專利名稱：一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的晶圓結(jié)構(gòu)及版圖設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的晶圓結(jié)構(gòu)及版圖設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的CMOS工藝中，當(dāng)切割道內(nèi)的版圖(layout)圖形密度，特別是金屬通孔/接觸(MVIA/C0NT)層的密度高，并且面積較大時，在芯片切割的時候，容易因高密度的金屬連線聚集，而造成切割時大面積嚴(yán)重的崩裂，同時造成到上層鈍化保護層(passivation)更大程度的崩裂。該應(yīng)力破壞甚至?xí)茐男酒Ｗo環(huán)(seal ring)，并進入客戶芯片，造成芯片失效。該效應(yīng)越靠近芯片的拐角(corner)，情況越嚴(yán)重。
目前，業(yè)界比較常用的改善晶圓切割應(yīng)力破壞的方法主要有兩種:
方法一、降低切割時的機械應(yīng)力:主要是改善切割刀片、切割速度和切割深度等切割項參數(shù)。
方法二、保證安全距離:主要是保證切割道(Scribe Line)和芯片保護環(huán)SealRing的寬度(越寬越安全)。
方法一可以從源頭減小應(yīng)力問題，但是切割技術(shù)也有其極限，且越高質(zhì)量的切割技術(shù)帶來的是更多的切割費用，出于產(chǎn)品成本考量，晶圓切割技術(shù)的選擇有其局限性。
方法二也可以有效的防護芯片受損，但該方法是基于犧牲晶圓有效使用面積的基礎(chǔ)上的。越大的應(yīng)力就要犧牲越多的Scribe Line面積和Seal Ring面積。
在IC市場競爭日益激烈的今天，成本控制越發(fā)顯得重要。提高晶圓的有效使用面積，已經(jīng)成為提高設(shè)計廠家產(chǎn)品競爭力的重要因素之一，同時也是晶圓代工廠Foundry服務(wù)品質(zhì)和競爭力的重要體現(xiàn)。如何利用相同面積的晶圓制作出更多數(shù)量的芯片，降低芯片的單位成本，已經(jīng)成為了 IC產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的一個不可或缺的決勝因素。
在如此的背景環(huán)境下,芯片設(shè)計廠家不斷地在追求最優(yōu)Scribe Line和SealRing方案，在不斷的減小Scribe Line和Seal Ring寬度的同時,也就減弱了芯片的防護能力，將面臨更大的切割風(fēng)險。情況嚴(yán)重時，可能會使切割造成的損失反而大于節(jié)省面積而獲得的成本效益。
然而，在芯片防護結(jié)構(gòu)不得不向越來越緊張的成本控制妥協(xié)的前提下，該專利提供了一種可以降低晶圓切割應(yīng)力破壞的版圖設(shè)計方法，該方法可以最大程度的控制切割應(yīng)力的破壞范圍，將防止更大能量應(yīng)力的崩裂發(fā)生，并將縮短不可避免的應(yīng)力崩裂所造成的破壞距離。使得在保證安全切割的前提下，芯片設(shè)計廠家可以有條件選擇更窄的ScribeLine和Seal Ring。有效降低芯片單位成本的同時，保證芯片切割的高良率。
如上所述，結(jié)合附圖1a和Ib所示，現(xiàn)有的CMOS工藝中，當(dāng)切割道內(nèi)的版形特征滿足layout圖形密度，特別是MVIA/C0NT層的密度高，并且面積較大的條件時，以截面圖(圖1a)來看，該layout有著高密度MVIA/C0NT圖形。從平面圖(圖1b)看，該圖形區(qū)長度L較長，寬度W較寬，接近ScribeLine edge，在切割的時候，容易因底層高密度聚集的金屬連線短時間粘附在切刀顆粒縫隙內(nèi)，導(dǎo)致切刀短暫切割能力下降，從而造成頂層passivation層大面積嚴(yán)重的崩裂。因為芯片corner處，應(yīng)力抵抗能力最弱，所以，越靠近芯片corner，該情況越嚴(yán)重，如圖2a和2b所示。該應(yīng)力破壞嚴(yán)重情況下，可以破壞chip seal ring，進入芯片內(nèi)部，直接造成芯片失效。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的晶圓結(jié)構(gòu)，其能夠防止晶圓切割時大能量的應(yīng)力崩裂發(fā)生，或縮短崩裂的破壞距離。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
—種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的晶圓結(jié)構(gòu),所述晶圓結(jié)構(gòu)包括高密度金屬層和位于其上方的氧化物鈍化保護層，所述氧化物鈍化保護層包括無圖形連線的金屬層和位于所述無圖形連線的金屬層上方的研磨墊層；
所述晶圓結(jié)構(gòu)還包括開窗和金屬偽器件，所述開窗設(shè)置在所述晶圓結(jié)構(gòu)的特征圖形上方的氧化物鈍化保護層上，所述金屬偽器件設(shè)置在所述晶圓結(jié)構(gòu)的無圖形連線的金屬層上。
進一步地，所述開窗設(shè)置在所述研磨墊上。
進一步地，所述開窗的區(qū)域邊界位于所述高密度金屬層和頂層金屬層的區(qū)域邊界內(nèi)。
進一步地，所述開窗的寬度配置為小于或等于測試鍵墊層(Testkey PAD)窗口的寬度，同時大于切割時的切割寬度。
進一步地，所述金屬偽器件的長和寬與位于其下方的高密度金屬層的長和寬相坐寸ο
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的版圖設(shè)計方法，所述晶圓包括高密度金屬層和位于其上方的氧化物鈍化保護層，所述氧化物鈍化保護層包括無圖形連線的金屬層和位于所述無圖形連線的金屬層上方的研磨墊層；
在所述晶圓的特征圖形上方的氧化物鈍化保護層設(shè)置開窗，并在無圖形連線的金屬層增加金屬偽器件。
進一步地，將所述開窗設(shè)置在所述研磨墊層上。
進一步地，將所述開窗的區(qū)域邊界配置為位于所述高密度金屬層和頂層金屬層的區(qū)域邊界內(nèi)。
進一步地，將所述開窗的寬度配置為小于或等于測試鍵墊層窗口的寬度，同時大于切割時的切割寬度。
進一步地，將所述金屬偽器件的長和寬配置為與位于其下方的高密度金屬層的長和寬相等。
本發(fā)明在特征圖形上方的鈍化保護層設(shè)計一個開窗(open window),同時,在沒有圖形連線的金屬層加大塊金屬偽器件(Metal Dummy)，既保證了在切割道邊緣留有一定寬度，鈍化保護層蓋住下面圖形，又保證了大于切割寬度(Die saw width)。因此，本發(fā)明與現(xiàn)有設(shè)計中的產(chǎn)品相比，有能力防止更大能量的應(yīng)力崩裂發(fā)生。即使在崩裂情況發(fā)生時，可以比改良前縮短應(yīng)力崩裂的破壞距離。


圖1a為現(xiàn)有技術(shù)中的晶圓結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖1b為圖1a所示的晶圓結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
圖2a表示了現(xiàn)有技術(shù)中切割時芯片邊緣(Chip Edge)的崩裂現(xiàn)象。
圖2b表示了現(xiàn)有技術(shù)中切割時芯片拐角(Chip Corner)的崩裂現(xiàn)象。
圖3為本發(fā)明的一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的晶圓結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖4為圖3所示的晶圓結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
圖5為圖3所示的晶圓結(jié)構(gòu)的另一平面示意圖。
圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的晶圓結(jié)構(gòu)切割效果圖。
圖7為本發(fā)明的晶圓結(jié)構(gòu)切割效果圖。
附圖標(biāo)記列表:
1、金屬層之前的工藝層(Before Metal) ;2、高密度金屬層；3、氧化物金屬層(無金屬連線的金屬層)；4、研磨墊(層)；5、開窗；6、金屬偽器件(層)；7、測試鍵墊層窗口 ；8、金屬高密度區(qū)域；10、晶圓結(jié)構(gòu)；11、高密度Mvia/Cont ;12、氧化物鈍化保護層；
A、大塊區(qū)域(Large area)&高密度Mvia/Cont ;B、切割線邊緣。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，但并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的晶圓結(jié)構(gòu)，如圖3所不，該晶圓結(jié)構(gòu)10包括高密度金屬層和位于其上的氧化物鈍化保護層，氧化物鈍化保護層包括無圖形連線的金屬層3和位于無圖形連線的金屬層3上方的研磨墊層4 ;晶圓結(jié)構(gòu)還包括開窗5和金屬偽器件6，開窗5設(shè)置在晶圓結(jié)構(gòu)10的特征圖形上方的氧化物鈍化保護層上，金屬偽器件6設(shè)置在晶圓結(jié)構(gòu)的無圖形連線的金屬層3上。
本發(fā)明提供的經(jīng)改進的晶圓結(jié)構(gòu)，在特征圖形上方的鈍化保護層設(shè)計一個開窗(open window),同時,在沒有圖形連線的金屬層加大塊金屬偽器件(Metal Dummy),既保證了在切割道邊緣留有一定寬度，鈍化保護層蓋住下面圖形，又保證了大于切割寬度(Diesaw width)。從而，在一定程度防止下面圖形崩裂的同時，有效降低了高密度圖形區(qū)頂層比較脆弱的鈍化保護層與切刀接觸的機會，防止因鈍化保護層直接接觸切刀而引起的破壞性崩裂。再加上，大塊Metal Dummy的配合，增強了防止下方圖形崩裂的效果，并且金屬材質(zhì)沒有鈍化保護層那么脆，可以防止崩裂的擴大化。因此，本發(fā)明與現(xiàn)有設(shè)計中的產(chǎn)品相比，有能力防止更大能量的應(yīng)力崩裂發(fā)生。即使在崩裂情況發(fā)生時，可以比改良前縮短應(yīng)力崩裂的破壞距離。
作為一個優(yōu)選實施例，本發(fā)明的開窗設(shè)置在所述研磨墊上(該實施例同樣可參見圖3所示)。
為使本發(fā)明的開窗能夠獲得最佳的預(yù)期效果，即最佳地實現(xiàn)減輕晶圓切割應(yīng)力給晶圓帶來的破壞，本發(fā)明的晶圓結(jié)構(gòu)開窗的區(qū)域邊界位于高密度金屬層和頂層金屬層的區(qū)域邊界內(nèi)。如圖4所示，從俯視的角度看，本發(fā)明的研磨墊層的開窗的區(qū)域邊界為位于下方的高密度金屬層(dense metal)的區(qū)域邊界向內(nèi)收縮一定距離后形成的區(qū)域邊界，該距離遵循產(chǎn)品PAD window設(shè)計規(guī)則。即研磨墊層的開窗(PAD window open)面積要比頂層金屬層(top metal)的面積小一圈。此處的頂層金屬層可以理解為頂層的所加金屬偽器件的金屬層。
進一步地，作為另一優(yōu)選實施例，如圖5所示，開窗的寬度配置為小于或等于測試鍵墊層窗口的寬度，同時大于切割時的切割寬度。
為了使金屬偽器件更好地發(fā)揮放置下方圖形崩裂的作用，本發(fā)明的金屬偽器件為大塊的金屬偽器件，作為一個優(yōu)選實施例，本發(fā)明的金屬偽器件的長和寬與位于其下方的高密度金屬層的長和寬相等。
相應(yīng)地，為了能夠設(shè)計出本發(fā)明上述的晶圓結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提供一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的版圖設(shè)計方法，該晶圓包括高密度金屬層和位于其上的氧化物鈍化保護層，氧化物鈍化保護層包括無圖形連線的金屬層和位于無圖形連線的金屬層上方的研磨墊層；在晶圓的特征圖形上方的氧化物鈍化保護層開設(shè)開窗，并在無圖形連線的金屬層增加金屬偽器件。
相應(yīng)地，作為優(yōu)選實施例，本發(fā)明將開窗配置為在研磨墊層上開設(shè)的開窗。
相應(yīng)地，為使本發(fā)明的開窗能夠獲得最佳的預(yù)期效果，本發(fā)明將開窗的區(qū)域邊界配置為位于高密度金屬層和頂層金屬層的區(qū)域邊界內(nèi)。
進一步地，作為另一優(yōu)選實施例，本發(fā)明將開窗的寬度配置為小于或等于測試鍵墊層窗口的寬度，同時大于切割時的切割寬度。
為了使金屬偽器件更好地發(fā)揮放置下方圖形崩裂的作用，本發(fā)明將金屬偽器件的長和寬配置為與位于其下方的高密度金屬層的長和寬相等。
本發(fā)明與現(xiàn)有設(shè)計相比，晶圓的切割效果比對圖如圖6a、圖6b和圖7所示，可以明顯看到，同樣的高密度圖形區(qū)，在改良前，切割時，崩裂情況嚴(yán)重。頂層已經(jīng)破壞到sealring，導(dǎo)致芯片失效。而改良后的設(shè)計圖形，非常好地保護了該高密度區(qū)域，使得崩裂狀況被限制在了安全范圍內(nèi)。甚至防止了某些崩裂的發(fā)生。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述晶圓結(jié)構(gòu)包括高密度金屬層和位于其上方的氧化物鈍化保護層，所述氧化物鈍化保護層包括無圖形連線的金屬層和位于所述無圖形連線的金屬層上方的研磨墊層； 所述晶圓結(jié)構(gòu)還包括開窗和金屬偽器件，所述開窗設(shè)置在所述晶圓結(jié)構(gòu)的特征圖形上方的氧化物鈍化保護層上，所述金屬偽器件設(shè)置在所述晶圓結(jié)構(gòu)的無圖形連線的金屬層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述開窗設(shè)置在所述研磨墊上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述開窗的區(qū)域邊界位于所述高密度金屬層和頂層金屬層的區(qū)域邊界內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述開窗的寬度配置為小于或等于測試鍵墊層窗口的寬度，同時大于切割時的切割寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項權(quán)利要求所述的晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬偽器件的長和寬與位于其下方的高密度金屬層的長和寬相等。
6.一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的版圖設(shè)計方法，其特征在于，所述晶圓包括高密度金屬層和位于其上方的氧化物鈍化保護層，所述氧化物鈍化保護層包括無圖形連線的金屬層和位于所述無圖形連線的金屬層上方的研磨墊層； 在所述晶圓的特征圖形上方的氧化物鈍化保護層設(shè)置開窗，并在無圖形連線的金屬層增加金屬偽器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的版圖設(shè)計方法，其特征在于，將所述開窗設(shè)置在所述研磨墊層上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的版圖設(shè)計方法，其特征在于，將所述開窗的區(qū)域邊界配置為位于所述高密度金屬層和頂層金屬層的區(qū)域邊界內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的版圖設(shè)計方法，其特征在于，將所述開窗的寬度配置為小于或等于測試鍵墊層窗口的寬度，同時大于切割時的切割寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任意一項權(quán)利要求所述的版圖設(shè)計方法，其特征在于，將所述金屬偽器件的長和寬配置為與位于其下方的高密度金屬層的長和寬相等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減輕晶圓切割應(yīng)力破壞的晶圓結(jié)構(gòu)及版圖設(shè)計方法，該晶圓結(jié)構(gòu)包括高密度金屬層和位于其上方的氧化物鈍化保護層，氧化物鈍化保護層包括無圖形連線的金屬層和位于無圖形連線的金屬層上方的研磨墊層；晶圓結(jié)構(gòu)還包括開窗和金屬偽器件，開窗設(shè)置在晶圓結(jié)構(gòu)的特征圖形上方的氧化物鈍化保護層上，金屬偽器件設(shè)置在晶圓結(jié)構(gòu)的無圖形連線的金屬層上。本發(fā)明能夠防止晶圓切割時大能量的應(yīng)力崩裂發(fā)生，或縮短崩裂的破壞距離。
文檔編號H01L27/02GK103137567SQ201110388108
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者許喆, 洪文田, 張建偉 申請人:和艦科技(蘇州)有限公司