TWI557793B - 半導體元件 - Google Patents

Description

半導體元件

本發明是有關於一種積體電路，且特別是有關於一種半導體元件。

隨著積體電路技術的演進，為了減少晶片(chip)的尺寸，越來越多的測試焊墊(test pad)被移至切割道(scribe line)。然而，一旦測試焊墊被移至切割道，將內部晶片訊號連接至外部焊墊的困難度也會提高。

習知的做法是利用最上層的金屬層與大塊的氧化物層來製作互連結構。然而，在沿著切割道將多個晶片切割的過程中，會產生許多不規則的裂縫或龜裂，而這些裂縫會沿著氧化物層裂開而破壞晶片的內部元件，導致晶片的效能降低。

有鑑於此，本發明提供一種半導體元件，其互連結構的組成以金屬層及導電插塞為主，而非習知的大塊氧化物，因此可避免切割時所產生的龜裂或裂縫破壞晶片的內部元件的問題。

本發明提供一種半導體元件，其包括至少一晶片、切割道、保護環、裂縫中止環以及互連結構。切割道環繞晶片。保護環配置於所述晶片與所述切割道之間且具有至少一開口。裂縫中止環配置於所述切割道與所述保護環之間，且所述裂縫中止環與所述開口相通。互連結構穿過所述保護環的所述開口且連接所述晶片中的內部元件與所述切割道中的外部元件，其中所述互連結構是由多個金屬層與多個導電插塞交替堆疊而成。

在本發明的一實施例中，上述互連結構至所述開口之側壁的距離相同。

在本發明的一實施例中，上述互連結構至所述開口之側壁的距離遞增或遞減。

在本發明的一實施例中，上述互連結構包括穿過開口的主體部以及至少一延伸部，所述延伸部位於所述開口的一側且與所述主體部連接。

在本發明的一實施例中，上述主體部的延伸方向與所述延伸部的延伸方向不同。

在本發明的一實施例中，上述主體部的延伸方向與所述延伸部的延伸方向垂直。

在本發明的一實施例中，上述互連結構的形狀為直線狀、T型、H型或階梯狀。

在本發明的一實施例中，上述互連結構的組成與所述保護環的組成相同。

在本發明的一實施例中，上述內部元件包括內部焊墊。

在本發明的一實施例中，上述外部元件包括外部焊墊或測試焊墊。

基於上述，本發明的互連結構中，於X方向及Y方向上均以金屬層及導電插塞取代習知的大塊氧化物，因此可有效阻擋切割時所產生的龜裂或裂縫穿透進入晶片中主動區的問題。如此一來，可大幅提高晶片的效能，增加競爭力。

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。

10、20、30、40‧‧‧半導體元件

100‧‧‧晶片

102‧‧‧切割道

104‧‧‧保護環

105‧‧‧開口

106‧‧‧裂縫中止環

108、208、308、408‧‧‧互連結構

108a、208a‧‧‧主體部

108b、108c、208b‧‧‧延伸部

110‧‧‧內部元件

112‧‧‧外部元件

CP1、CP2、CP3‧‧‧導電插塞

M1、M2、M3、TM1、TM2‧‧‧金屬層

OX1、OX2、OX3‧‧‧氧化物

S‧‧‧基底

STI‧‧‧淺溝渠隔離結構

圖1是依照本發明的一實施例的一種半導體元件的上視示意圖。

圖1A和圖1B是分別沿圖1的A-A’線和B-B’線的剖面示意圖。

圖2是依照本發明的另一實施例的一種半導體元件的上視示意圖。

圖3是依照本發明的又一實施例的一種半導體元件的上視示意圖。

圖4是依照本發明的再一實施例的一種半導體元件的上視示意圖。

圖1是依照本發明的一實施例的一種半導體元件的上視 示意圖。圖1A和圖1B是分別沿圖1的A-A’線和B-B’線的剖面示意圖。

請參照圖1、圖1A及1B，本發明的半導體元件10具有多個晶片100，且晶片100之間以切割道102分隔，以便在切割後可形成獨立的晶片。在此以左側的晶片100說明之，其中切割道102環繞晶片100，其它的晶片100亦有類似的結構。

本發明的半導體元件10更包括多個保護環(protection ring)104、多個裂縫中止環(crack stop ring)106以及多個互連結構(interconnection structure)108。

至少一保護環104配置於各晶片100與對應的切割道102之間且具有至少一開口105。各保護環104是由多個金屬層與多個導電插塞交替堆疊而成。金屬層的材料包括銅、鋁或其合金等。導電插塞的材料包括鎢、銅、鈦、鉭、氮化鈦或氮化鉭等。在圖1、圖1A以及圖1B中，各保護環104具有兩個開口105且各自包括位於基底S上之交替堆疊的三層金屬層M1~M3與三個導電插塞CP1~CP3，但本發明並不以此為限。換言之，本發明並不限定開口、金屬層、導電插塞的數量。在一實施例中，於保護環104中，各導電插塞的兩側配置有氧化層。氧化層的材料包括氧化矽等。更具體言之，如圖1B所示，條狀導電插塞CP1的兩側配置有兩個 條狀氧化層OX1，條狀導電插塞CP2的兩側配置有兩個條狀氧化層OX2，條狀導電插塞CP3的兩側配置有兩個條狀氧化層OX3。

至少一裂縫中止環106配置於各切割道102與對應的保護環104之間，且裂縫中止環106與開口105相通。在此實施例中，各裂縫中止環106與對應的保護環104接觸，但本發明並不以此為限。在另一實施例中(未繪示)，各裂縫中止環106未與對應的保護環104接觸。在一實施例中，裂縫中止環106與開口105內均未配置有任何材料層。因此，保護環104的開口105也可視為裂縫中止環106的一部分，且此裂縫中止環106更延伸至部分的晶片102中。

至少一互連結構108穿過保護環104的開口105且連接晶片100中的內部元件110與切割道102中的外部元件112。如圖1所示，互連結構108可包括穿過開口105的主體部108a以及開口105兩側的二延伸部108b、108c。互連結構108的主體部108a筆直地通過開口105。換言之，互連結構108的主體部108a至開口105側壁的距離相同。延伸部108b、108c分別與主體部108a的兩端連接。更具體言之，延伸部108b可位於切割道102中，而延伸部108c可位於晶片100中。在圖1的實施例中，延伸部108c未與保護環104接觸，而延伸部108b與裂縫中止環106接觸，但本發明並不以此為限。在另一實施例中(未繪示)，延伸部108c也可以與保護環104接觸。在又一實施例中(未繪示)，主體部108a也可更延伸至切割道102中，使得延伸部108b未與裂縫中止環106 接觸。

此外，主體部108a的延伸方向與延伸部108b、108c的 延伸方向不同。在一實施例中，主體部108a的延伸方向與延伸部108b、108c的延伸方向垂直。舉例來說，主體部108a的延伸方向例如是X方向，而延伸部108b、108c的延伸方向例如是Y方向。

在一實施例中，互連結構108是由多個金屬層與多個導 電插塞交替堆疊而成。在此實施例中，考慮到製程可利用性(process availability)，互連結構108的組成可與保護環104的組成相同。更具體言之，互連結構108各自包括(例如但不限於)位於淺溝渠隔離結構STI上之交替堆疊的三層金屬層M1~M3與三個導電插塞CP1~CP3。在一實施例中，在互連結構108中，各導電插塞的兩側配置有氧化層。氧化層的材料包括氧化矽等。更具體言之，如圖1A、1B所示，條狀導電插塞CP1的兩側配置有兩個條狀氧化層OX1，條狀導電插塞CP2的兩側配置有兩個條狀氧化層OX2，條狀導電插塞CP3的兩側配置有兩個條狀氧化層OX3。當然，視客戶需要，互連結構108的組成也可以與保護環104的組成不同。

內部元件110例如是內部焊墊。外部元件112例如是外 部焊墊或測試焊墊。互連結構108可透過例如最上層的金屬層TM1、TM2分別與內部元件110、外部元件112電性連接。在此實施例中，最上層的金屬層TM1、TM2以及互連結構108與保護環104中的金屬層M3可形成為同一層。然而，本發明並不以此為限。 最上層的金屬層TM1、TM2也可以藉由打線(wire bonding)而形成於晶片100上。

特別要說明的是，與習知的互連結構相比，本發明的互連結構可效防止切割時所產生的龜裂或裂縫穿透進入晶片中主動區的問題。發明人發現，在晶片切割時所產生的龜裂或裂縫，大多會沿著以非晶矽或不規則形式存在的氧化物而裂開。因此，若能有效減少氧化物的比例，則可有效防止切割時所產生的龜裂。

在此實施例中，互連結構108之主體部108a的兩側均未配置有材料層，或者，可視為部分裂縫中止環106(或開口105)配置於互連結構108之主體部108a的兩側。此部分的裂縫中止環106(或開口105)可有效阻擋裂縫的行進。此外，在本發明的互連結構108中，以金屬層及導電插塞取代習知的大塊氧化物，由於大幅減少氧化物的比例，因此可有效防止切割時所產生的龜裂現象。換言之，互連結構108中的金屬層及導電插塞可有效阻擋裂縫的行進。

此外，圖1的互連結構108設計為H型，X方向的主體部108a中，以金屬層及導電插塞取代習知的大塊氧化物，因此可有效阻擋沿Y方向行進的裂縫。類似地，Y方向的延伸部108b、108c中，以金屬層及導電插塞取代習知的大塊氧化物，因此可有效阻擋沿X方向行進的裂縫。

當然，本發明的互連結構可以有各種變化，只要符合本發明的精神即可。意即，製作一種具有X方向分量及Y方向分量 的互連結構，且互連結構的組成以金屬層及導電插塞為主，而非習知的大塊氧化物，如此可有效阻擋沿X方向以及Y方向行進的裂縫。

以下列舉數個示例性實施例，但並不用以限定本發明。 例如，為了減少互連結構所占用的面積，也可以設計為僅有一個延伸部(如圖2所示)或將延伸部完全移除(如圖3、圖4所示)。

在圖2的實施例中，互連結構208設計為T型，且可包括穿過開口105的主體部208a以及位於開口105之一側的延伸部208b。延伸部208b與主體部208a的一端連接。延伸部208b可位於切割道102上。此外，開口105並未與互連結構208接觸。互連結構208的組成與互連結構108的組成類似，均是由多個金屬層與多個導電插塞交替堆疊而成。特別要注意的是，如圖2的互連結構208所示，X方向的主體部208a中，以金屬層及導電插塞取代習知的大塊氧化物，因此可有效阻擋沿Y方向行進的裂縫。 類似地，Y方向的延伸部208b中，以金屬層及導電插塞取代習知的大塊氧化物，因此可有效阻擋沿X方向行進的裂縫。

在圖3的實施例中，互連結構308設計為直線狀，且此直線狀的互連結構308傾斜地穿過開口105。更具體言之，互連結構308至開口105之側壁的距離遞增或遞減。如圖3所示，由晶片100至切割道102的方向來看，互連結構308至開口105之一側壁的距離遞增，而至開口105之相對側壁的距離遞減。此外，開口105並未與互連結構308接觸。互連結構308的組成與互連 結構108的組成類似，均是由多個金屬層與多個導電插塞交替堆疊而成。特別要注意的是，如圖3所示，互連結構308設計為傾斜地穿過開口105，因此無論是X方向及Y方向的裂縫均能被有效的被互連結構308中的金屬層及導電插塞所阻擋。換言之，互連結構308不需要延伸部即可有效阻擋沿X方向以及Y方向行進的裂縫。

在圖4的實施例中，互連結構408設計為階梯狀。此外，開口105並未與互連結構408接觸。互連結構408的組成與互連結構108的組成類似，均是由多個金屬層與多個導電插塞交替堆疊而成。特別要注意的是，如圖4所示，互連結構408設計為階梯狀，因此無論是X方向及Y方向的裂縫均能被有效的被互連結構308中的金屬層及導電插塞所阻擋。

綜上所述，本發明的互連結構中，於X方向及Y方向上均以金屬層及導電插塞取代習知的大塊氧化物，因此可有效阻擋沿X方向以及Y方向行進的裂縫。此外，至少部分互連結構108的兩側配置有部分裂縫中止環，也可以進一步地阻擋裂縫的行進。因此，晶片切割的過程中，所產生的龜裂或裂縫均可被有效地阻止，不會發生裂縫破壞晶片之內部元件的問題。如此一來，可大幅提高晶片的效能，增加競爭力。

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。

10‧‧‧半導體元件

100‧‧‧晶片

102‧‧‧切割道

104‧‧‧保護環

105‧‧‧開口

106‧‧‧裂縫中止環

108‧‧‧互連結構

108a‧‧‧主體部

108b、108c‧‧‧延伸部

110‧‧‧內部元件

112‧‧‧外部元件

TM1、TM2‧‧‧金屬層

Claims (10)

1. 一種半導體元件，包括：至少一晶片；一切割道，環繞所述晶片；一保護環，配置於所述晶片與所述切割道之間且具有至少一開口；一裂縫中止環，配置於所述切割道與所述保護環之間，且所述裂縫中止環與所述開口相通；以及一互連結構，穿過所述保護環的所述開口且連接所述晶片中的一內部元件與所述切割道中的一外部元件，其中所述互連結構是由多個金屬層與多個導電插塞交替堆疊而成。
2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述互連結構沿延伸方向至所述開口之側壁的距離相同。
3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述互連結構沿延伸方向至所述開口之側壁的距離遞增或遞減。
4. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述互連結構包括穿過所述開口的一主體部以及至少一延伸部，所述延伸部位於所述開口的一側且與所述主體部連接。
5. 如申請專利範圍第4項所述的半導體元件，其中所述主體部的延伸方向與所述延伸部的延伸方向不同。
6. 如申請專利範圍第4項所述的半導體元件，其中所述主體部的延伸方向與所述延伸部的延伸方向垂直。
7. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述互連結構的形狀為直線狀、T型、H型或階梯狀。
8. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述互連結構的組成與所述保護環的組成相同。
9. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述內部元件包括內部焊墊。
10. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述外部元件包括外部焊墊或測試焊墊。