protective layer at the concave surface and part of the protective layer on the first sealing ring, forming a gap wall on the side wall of the first sealing ring, and forming an opening in the protective layer, The width of the opening is greater than the width of the first sealing ring, and the opening exposes the top surface of the first sealing ring and the gap wall.
本發明實施例提出一種半導體元件,包括第一密封環、第二密封環、間隙壁與保護層。第一密封環與第二密封環彼此分離地設置在基底上。間隙壁設置於所述第一密封環的第一側壁。保護層設置在所述基底上,覆蓋所述第一密封環的第二側壁與所述第二密封環。所述保護層具有開口,裸露出所述第一密封環的頂面與所述間隙壁。The embodiment of the present invention provides a semiconductor element, which includes a first sealing ring, a second sealing ring, a gap wall, and a protective layer. The first sealing ring and the second sealing ring are separately provided on the substrate. The gap wall is arranged on the first side wall of the first sealing ring. The protective layer is arranged on the substrate and covers the second side wall of the first sealing ring and the second sealing ring. The protective layer has an opening, which exposes the top surface of the first sealing ring and the gap wall.
基於上述,第一密封環的寬度小,並且第一密封環與第二密封環之間的間距小,因此可以減少密封環佔用的晶片面積。開口(即頂介層窗開口(top via,TV))的寬度大,有助於提升後續於開口中形成之膜層的階梯覆蓋性。Based on the above, the width of the first seal ring is small, and the distance between the first seal ring and the second seal ring is small, so the chip area occupied by the seal ring can be reduced. The opening (that is, the top via (TV)) has a large width, which helps to improve the step coverage of the film layer subsequently formed in the opening.
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。In order to make the above-mentioned features and advantages of the present invention more comprehensible, the following specific embodiments are described in detail in conjunction with the accompanying drawings.
請參照圖1A,提供基底10。基底10可為半導體基底10。基底10可包括晶片區CR、密封環區SR與切割區SL。晶片區CR可用於形成電子元件。切割區SL環繞於晶片區CR周圍。在後續進行單體化步驟時,可沿切割區SL進行切割。密封環區SR位於晶片區CR與切割區SL之間。密封環區SR中可以形成密封環,在後續進行單體化步驟時,可以阻擋切割晶圓所產生的裂紋擴及晶片區CR,而損壞晶片區CR之中的電子元件。1A, a
晶片區CR以及密封環區SR中形成多個隔離結構ST1、ST2。隔離結構例如是淺溝渠隔離結構。A plurality of isolation structures ST1 and ST2 are formed in the wafer region CR and the seal ring region SR. The isolation structure is, for example, a shallow trench isolation structure.
第一隔離結構ST1的寬度WS1大於第二隔離結構ST2的寬度WS2。在密封環區SR中的第一隔離結構ST1將密封環區SR分隔出第一區R1與第二區R2。第一區R1比第二區R2更接近切割區SL。第二區R2比第一區R1更接近晶片區CR。第二區R2介於第一隔離結構ST1與第二隔離結構ST2之間。在一些實施例中,第一區R1的寬度WR1小於第二區R2的寬度WR2,且第二區R2的寬度WR2小於第一隔離結構ST1的寬度WS1。第一區R1的寬度WR1例如是第二區R2的寬度WR2的1/2至2/3,第一隔離結構ST1的寬度WS1例如是第二區R2的寬度WR2的1.5倍至2.5倍。舉例來說,密封環區SR的寬度例如是4.5μm,其中第一隔離結構ST1的寬度WS1例如是2μm、第一區R1的寬度WR1例如是1μm,第二區R2的寬度WR2例如是1.5μm。The width WS1 of the first isolation structure ST1 is greater than the width WS2 of the second isolation structure ST2. The first isolation structure ST1 in the seal ring area SR separates the seal ring area SR into a first area R1 and a second area R2. The first region R1 is closer to the cutting region SL than the second region R2. The second region R2 is closer to the wafer region CR than the first region R1. The second region R2 is between the first isolation structure ST1 and the second isolation structure ST2. In some embodiments, the width WR1 of the first region R1 is smaller than the width WR2 of the second region R2, and the width WR2 of the second region R2 is smaller than the width WS1 of the first isolation structure ST1. The width WR1 of the first region R1 is, for example, 1/2 to 2/3 of the width WR2 of the second region R2, and the width WS1 of the first isolation structure ST1 is, for example, 1.5 to 2.5 times the width WR2 of the second region R2. For example, the width of the seal ring region SR is, for example, 4.5 μm, the width WS1 of the first isolation structure ST1 is, for example, 2 μm, the width WR1 of the first region R1 is, for example, 1 μm, and the width WR2 of the second region R2 is, for example, 1.5 μm. .
請參照圖1A,在第一區R1中形成第一摻雜區D1,並在第二區R2中形成第二摻雜區D2。第一摻雜區D1和第二摻雜區D2可以具有相同的導電型與相同的摻雜濃度。第一摻雜區D1和第二摻雜區D2可與基底10具有相同的導電型,但第一摻雜區D1和第二摻雜區D2的摻雜濃度大於基底10的摻雜濃度。第一摻雜區D1與第二摻雜區D2可以利用同一個離子植入製程形成。1A, a first doped region D1 is formed in the first region R1, and a second doped region D2 is formed in the second region R2. The first doped region D1 and the second doped region D2 may have the same conductivity type and the same doping concentration. The first doped region D1 and the second doped region D2 may have the same conductivity type as the
請參照圖1D,在基底10上形成介電結構18以及金屬化結構MT。介電結構18位於基底10的晶片區CR、密封環區SR與切割區SL上。介電結構18包括內層介電層(ILD)12與金屬層間介電層(IMD)14、16。在本實施例中,層間介電層16是頂層層間介電層,層間介電層14位於頂層層間介電層16與內層介電層12之間,並與其二者物理性接觸,內層介電層12位於金屬層間介電層與基底10之間。然而,在其他的實施例中,頂層層間介電層16與層間介電層14之間可以插入一層以上的層間介電層。內層介電層12與金屬層間介電層14、16可以分別是單層或是多層。內層介電層12與金屬層間介電層的材料可以相同或是不同。內層介電層12與金屬層間介電層的材料包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽以及低介電常數材料。低介電常數材料的介電常數(k值)可以低於3.0,甚至低於約2.5,因此低介電常數材料也可稱為極低介電常數(ELK)材料。內層介電層12與金屬層間介電層14、16可以是以化學機械研磨法或是回蝕刻法平坦化的平坦層。1D, a
金屬化結構MT形成於介電結構18之中,且有一部分的金屬化結構MT形成於介電結構18之上。金屬化結構MT包括金屬內連線(未示出)、第一密封環SR1(或稱為外環)與第二密封環SR2(或稱為內環)。金屬內連線位於晶片區CR。第一密封環SR1與第二密封環SR2分別位於密封環區SR的第一區R1與第二區R2之中。第一密封環SR1與第二密封環SR2分別與第一摻雜區D1以及第二摻雜區D2電性連接,進而接地,使切割過程中產生的靜電不會過度集中在第一密封環SR1與第二密封環SR2上,以避免產生靜電放電(ESD)現象而損壞晶片。The metallization structure MT is formed in the
金屬化結構MT的金屬內連線、第一密封環SR1與第二密封環SR2可以分別包括多層導體層(導線)110、120、130、210、220、230與多個導體插塞102、104、112、122、202a、202b、204a、204b、212a、212b、222a、222b。導體層與導體插塞的材料可以包括金屬、金屬合金、金屬氮化物,例如是鎢、鋁、銅、鉭、鈦、氮化鉭、氮化鈦等導電材料。The metal interconnection of the metallization structure MT, the first sealing ring SR1 and the second sealing ring SR2 may respectively include multiple conductor layers (wires) 110, 120, 130, 210, 220, 230 and a plurality of
在圖1A至1F中,第一層導體層110與導體層120或第一層導體層210與導體層220彼此上下相鄰。然而,本發明不以此為限。在其他的實施例中,在第一層導體層110與導體層120之間,或是第一層導體層210與導體層220之間可以插入一層以上的導體層以及一個或多個導體插塞。In FIGS. 1A to 1F, the first
導體層110、120、210、220設置在介電層12、14中,導體層130、230設置在介電層16上,與基底10的表面(例如是XY平面)大致平行。多個導體插塞102、104、112、122、202a、202b、204a、204b、212a、212b、222a、222b設置在介電層12、14、16中,縱向(例如是Z方向)連接基底10與第一層導體層110、210,或連接導體層110、120、130、210、220、230中上下相鄰的兩層導體層。第一密封環SR1與第二密封環SR2的各個導體層110、120、130以及各個導體插塞102、104、112、122呈環狀,以環繞晶片區CR的邊緣。同樣地,第二密封環SR2的各個導體層210、220、230以及各個導體插塞202a、202b、204a、204b、212a、212b、222a、222b呈環狀,以環繞晶片區CR的邊緣,如圖2所示。The
請參照圖1D,第一密封環SR1與晶片區CR的元件以及金屬內連線電性絕緣。並且,第一密封環SR1藉由介電結構18以及第一隔離結構ST1與第二密封環SR2物理性以及電性分隔。第二密封環SR2可以與晶片區CR的元件以及金屬內連線電性連接或電性絕緣。換言之,第一密封環SR1沒有繞線(routing),而第二密封環SR2可以允許繞線。1D, the first sealing ring SR1 is electrically insulated from the components of the chip area CR and the metal interconnection. In addition, the first seal ring SR1 is physically and electrically separated from the second seal ring SR2 by the
金屬內連線、第一密封環SR1與第二密封環SR2的多個導體層的層數可以相同或是相異。舉例來說,金屬內連線、第一密封環SR1與第二密封環SR2分別具有N層導體層,其中N是介於3~8的整數。換言之,第一密封環SR1與第二密封環SR2的第N層導體層是頂層導體層130、230,其設置在頂層層間介電層16上。第一密封環SR1與第二密封環SR2的第N-1層導體層是導體層120、220,其設置在頂層層間介電層16之中。在以下的內容中所提及的第N-2層導體層未繪示在圖1A至1F中。若是N大於或等於4,則的第N-2層導體層可以是指設置在導體層120與第一層導體層110之間的導體層。若是N等於3,則的第N-2層導體層可以是指第一導體層110。The number of layers of the multiple conductor layers of the metal interconnection, the first sealing ring SR1 and the second sealing ring SR2 may be the same or different. For example, the metal interconnection, the first sealing ring SR1 and the second sealing ring SR2 respectively have N layers of conductor layers, where N is an integer between 3-8. In other words, the Nth conductive layers of the first sealing ring SR1 and the second sealing ring SR2 are the top conductor layers 130 and 230, which are disposed on the top
第一密封環SR1的寬度WSR1小於第二密封環SR2的寬度WSR2。此處,所述的第一密封環SR1的寬度WSR1可是指第N-2層導體層至第一層導體層110的平均寬度,所述的第二密封環SR2的寬度WSR2可以是指第N-2層導體層至第一層導體層210的平均寬度。在本實施例中,第一密封環SR1的導體層110、120、130的寬度W110、W120、W130分別小於在同一高度的第二密封環SR2的導體層210、220、230的寬度W210、W220、W230。舉例來說,第一密封環SR1的第N-2層導體層至第一層導體層110的寬度W110是第二密封環SR2的第N-2層導體層至第一層導體層210的寬度W210的1/2至2/3。The width WSR1 of the first seal ring SR1 is smaller than the width WSR2 of the second seal ring SR2. Here, the width WSR1 of the first seal ring SR1 may refer to the average width from the N-2th conductor layer to the
在第一密封環SR1中,頂層導體層(第N層導體層)130的寬度W130大於或等於第一密封環SR1中所有導體層(第一層導體層至第N-2層導體層)110、120的寬度W110、W120。頂層導體層110下方的第N-1層導體層120的寬度W120小於或等於第N層導體層130的寬度W130,且小於或等於第N-2層導體層或第一層導體層110的寬度W110。第N-2層導體層至第一層導體層110可以具有相同寬度。舉例來說,第N-1層導體層120的寬度W120是第N層導體層130的寬度W130的50%至70%。第N-1層導體層120的寬度W120是第一層導體層110的寬度W110的70%至80%。頂層導體層(第N層導體層)130設置在第一區R1的頂層層間介電層16上。頂層導體層(第N層導體層)130的接近切割區SL的第一側壁SW13L可以大致切齊第一區R1的第一邊界B11。第N層導體層130得接近第二區R2的側壁SW13R可以切齊第一區R1的第二邊界B12。或者,頂層導體層(第N層導體層)130接近第二區R2的側壁SW13R可以超出第一區R1的第二邊界B12,而沿第二區R2的方向延伸,以覆蓋位在部分的第一隔離結構ST1上方的頂層層間介電層16。第N-1層導體層120至第一層導體層110設置在第一區R1的頂層層間介電層層16與間介電層14中。第N-1層導體層120的寬度W120小於第一區R1的寬度。換言之,第N-1層導體層120的頂面被頂層導體層130完全遮蔽,第N-1層導體層120的側壁SW12L與SW12R被位於第一區R1範圍內的頂層層間介電層16覆蓋。第N-2層導體層至第一層導體層110的寬度W110大致等於第一區R1的寬度WR1。第N-2層導體層至第一層導體層110之各層導體層的兩側壁SW11L、SW11R可以分別大致切齊第一區R1的第一邊界B11與第二邊界B12。In the first seal ring SR1, the width W130 of the top conductor layer (the Nth conductor layer) 130 is greater than or equal to all conductor layers in the first seal ring SR1 (the first conductor layer to the N-2th conductor layer) 110 , 120 width W110, W120. The width W120 of the N-
在第二密封環SR2中,在第二區R2相同位置上的第N層導體層230至第一層導體層130可以具有相同寬度。頂層導體層(第N層導體層)230設置在第二區R2的頂層層間介電層16上。頂層導體層(第N層導體層)230的接近第一隔離結構ST1的第一側壁SW23L可以大致切齊第二區R2的第一邊界B21。頂層導體層(第N層導體層)230的接近第二隔離結構ST2的側壁SW23R可以大致切齊第二區R2的第二邊界B22。在一些情況下,頂層導體層(第N層導體層)230可以用來繞線,頂層導體層230的側壁SW23R會超出第二區R2的第二邊界B22,並沿晶片區CR的方向延伸,以覆蓋位在部分的第二隔離結構ST2上方的介電層16,或甚至還延伸至晶片區CR。第N-1層導體層220至第一層導體層210設置在第二區R2的頂層層間介電層16與層間介電層14中。第N-1層導體層220至第一層導體層210的寬度W210大致等於第二區R2的寬度WR2。第N-1層導體層220至第一層導體層110之各層導體層的兩側壁SW22L、SW22R、SW21L、SW21R可以大致切齊第二區R2的第一邊界B21與第二邊界B22。In the second seal ring SR2, the Nth
請參照圖1D,第一密封環SR1包括導體插塞102、104、112、122,第二密封環SR2包括導體插塞202a、202b、204a、204b212a、212b、222a、222b。導體插塞102、104、202a、202b、204a、204b為接觸窗(contact),位於內層介電層12之中。接觸窗102、104彼此堆疊組成第一接觸窗堆疊結構106,以電性連接基底10的第一摻雜區D1與第一密封環SR1的第一層導體層110。接觸窗202a、204a彼此堆疊組成第二接觸窗堆疊結構206a,接觸窗202b、204b彼此堆疊組成第二接觸窗堆疊結構206b,以物理性連接基底10的第二摻雜區D2與第二密封環SR2的第一層導體層210。1D, the first sealing ring SR1 includes conductor plugs 102, 104, 112, 122, and the second sealing ring SR2 includes conductor plugs 202a, 202b, 204a, 204b, 212a, 212b, 222a, 222b. The conductor plugs 102, 104, 202 a, 202 b, 204 a, and 204 b are contacts, which are located in the
導體插塞112、122、212a、212b、222a、222b又稱為第一介層窗(via),位於層間介電層14、16之中,可以電性連接第一密封環SR1的導體層110、120、130中上下相鄰兩層導體層。導體插塞212a、212b、222a、222b又稱為第二介層窗,位於層間介電層14、16之中,可以電性連接第二密封環SR2的導體層210、220、230中上下相鄰兩層導體層。The conductor plugs 112, 122, 212a, 212b, 222a, and 222b are also called first vias, which are located in the interlayer dielectric layers 14, 16 and can be electrically connected to the
金屬內連線、第一密封環SR1與第二密封環SR2的導體插塞的數量可以依據實際的需要來設計。第一密封環SR1的導體插塞,可以在後續進行切割時釋放應力。第二密封環SR2可以接地,其導體插塞的數量多可以具有較佳的導通效率。因此,在一實施例中,第一密封環SR1的導體插塞的數量小於位於同一水平高度的第二密封環SR2的導體插塞的數量。換言之,在基底10至第一層導體層110之間,設置於第一區R1之中的第一密封環SR1的第一接觸窗堆疊結構106的數量(例如1)小於設置於第二區R2之中的第二密封環SR2的第二接觸窗堆疊結構206的數量(例如2或更多)。在第一層導體層110至第N層導體層130之間,設置於第一區R1之中的第一密封環SR1的第一介層窗112或122的數量(例如1)小於設置於第二區R2之中位於同一水平高度的第二密封環SR2的第二介層窗212或222的數量(例如2,或更多)。The number of metal interconnects, the number of conductor plugs of the first sealing ring SR1 and the second sealing ring SR2 can be designed according to actual needs. The conductor plug of the first sealing ring SR1 can release stress during subsequent cutting. The second sealing ring SR2 can be grounded, and its large number of conductor plugs can have better conduction efficiency. Therefore, in an embodiment, the number of conductor plugs of the first seal ring SR1 is smaller than the number of conductor plugs of the second seal ring SR2 located at the same level. In other words, between the
在第一密封環SR1與第二密封環SR2中,位於基底10至頂層導體層130、230之間的導體插塞102、104、112、122、202、204、206、212、222可以具有不同的寬度。在一實施例中,第一密封環SR1與第二密封環SR2的導體插塞102、104、112、122、202、204、206、212、222的寬度從基底10起沿頂層導體層130、230(即,由下而上)的方向逐漸增加。亦即,導體插塞102、202a、202b的寬度最小,導體插塞212、222a、222b的寬度最大。第一密封環SR1的導體插塞(例如112),與第二密封環SR2在同一高度的導體插塞(例如212)可以具有相同的寬度,或不同的寬度。In the first sealing ring SR1 and the second sealing ring SR2, the conductor plugs 102, 104, 112, 122, 202, 204, 206, 212, 222 located between the
在第一密封環SR1中,自基底10至頂層導體層130之間的導體插塞102、104、112、122的排列可以大致對準第一區R1的中心線,因此其彼此對齊,或者可以部分重疊。在第二密封環SR2中,位於基底10至第一層導體層210之間的兩個插塞堆疊結構206a、206b之間的距離d1小於位於第一層導體層210與第二層導體層220之間的兩個第二介層窗212a、212b之間的距離d2,而使其彼此相錯,且沒有重疊,或僅有極少部分重疊。在此,距離d1是指導體插塞202a在半高處的側壁與導體插塞202b在半高處的側壁之間的距離。距離d2是指第二介層窗212a在半高處的側壁與第二介層窗212b在半高處的側壁之間的距離。位於導體層210與導體層220之間的兩個第二介層窗212a、212b,可分別與位於導體層220與導體層230之間的兩個介層窗222a、222b部分重疊。In the first seal ring SR1, the arrangement of the conductor plugs 102, 104, 112, 122 from the
請參照圖1D、圖2與圖3,依據實際的需要,密封環區可以分別具有單一寬度或具有多個寬度。密封環區SR環繞晶片區CR的邊緣,其包括直線段LP與轉角段CP。直線段LP與晶片的邊大致平行。轉角段CP連接兩個不同方向的直線段LP。密封環區SR的直線段LP與轉角段CP可以具有相同的寬度或具有不同的寬度。Please refer to FIG. 1D, FIG. 2 and FIG. 3. According to actual needs, the seal ring area may have a single width or multiple widths. The seal ring area SR surrounds the edge of the wafer area CR, and includes a straight section LP and a corner section CP. The straight line LP is approximately parallel to the edge of the wafer. The corner section CP connects two straight sections LP in different directions. The straight section LP and the corner section CP of the seal ring area SR may have the same width or have different widths.
密封環區SR的第一區R1或第二區R2可以分別具有單一寬度或具有多個寬度。舉例來說,第一區R1在其轉角段CP的寬度WR1C大於直線段LP的寬度WR1L,第二區R2在其轉角段CP的寬度WR2C大於直線段LP的寬度WR2L。第一區R1在其轉角段CP的寬度WR1C例如是直線段LP的寬度WR1L的1.2倍至1.6倍,第二區R2在其轉角段CP的寬度WR2C例如是直線段LP的寬度WR2L的1.2倍至1.6倍。The first region R1 or the second region R2 of the seal ring region SR may have a single width or a plurality of widths, respectively. For example, the width WR1C of the corner section CP of the first region R1 is larger than the width WR1L of the straight section LP, and the width WR2C of the corner section CP of the second region R2 is larger than the width WR2L of the straight section LP. The width WR1C of the first region R1 at the corner section CP is, for example, 1.2 to 1.6 times the width WR1L of the straight section LP, and the width WR2C of the second region R2 at the corner section CP is, for example, 1.2 times the width WR2L of the straight section LP To 1.6 times.
在第一密封環SR1中,同一層的導體層可以具有單一寬度或具有多個寬度。同樣地,在第二密封環SR2中,同一層的導體層可以具有單一寬度或具有多個寬度。舉例來說,環繞在晶片區CR周圍的同一導體層130或230在其轉角段CP的寬度可以大於直線段LP的寬度。In the first seal ring SR1, the conductor layer of the same layer may have a single width or have multiple widths. Similarly, in the second seal ring SR2, the conductor layer of the same layer may have a single width or have multiple widths. For example, the width of the corner section CP of the
在第一密封環SR1中,同一導體插塞可以具有單一寬度或具有多個寬度。同樣地,在第二密封環SR2中,同一導體插塞可以具有單一寬度或具有多個寬度。舉例來說,環繞在晶片區CR周圍的同一水平高度的導體插塞122、222a或222b在其轉角段CP的寬度可以大於直線段LP的寬度。In the first seal ring SR1, the same conductor plug may have a single width or have multiple widths. Likewise, in the second seal ring SR2, the same conductor plug may have a single width or have multiple widths. For example, the width of the corner section CP of the
請參照圖1D以及圖2,轉角段CP與晶片的四個轉角之間的區域為虛擬區DR。在虛擬區DR與第一隔離區S1之中,可以具有多個介電層12、14、16以及位於介電層12之中的半導體層(多晶矽)。由於第一隔離區S1主要為應力釋放邊界,因此可以無導體層。虛擬區DR區無任何導體層或僅有極少導體層,可以避免後續開TV時下層金屬層露出來而造成汙染。因此,第一隔離區S1與虛擬區DR不具有對應金屬化結構MT的導體層與導體插塞。或者,僅具有少數對應金屬化結構MT的導體層與導體插塞,但介電結構18上不具有頂層導體層。換言之,第一隔離結構ST1上的導體層的層數會等於或小於N,且在與第一密封環SR1與第二密封環SR2的頂層導體層130、230相同的水平高度不具有頂層導體層。至此,第一隔離區S1的最頂面(即,介電層16的頂面16t)低於第一區R1與第二區R2的最頂面(即,頂層導體層130的頂面130t以及頂層導體層230的頂面30t)。Please refer to FIG. 1D and FIG. 2, the area between the corner segment CP and the four corners of the chip is a virtual area DR. In the dummy region DR and the first isolation region S1, there may be a plurality of
金屬內連線、第一密封環SR1與第二密封環SR2可以同時形成或是不同時形成。導體層與導體插塞可以藉由沉積、微影、蝕刻等方法分別形成。在其他實施例中,也可以經由雙重金屬鑲嵌製程來形成。以下請參照圖1A至圖1D,說明金屬內連線、第一密封環SR1與第二密封環SR2的製程。The metal interconnection, the first sealing ring SR1 and the second sealing ring SR2 can be formed at the same time or at different times. The conductive layer and the conductive plug can be separately formed by methods such as deposition, lithography, and etching. In other embodiments, it can also be formed by a dual damascene process. Hereinafter, referring to FIGS. 1A to 1D, the manufacturing process of the metal interconnection, the first sealing ring SR1 and the second sealing ring SR2 will be described.
請參照圖1A,在晶片區CR內的基底10中及/或基底10上可形成多個電子元件(省略繪示)。電子元件可包括主動元件與被動元件。主動元件例如是電晶體、二極體等。被動元件例如是電阻、電容、電感等。此外,在切割區SL的基底10中及/或基底10上可形成對應電子元件的多個測試鍵或對準標記等。之後,在基底10上形成介電材料層,並以化學機械研磨製程將介電材料層平坦化,以形成介電層12a。1A, a plurality of electronic components (illustration omitted) can be formed in and/or on the
然後,進行微影與蝕刻製程,在介電層12a中形成接觸窗開口。接觸窗開口分別例如是呈環狀的溝渠。接著,於介電層12a上與接觸窗開口之中填入導體材料層。導體材料層的形成方法可以是化學氣相沉積法或是物理氣相沉積法。接著,對導體材料層進行平坦化製程,例如是化學機械研磨製程,以移除介電層12a上的導體材料層,於接觸窗開口之中分別形成導體插塞102與202a、202b。Then, lithography and etching processes are performed to form contact openings in the
之後,以類似的製程形成介電層12b與導體插塞104與204a、204b。接著,在基底10上形成導體材料層M1。導體材料層M1的形成方法可以是化學氣相沉積法或是物理氣相沉積法。After that, a similar process is used to form the
之後,請參照圖1B,對導體材料層M1進行微影與蝕刻製程,以形成導體層110、210。接著,在基底10上形成介電層14。之後,在介電層14中形成導體插塞112、212a、212b。其後,在基底10上形成導體材料層M2。After that, referring to FIG. 1B, lithography and etching processes are performed on the conductive material layer M1 to form the
接著,請參照圖1C,對導體材料層M2進行微影與蝕刻製程,以形成導體層120、220。之後,在基底10上形成介電層16。在介電層16中形成導體插塞122、222a、222b。在基底10上形成導體材料層M3。Next, referring to FIG. 1C, lithography and etching processes are performed on the conductive material layer M2 to form the
之後,請參照圖1D,其後,對導體材料層M3進行微影與蝕刻製程,以形成導體層130、230。After that, please refer to FIG. 1D. After that, the conductive material layer M3 is subjected to lithography and etching processes to form the
請參照圖1E,在基底10上形成保護層24。保護層24可以是單層或是堆疊結構。在一實施例中,保護層24包括第一保護層20與第二保護層22。第一保護層20覆蓋介電結構18的頂面以及頂層導體層130、230的頂面與側壁。第二保護層22覆蓋第一保護層20。第一保護層20包括如二氧化矽、旋塗玻璃(SOG)等介電材料。第二保護層22包括如聚亞醯胺、氮化矽等具防水氣性質之絕緣材料。第一保護層20的厚度例如是0.8μm至1.5μm,第二保護層的厚度例如是0.3μm至0.8μm。1E, a
由於第一隔離區S1上的介電層16的頂面16t低於第一區R1的頂層導體層130的頂面130t與第二區R2的頂層導體層230的頂面230t,保護層24會順應基底10表面的高低起伏形成,且未經平坦化,因此,在第一隔離區S1上方的保護層24具有凹面RS。Since the
之後,請參照圖1E,在保護層24上形成罩幕層26。罩幕層26例如是圖案化的光阻層。罩幕層26具有開口28,裸露出位於第一密封環SR1上方的保護層24以及位於第一隔離區S1上方的保護層24的部分凹面RS。After that, referring to FIG. 1E, a
其後,請參照圖1E與圖1F,以罩幕層26為罩幕,進行例如是非等向性蝕刻製程,以在保護層24中形成開口(又稱為頂介層開口,TV)30,並在第一密封環SR1的頂層導體層130的側壁SW13R形成間隙壁32,並且留下保護層24a。之後,將罩幕層26移除。在其他的實施例中,保護層24包括感光性材料,可以對保護層24進行曝光顯影製程,以形成開口30。Thereafter, referring to FIGS. 1E and 1F, using the
保護層24a的開口30的寬度W30大於第一密封環SR1的寬度WSR1,且大於頂層導體層130的寬度W130。開口30的寬度W30例如是2μm。開口30裸露出第一密封環SR1的頂層導體層130的頂面130t以及間隙壁32。開口30的底面30b位於第一隔離結構ST1上方。至此,開口30的底面30b為第一區R1、第二區R2以及第一隔離區S1中表面高度最低之處。在一實施例中,開口30的底面30b較接近第一密封環SR1,且較遠離第二密封環SR2。開口30的底面30b裸露出第一隔離結構ST1上方的介電結構18的頂層介電層16。開口30的底面30b的高度可以等於或是低於第一密封環SR1的頂層導體層130的底面130b。舉例來說,開口30的底面30b比第一密封環SR1的頂層導體層130的底面130b低約10nm至10nm。The width W30 of the
在開口30的底面30b的一側(向第二密封環SR2的方向上),第一隔離結構ST1上的介電層16的頂面16t以及第二密封環SR2的頂層導體層230的側壁SW23L與頂面230t被留下來的保護層24a覆蓋,且所留下來的保護層24a(第一保護層20a與第二保護層22a)呈上升階梯狀。在開口30的底面30b的另一側(向第一密封環SR1的方向上),間隙壁32覆蓋在第一密封環SR1的頂層導體層130的側壁SW13R。所留下來的保護層24a可以使得第一密封環SR1的頂層導體層130的頂面130t全部被裸露出來,或僅有部分的頂面130t被裸露出來。所留下來的保護層24a覆蓋第一密封環SR1的頂層導體層130的側壁SW13L以及切割區SL的介電結構18。On one side of the
間隙壁32可以將第一密封環SR1的頂層導體層130的側壁SW13R完全覆蓋。或者,間隙壁32可以未將第一密封環SR1的頂層導體層130的側壁SW13R完全覆蓋。換言之,間隙壁32的頂面的高度可以等於或是低於第一密封環SR1的頂層導體層130的頂面130t的高度,而無階梯落差或形成階梯狀。間隙壁32的底面的寬度W32例如是0.2μm至0.4μm。The
由於導體層120的寬度W120小於頂層導體層130的寬度,因此,在形成開口30的蝕刻過程中,可以避免過度蝕刻,而蝕刻損壞導體層120。再者,間隙壁32也可以提供一個側向距離,使開口30的底面30b遠離導體層120,避免在形成開口30的蝕刻過程中因為過度蝕刻,而蝕刻損壞導體層120。Since the width W120 of the
被開口30裸露出來的第一密封環SR1的頂層導體層130可以做為後續切割製程的切口。由於開口30的寬度W30大於第一密封環SR1的頂層導體層130的寬度W130,並且開口30的側壁SW30R旁的保護層24a具有階梯狀,因此,有助於測試或封裝等相關製程的進行。舉例來說,後續的封裝製程的UBM層可以很容易地填入於本發明的開口30中,而具有較佳的階梯覆蓋性。The
在本發明的實施例中,第一密封環(外環)未用來繞線,第二密封環(內環)可以用來繞線,因此,可以減少第一密封環的寬度,並且減少第一密封環與第二密封環之間的間距,進而減少密封環佔用的晶片面積。再者,第一密封環尺寸較小,上下相鄰的兩層導體層之間可以僅有一個導體插塞,第二密封環(內環)的尺寸較大,上下相鄰的兩層導體層之間可以具有兩個或多個導體插塞。此外,晶片的四個轉角段的虛擬區中不形成金屬化結構,可以在後續進行晶片切個的製程中減少裂紋的產生,並將降低製程中,底層金屬露出的風險。頂開口(TV)的寬度大於外環的頂層導體層的寬度,有助於提升後續於開口中形成之膜層的階梯覆蓋性。In the embodiment of the present invention, the first sealing ring (outer ring) is not used for winding, and the second sealing ring (inner ring) can be used for winding. Therefore, the width of the first sealing ring can be reduced, and the second sealing ring can be reduced. The distance between the first seal ring and the second seal ring reduces the chip area occupied by the seal ring. Furthermore, the size of the first sealing ring is small, and there can be only one conductor plug between the two adjacent conductor layers. The second sealing ring (inner ring) has a larger size, and the two adjacent conductor layers are adjacent to each other. There may be two or more conductor plugs in between. In addition, no metallization structure is formed in the virtual regions of the four corner sections of the wafer, which can reduce the occurrence of cracks during the subsequent wafer dicing process, and will reduce the risk of exposure of the underlying metal during the process. The width of the top opening (TV) is greater than the width of the top conductor layer of the outer ring, which helps to improve the step coverage of the film layer subsequently formed in the opening.
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。Although the present invention has been disclosed in the above embodiments, it is not intended to limit the present invention. Anyone with ordinary knowledge in the relevant technical field can make some changes and modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. The scope of protection of the present invention shall be determined by the scope of the attached patent application.
10:基底 12:介電層、內層介電層 12a、12b:介電層 16t、130t、230t:頂面 14:介電層、層間介電層 16:介電層、層間介電層、頂層層間介電層 18:介電結構 20、20a:第一保護層 22、22a:第二保護層 24、24a:保護層 26:罩幕層 30:開口 30b、130b:底面 32:間隙壁 102、104、202、202a、202b、204、204a、204b:導體插塞、接觸窗 106:第一接觸窗堆疊結構 206:第二接觸窗堆疊結構 112、122:導體插塞、第一介層窗 212、212a、212b、222、222a、222b:導體插塞、第二介層窗 110:導體層、第一層導體層 120、220、220a、220b:導體層、第N-1層導體層 130、230:導體層、頂層導體層、第N層導體層 B11、B21:第一邊界 B12、B22:第二邊界 CP:轉角段 CR:晶片區 D1:第一摻雜區 D2:第二摻雜區 LP:非轉角段 M1、M2、M3:導體材料層 MT:金屬化結構 O11、O21A、O21B:接觸窗開口 R1:第一區 R2:第二區 RS:凹面 SL:切割區 SOI:半導體基底 SR:密封環區 SR1:第一密封環 SR2:第二密封環 ST1:第一隔離結構 ST2:第二隔離結構 SW11L、SW11R、SW12L、SW12R、SW13L、SW13R、SW21L、SW21R、SW22L、SW22R、SW23L、SW23R、SW30R:側壁 W110、W120、W130、W210、W220、W230、W30、W32、WD1、WD2、WR1、WR1C、WR1L、WR2、WR2C、WR2L、WS1、WS2、WSR1、WSR2、WST1、WST2:寬度 d1、d2:距離 S1:第一隔離區 S2:第二隔離區 X、Y、Z:方向10: Base 12: Dielectric layer, inner dielectric layer 12a, 12b: Dielectric layer 16t, 130t, 230t: top surface 14: Dielectric layer, interlayer dielectric layer 16: Dielectric layer, interlayer dielectric layer, top layer interlayer dielectric layer 18: Dielectric structure 20, 20a: the first protective layer 22, 22a: second protective layer 24, 24a: protective layer 26: mask layer 30: opening 30b, 130b: bottom surface 32: Clearance wall 102, 104, 202, 202a, 202b, 204, 204a, 204b: conductor plug, contact window 106: first contact window stack structure 206: second contact window stack structure 112, 122: Conductor plug, first via window 212, 212a, 212b, 222, 222a, 222b: conductor plug, second via window 110: Conductor layer, the first layer of conductor layer 120, 220, 220a, 220b: conductor layer, N-1th conductor layer 130, 230: conductor layer, top conductor layer, Nth conductor layer B11, B21: the first boundary B12, B22: second boundary CP: corner section CR: chip area D1: the first doped region D2: second doped region LP: non-corner section M1, M2, M3: Conductor material layer MT: Metallized structure O11, O21A, O21B: contact window opening R1: Zone 1 R2: Zone 2 RS: concave SL: Cutting area SOI: Semiconductor substrate SR: Seal ring area SR1: The first sealing ring SR2: Second sealing ring ST1: First isolation structure ST2: Second isolation structure SW11L, SW11R, SW12L, SW12R, SW13L, SW13R, SW21L, SW21R, SW22L, SW22R, SW23L, SW23R, SW30R: sidewall W110, W120, W130, W210, W220, W230, W30, W32, WD1, WD2, WR1, WR1C, WR1L, WR2, WR2C, WR2L, WS1, WS2, WSR1, WSR2, WST1, WST2: width d1, d2: distance S1: The first isolation zone S2: Second quarantine area X, Y, Z: direction
圖1A至圖1F是依照本發明的實施例的一種半導體元件的製造流程的剖面示意圖。 圖2是晶片的上視圖。 圖3是圖2中區域A的局部放大圖。1A to 1F are schematic cross-sectional views of a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a top view of the wafer. Fig. 3 is a partial enlarged view of area A in Fig. 2.
10:基底 10: Base
16t、130t、230t:頂面 16t, 130t, 230t: top surface
12:介電層、內層介電層 12: Dielectric layer, inner dielectric layer
14:介電層、層間介電層 14: Dielectric layer, interlayer dielectric layer
16:介電層、層間介電層、頂層層間介電層 16: Dielectric layer, interlayer dielectric layer, top layer interlayer dielectric layer
18:介電結構 18: Dielectric structure
30:開口 30: opening
20a:第一保護層 20a: The first protective layer
30b、130b:底面 30b, 130b: bottom surface
22a:第二保護層 22a: second protective layer
32:間隙壁 32: Clearance wall
24a:保護層 24a: protective layer
102、104、202、202a、202b、204、204a、204b:導體插塞、接觸窗 102, 104, 202, 202a, 202b, 204, 204a, 204b: conductor plug, contact window
106:第一接觸窗堆疊結構 106: first contact window stack structure
206:第二接觸窗堆疊結構 206: second contact window stack structure
112、122:導體插塞、第一介層窗 112, 122: Conductor plug, first via window
212、212a、212b、222、222a、222b:導體插塞、第二介層窗 212, 212a, 212b, 222, 222a, 222b: conductor plug, second via window
110:導體層、第一層導體層 110: Conductor layer, the first layer of conductor layer
120、220、220a、220b:導體層、第N-1層導體層 120, 220, 220a, 220b: conductor layer, N-1th conductor layer
130、230:導體層、頂層導體層、第N層導體層 130, 230: conductor layer, top conductor layer, Nth conductor layer
B11、B21:第一邊界 B11, B21: the first boundary
D2:第二摻雜區 D2: second doped region
B12、B22:第二邊界 B12, B22: second boundary
MT:金屬化結構 MT: Metallized structure
D1:第一摻雜區 D1: the first doped region
O11、O21A、O21B:接觸窗開口 O11, O21A, O21B: contact window opening
R1:第一區
R1:
RS:凹面 RS: concave
R2:第二區 R2: Zone 2
SL:切割區 SL: Cutting area
SR:密封環區 SR: Seal ring area
ST1:第一隔離結構 ST1: First isolation structure
SR1:第一密封環 SR1: The first sealing ring
ST2:第二隔離結構 ST2: Second isolation structure
SR2:第二密封環 SR2: Second sealing ring
SW11L、SW11R、SW12L、SW12R、SW13L、SW13R、SW21L、SW21R、SW22L、SW22R、SW23L、SW23R、SW30R:側壁W120、W130W30、W32、WD1、WD2、WR1、WR2、WS1、WS2、WSR1、WSR2、WST1、WST2:寬度 SW11L, SW11R, SW12L, SW12R, SW13L, SW13R, SW21L, SW21R, SW22L, SW22R, SW23L, SW23R, SW30R: sidewall W120, W130W30, W32, WD1, WD2, WR1, WR2, WS1, WS2, WSR1, WSR2, WST1 , WST2: width
d1、d2:距離 d1, d2: distance
S2:第二隔離區 S2: Second quarantine area
S1:第一隔離區 S1: The first isolation zone
X、Y、Z:方向 X, Y, Z: direction
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