专利名称：用于低k介质的裂纹停止的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及用于集成电路(IC)的低K介质材料的裂纹停止，所述IC在IC芯片上形成，所述IC芯片利用在例如二氧化硅SiO2的低K介质材料中的不会形成自钝化氧化物层的金属互连例如铜或银互连。
具体地说，本发明关于裂纹停止结构，以及用于形成裂纹停止结构的方法，用于防止由在IC芯片上实施切割操作期间沿IC芯片外边缘形成的碎裂和破裂引起的对IC芯片有源区的损坏，所述IC芯片利用在低K介质材料中的金属互连例如铜或银互连。潮湿阻挡或边缘密封被形成为位于沿IC芯片有源区外边缘的金属叠层。通过位于IC芯片外围上的潮湿阻挡/边缘密封外侧的至少一个沟槽或凹槽形成裂纹停止。
背景技术：
在IC芯片的切割操作期间，形成可以延伸进入IC芯片有源区的裂纹，引起失效。在现有技术中，裂纹停止层被结合进IC芯片的周边以防止在芯片切割期间形成的裂纹延伸进入芯片。裂纹通常会延伸通过BEOL(后段制程)介质，此介质通常为例如二氧化硅SiO2的易碎材料。
在现有的铝Al互连技术中，其中Al形成自钝化氧化物层，裂纹停止被形成为包围芯片有源电路区并防止裂纹穿过BEOL介质进入IC芯片的金属叠层或蚀去(etched out)区。
在现有的铜Cu互连技术中，裂纹停止被形成为包围芯片有源电路区以防止裂纹延伸穿过BEOL介质进入IC芯片的金属叠层。
现有技术也形成三重边缘密封。然而，附加边缘密封具有在IC芯片上占据更多面积的缺点。
发明内容
本发明提供了裂纹停止结构，以及用于形成裂纹停止结构的方法，用于在集成电路(IC)芯片上形成的IC，所述IC芯片利用在例如二氧化硅SiO2的低K介质材料中的不会形成自钝化氧化物层的金属互连例如铜或银互连。所述裂纹停止防止由在切割操作期间沿IC芯片外边缘形成的碎裂和破裂引起的裂纹延伸进入所述IC芯片的有源电路区。潮湿阻挡或边缘密封被形成为位于沿所述IC芯片有源区外边缘的金属叠层。所述裂纹停止通过位于IC芯片外围上的潮湿阻挡/边缘密封外侧的至少一个沟槽或凹槽形成。
更详细地讲，所述潮湿阻挡/边缘密封包括通过所述IC芯片有源区周围的金属叠层形成的至少一个内边界潮湿阻挡/边缘密封，其中每个金属叠层可以包括多个金属线和过孔条。而且，所述裂纹停止可以包括在所述IC外围上的潮湿阻挡/边缘密封外侧形成的多个沟槽或空隙区。
参考下面其几个实施例的详细描述，结合其中在全部图画中用同样的参考数字表示类似元素的附图，本领域内的技术人员可以更容易地理解用于低K介质的裂纹停止的本发明的上述目标和优点，并在附图中图1示出了现有的金属叠层裂纹停止，此裂纹停止用于IC芯片上的铜Cu互连技术中，以防止在切割期间形成的裂纹延伸进入IC芯片的易碎BEOL介质。
图2示出了本发明的实施例，其中IC芯片结合了由位于IC芯片外围的金属叠层构成的潮湿阻挡/边缘密封和由潮湿阻挡周围形成的至少一个外部蚀去空隙环构成的裂纹停止。
具体实施例方式
图1示出了现有的金属叠层裂纹停止，此裂纹停止用于IC芯片上的铜Cu互连技术中，以防止在切割期间形成的裂纹延伸进入IC芯片的易碎BEOL介质。IC芯片的有源区10通常形成在图1中的左边，并以沿它的外边缘形成的潮湿隔离/边缘密封12和在边缘密封外侧形成的金属叠层裂纹停止14为界。
IC芯片形成于硅Si衬底上，并在图1的左侧示出了IC芯片的示例性有源区。示例性有源区包括由浅沟槽隔离STI包围的npn nFET晶体管器件，所述器件具有p栅极上的多晶导体，左边n区上在钨W周围形成的钛Ti或TiN衬里，以及右边n区上的BPSG(硼磷硅玻璃)层。有源区包括由通常为氮化硅Si3N4或碳化硅SiC的覆层/蚀刻停止层16隔离的金属层M1、M2、M3、M4，顶表面铝层Al，具有在其周围形成的难熔金属(例如钽Ta)扩散阻挡18的铜Cu互连，和例如SiO2的BEOL(后段制程)低K介质材料20。
如图1所示，在现有的铜Cu互连技术中，潮湿阻挡/边缘密封12被形成为沿IC芯片有源区外边缘的具有在其周围形成的难熔金属(例如钽Ta)扩散阻挡22的金属叠层。金属叠层通常由多个由铜Cu形成的过孔条24形成，越多越好，以六为典型数目。裂纹停止14也被形成为潮湿阻挡/边缘密封12外侧的金属叠层，并通常包括由足够的铜Cu形成的单个过孔条26。
发现，在如图1中所示的结构中，金属叠层不能作为有效的裂纹停止用于在具有介电常数＜＜4.0的低K介质中嵌入的Cu互连技术。在Cu/SiO2技术中，在IC芯片上实施的切割操作期间形成的裂纹在裂纹停止14处停止，然而，在金属叠层中暴露的Cu要经过在存在水汽的环境中的快速氧化。因为低K介质的低弹性模量，氧化会导致Cu的体积膨胀，并引起裂纹停止附近的层的分离。这允许湿气进入芯片，因为水很快扩散进入低K介质而引起失效。
本发明提供了用于IC芯片的裂纹停止，用于防止由在IC芯片上实施切割操作期间沿IC芯片外边缘形成的碎裂和破裂引起的对IC芯片有源区的损坏，所述IC芯片利用在例如SiO2的低K介质材料中的不会形成自钝化氧化物层的金属互连例如铜或银互连。潮湿阻挡/边缘密封被形成为位于沿IC芯片有源区外边缘的金属叠层。裂纹停止通过位于IC芯片外围上的潮湿阻挡/边缘密封外侧的至少一个沟槽或凹槽形成。
图2示出了本发明的一个实施例，其中芯片结合了潮湿阻挡/边缘密封和裂纹停止。
图2中的有源区10基本上于图1中的相同，并因此将不重复其详细描述。
潮湿阻挡/边缘密封12优选通过由金属叠层构成的在IC芯片的有源电路区周围形成的至少一个内环或边界形成，并可以通过由金属叠层构成的几个内环或边界形成。每个金属叠层通常可以由多个由铜Cu或银Ag形成的金属线和过孔条形成，越多越好，以六为典型数目。
裂纹停止28通过在潮湿阻挡/边缘密封的至少一个内环或边界周围形成的至少一个外环或边界蚀去空隙区30形成，并可以通过由蚀去空隙区30构成的几个外环形成，图2中示出了两个。蚀去空隙裂纹停止的途径永远防止裂纹进来与潮湿阻挡/边缘密封12接触。
根据本发明的裂纹停止28和潮湿阻挡/边缘密封12可以按如下方法形成。使用常规工艺形成IC芯片上至最顶部Al层。通过制造一系列如图1中所示的例如过孔条24、26的叠层金属过孔结构和在所述过孔条正上方的金属线来形成裂纹停止28和潮湿阻挡/边缘密封12，这形成了环绕IC芯片有源区10周边的环。在不同的实施里中，如果需要，可以形成任何数目的潮湿阻挡/边缘密封12的环和任何数目的裂纹停止28的环。
为了形成裂纹停止，在IC上形成顶部铝Al层，但不在裂纹停止28的区域32即端部过孔开口之上/上形成Al层。在边缘密封的区域上，在裂纹停止的周边内形成Al层，以保护边缘密封区不受后面湿蚀刻的影响。
然后在除去例如Cu或Ag的互连金属和阻挡层16和18并对Al具有选择性的例如稀H2SO4:H2O2或稀H2SO4:H2O2:HF的湿蚀刻中蚀刻晶片。注意，相同的湿蚀刻会除去与硅Si接触的钨W和阻挡层。以相同的方式，在边缘密封12的外边缘周围形成裂纹停止28的蚀去空隙区30，以作为用于IC芯片有源区的裂纹停止，所述边缘密封12形成于IC芯片的有源区周围。
尽管在这里详细描述了用于低K介质材料的裂纹停止的本发明的几个实施例和变化，但是应该很明显，本发明的公开和教导将对本领域内的技术人员暗示许多可选的设计。
权利要求
1.一种用于具有有源电路区的集成电路(IC)芯片的裂纹停止，包括IC芯片，包括在低K介质材料中的不会形成自钝化氧化物层的金属互连；潮湿阻挡/边缘密封，位于沿所述IC芯片有源区的外边缘；裂纹停止，通过所述IC芯片外围上的所述潮湿阻挡/边缘密封外侧的至少一个沟槽或空隙区形成，用于防止由在所述IC芯片上实施切割操作期间沿所述IC芯片外边缘形成的碎裂和破裂引起的对所述IC芯片有源区的损坏。
2.根据权利要求1的用于IC芯片的裂纹停止，其中所述金属互连包括铜互连。
3.根据权利要求1的用于IC芯片的裂纹停止，其中所述金属互连包括银互连。
4.根据权利要求1的用于IC芯片的裂纹停止，其中所述潮湿阻挡/边缘密封包括由所述IC芯片有源电路区周围的金属叠层形成的至少一个内边界潮湿阻挡/边缘密封。
5.根据权利要求4的用于IC芯片的裂纹停止，其中每个金属叠层包括多个金属线和过孔条。
6.根据权利要求1的用于IC芯片的裂纹停止，其中所述裂纹停止包括在所述IC芯片外围上的所述潮湿阻挡/边缘密封的外侧形成的多个沟槽或空隙区。
7.一种裂纹停止结构，用于防止由于切割操作产生的边缘碎裂和破裂而引起的对集成电路(IC)芯片有源区的损坏，包括所述IC芯片的有源区，包括低K介质材料中的铜或银互连；裂纹停止和潮湿阻挡/边缘密封，其中所述裂纹停止包括所述IC芯片外围上的沟槽或凹槽，所述潮湿阻挡/边缘密封包括所述裂纹停止和所述芯片有源区之间的金属叠层。
8.一种用于形成用于具有有源电路区的集成电路(IC)芯片的裂纹停止的方法，其中所述IC芯片包括在低K介质材料中的不会形成自钝化氧化物层的金属互连、位于沿所述IC芯片有源区的外边缘的潮湿阻挡/边缘密封、以及至少一个外边界裂纹停止，所述裂纹停止通过所述IC芯片外围上的所述潮湿阻挡/边缘密封外侧的至少一个沟槽或凹槽形成，用于防止由在晶片上实施切割操作期间沿所述IC芯片外边缘形成的碎裂和破裂引起的对所述IC芯片有源区的损坏，所述方法包括以下步骤在所述晶片上形成除了最顶部的铝Al层基本上完成的IC芯片；通过制造一系列在所述IC芯片有源区外边缘周围形成边界的叠层过孔结构，形成所述裂纹停止和所述潮湿阻挡/边界密封；在所述IC芯片之上形成顶部Al层，不在所述裂纹停止区上形成所述Al层，而在所述裂纹停止周边内的所述潮湿阻挡/边缘密封区上形成所述Al层，以保护所述边缘密封区不受后面湿蚀刻的影响；在除去所述金属互连和阻挡层并对Al具有选择性的湿蚀刻中蚀刻所述晶片，以形成作为裂纹停止的蚀去区。
9.根据权利要求8的方法，包括在包括稀H2SO4∶H2O2∶HF的湿蚀刻中蚀刻所述晶片。
10.根据权利要求8的方法，包括在包括稀H2SO4∶H2O2的湿蚀刻中蚀刻所述晶片。
11.根据权利要求8的方法，包括以铜互连形成所述金属互连。
12.根据权利要求8的方法，包括以银互连形成所述金属互连。
13.根据权利要求8的方法，包括通过由所述IC芯片有源电路区周围的金属叠层形成至少一个内边界潮湿阻挡/边缘密封，来形成所述潮湿阻挡/边缘密封。
14.根据权利要求8的方法，包括通过形成多个金属线和过孔条来形成每个金属叠层。
15.根据权利要求8的方法，包括以所述至少一个内边界潮湿阻挡/边缘密封的外边缘周围形成的蚀去空隙区，形成至少一个外边界裂纹停止。
全文摘要
一种用于集成电路(IC)的低K介质材料的裂纹停止(28)，用于防止由切割操作期间沿IC芯片外边缘形成的碎裂和破裂引起的对IC芯片有源区的损坏，所述IC在IC芯片上形成，所述IC芯片利用在低K介质材料中的不会形成自钝化氧化物层的金属互连例如铜或银互连。潮湿阻挡或边缘密封(12)被形成为位于沿IC芯片有源区外边缘的金属叠层。裂纹停止通过位于IC芯片外围上的潮湿阻挡/边缘密封外侧的至少一个沟槽或凹槽形成。
文档编号H01L23/28GK1830079SQ200480021522
公开日2006年9月6日 申请日期2004年7月28日 优先权日2003年7月28日
发明者T·H·道本斯佩克, J·P·甘比诺, S·E·卢斯, T·J·麦克德维特, W·T·莫特西夫, M·J·波略特, J·C·罗宾斯 申请人:国际商业机器公司