專利名稱：用于通過浸滲加固結構的方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及一種結構，尤其是涉及具有增強強度的半導體 結構及其制造方法。
背景技術：
在半導體芯片制造中，低介電常數材料可期望用于降低后端工
序(BEOL: back-end-of-line)以及封裝互連中的信號傳播延遲以及 串擾。介電常數的降低總是導致電介質抗斷裂性的相應降低。對于 其中抗斷裂性直接與鍵合密度和強度相關的易損的類似氧化物的電 介質，尤其是這樣。特別地，在具有金屬結構需要重新設計芯片的 切口區(qū)的芯片周圍，會出現分層，這限制了可用于切口測試結構的 區(qū)域。
抗斷裂性降低的一個結果是利用近來的電介質，BEOL結構的 抗斷裂性已經變得低于其上制作有這些結構的硅襯底的抗斷裂性。 因此，通過諸如芯片切割和導線鍵合的工藝引入到芯片結構中的缺 陷(imperfection)優(yōu)先通過BEOL互連結構傳播，引起芯片失效。
通常，將半導體芯片進一步通過諸如C4芯片貼裝或導線鍵合的 不同工藝附著并連接到封裝結構。由于在封裝芯片中不同材料的熱 循環(huán)期間的熱膨脹屬性不同，封裝結構中材料的復雜布置將會在封 裝工藝中和/或在使用條件下在芯片中產生顯著的應力。這些力或者 應力通常是集中的，并且會導致現有結構缺陷變得不穩(wěn)定和傳播。
在這種封裝中可以使用某種應力釋放材料。然而，在大多數情 況下，選擇材料以便最優(yōu)化封裝的其他功能，諸如電特性或者C4疲 勞壽命，因此不能單獨設計材料來降低芯片中的應力。另外，通常 向封裝芯片的邊沿施加顯著的剪應力或者拉應力。因此，需要提供
這樣 一 種結構，該結構能夠避免因預先存在的裂紋或者其他缺陷傳 播到芯片的有源區(qū)域而引起的芯片封裝交互作用(CPI)失效。
一種方式是增加電介質自身的固有韌性。如上所述，在不增加 有效介電常數的情況下，這無法在整個芯片中實現，因此折衷了電 特性。為了增加對于CPI裂紋傳播的抵抗性而又不影響芯片的電特 性，必需在芯片的周邊局部地實現對電介質的加固。這可以通過對 芯片的邊沿應用分離的掩蔽和處理步驟來實現。然而，這種方式很 昂貴，因此并不是所期望的方法。
抑制結構缺陷傳播的另 一 種方式是降低結構缺陷尖端處的應 力，使得不能達到臨界斷裂應力。這可以通過利用受限的選項對封 裝進行特殊設計來實現。
鑒于上述情況，存在對于這樣一種結構及其制造方法的需要， 該結構對于后端工序電介質材料中的裂紋傳播具有增強的抵抗性。
發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種通過利用浸滲劑對結構進行浸滲來加固結構的 方法，從而利用該結構加固了互連電介質材料、彌補了該結構的缺 陷、加強了該結構并因此加固了該結構而并未折衷該結構的期望的 低介電常數。
本發(fā)明的實施方式其中之一提供了一種用于加固結構的方法，
該方法包括
提供其中定位有至少 一 個互連結構的結構；
對所述包括至少 一 個互連結構的結構進行切割；
將至少一種浸滲劑應用到至少一個互連結構的暴露邊沿；以及
將所述浸滲劑浸滲到至少 一 個互連結構中。
本發(fā)明的另一實施方式提供了一種用于加固結構的方法，該方
法包括
提供具有至少一個互連結構的結構；
對所述包括至少 一 個互連結構的結構進行局部切割；
在板內形成多個芯片切割溝道；
將至少 一種浸滲劑應用到所述芯片切割溝道的至少 一個中； 將至少 一種浸滲劑浸滲到至少 一個互連結構中；以及 將至少一個互連結構切割成多個芯片。
根據本發(fā)明，該結構可以包括半導體襯底、芯片或者封裝。 通常，在本發(fā)明中應用的浸滲劑具有從大約1000至30000克/
摩爾的低分子量，并且能夠促進對存在于至少一個互連結構中的電
介質材料的微孔的滲透。
在本發(fā)明的一個方面中，浸滲劑包括交聯基團和活性基團。
在本發(fā)明的另 一 方面中，所述浸滲劑可以是聚合物體系或者聚
合物前體。該聚合物體系例如是溶劑媒介聚合物體系或者是液態(tài)的。
所述聚合物前體可以進一步包括至少一種其他材料，諸如，UV引發(fā) 劑、熱引發(fā)劑、交聯劑和層間電介質(ILD)活性基團或者它們的任 意組合。
在本發(fā)明的又一 方面中，利用如鍵合劑或第二化合物的其他材 料將本發(fā)明的結構鍵合到封裝。
圖1A-圖1D是(通過剖面圖)示出了根據本發(fā)明的一個實施方 式對結構進行加固的方法的圖形表示。
圖2A是(通過剖面圖)示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的圖 1C所示方法的應用的圖形表示。
圖2B是(通過剖面圖)示出了根據本發(fā)明的另一實施方式的圖 1C所示方法的替代應用的圖形表示。
圖2C是(通過剖面圖)示出了根據本發(fā)明的又一實施方式的圖 1C所示方法的替代應用的圖形表示。
具體實施例方式
現在，將參考下面的論述以及本申請的附圖對本發(fā)明進行更加
詳細的描述，本發(fā)明提供了一種加固結構的方法，以便通過利用浸 滲劑對結構進行浸滲來彌補該結構中的缺陷、加強該結構、并因此 加固在結構內的互連電介質卻并未折衷該結構的期望的低介電常 數。需要注意的是，本發(fā)明的附圖是僅出于說明的目的而提供的， 因而附圖并不是按照比例繪制的。
在下面的描述中，為了提供對于本發(fā)明的徹底理解，陳述了若 干具體細節(jié)，諸如特定結構、部件、材料、尺寸、處理步驟以及技 術。但是，本領域普通技術人員應當理解，本發(fā)明脫離這些具體細 節(jié)一樣可以實現。在其它的情況中，為了避免混淆本發(fā)明，沒有詳 細地描述公知的結構或者處理步驟。
將要理解的是，當像是層、區(qū)域或者結構的元件被稱作為"在 另一元件中，，或者"到另一元件中，，時，該元件可以直接位于該另 一元件上，或者還可以存在居間元件。
圖1A-圖1D是(通過剖面圖)示出了加固半導體結構的方法的 順序剖面圖形表示。具體地，參考圖1A,初始半導體結構l2包括 襯底層10、多個阻擋層20以及后端工序(BEOL)疊層55,該BEOL 疊層55包括互連電介質材料40、極后端工序(FBEOL: far-back-end-of-line)電介質層30和BEOL金屬布線層56。在圖1A 中示出了原始邊沿51和54。
互連電介質材料40可以包括任何級間或者級內電介質，其包括 無機電介質或者有機電介質?；ミB電介質材料40可以是多孔的或者 非多孔的。可以用作電介質材料40的適合電介質的 一些實例包括但 并不僅限于Si02,倍半硅氧烷，包括Si、 C、 O和H的C摻雜氧 化物(即，有機硅酸鹽)，熱固性聚亞芳基醚，或者它們的多層。 在該申請中，使用"聚亞芳基"來指示通過鍵、稠環(huán)或者諸如像氧、 硫、砜、亞砜、羰基等的惰性聯接基團而聯接的芳基部分或惰性取 代芳基部分。
該互連電介質材料40典型地具有大約4.0或更小的介電常數， 更加典型的是具有約2.8或者更小的介電常數。除非另外說明，否則 此處提到的所有介電常數都是相對于真空而言。這些電介質材料與
具有的介電常數大于4.0的電介質材料相比通常具有更低的寄生串 擾?；ミB電介質材料40的厚度可以根據所使用的電介質材料以及互 連電介質材料40內電介質層的確切數目而改變。通常，對于普通的 互連結構，互連電介質材料40具有大約50至1000nm的厚度。
參考圖1B，未完全切割的半導體結構13包括兩個原始邊沿51 和54、兩個新近未完全切割的邊沿52和53、以及在邊沿52和53 之間的一反內切割溝道50。
可替代地，參考圖1B和圖1D, —種未完全切割的半導體結構， 其中切割溝道50進一步被完全切割，形成兩個分離的切割芯片71 和72,其中芯片71包括原始邊沿51和新切割的邊沿52，芯片72 包括原始邊沿54和新切割的邊沿53。該切割可以通過本領域技術人 員公知的不同方法來執(zhí)行。通常，該切割使用諸如金剛石鋸切或者 激光切割的標準切割工藝來執(zhí)行。
參考圖1B,邊沿51、 52、 53、 54可以包括至少一個結構缺陷。 該結構缺陷可能是由各種原因所導致的，諸如在半導體結構的切割 邊沿處出現的尖裂紋或者界面分層。該結構缺陷還可能是因導線鍵 合工藝而導致的。
參考圖1C,可以將浸滲劑60應用到未完全切割的半導體結構 13的邊沿51、 52、 53以及54。接著參考圖1D，將半導體結構l3 進一步切割成兩個分離的芯片71和72。
根據本發(fā)明的另一實施方式，參考圖1A和圖1D,將所提供的 半導體結構12完全切割，形成兩個分離的芯片71和72，而沒有圖 1C所示的步驟，并且進一步將浸滲劑60應用到邊沿51、 52、 53和 54。
參考圖1C和圖1D,通過多個阻擋層20防止浸滲劑60移動到 BEOL結構55的電有源區(qū)域65中。每個阻擋層20是用于防止浸滲 劑60滲透到電有源區(qū)域65中的阻擋材料。例如，每個阻擋層20是 金屬裂紋阻止層或者潮濕氧化阻擋層。裂紋阻止層可以包括利用電
路互連元件(例如襯底中的水平互連元件)構造的結構，以阻止襯 底內的裂紋。潮濕氧化阻擋層可以包括構造用于防止潮濕/氧化污染
物到達有源電路區(qū)域65的結構。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法可以彌補有缺陷的結構并加強半導體結 構的邊沿，而不會在BEOL結構中生成任何新的結構缺陷。
的若干實例。參考圖2A,在本發(fā)明的一個實施方式中，將浸滲劑60 應用到所提供的半導體結構的邊沿51直到阻擋層20,該阻擋層20 阻止了浸滲劑60滲透到有源電路所在的芯片中心。
參考圖2B，根據本發(fā)明的另一實施方式，浸滲劑60僅僅滲透到 芯片的邊沿58處的結構缺陷中，其中該芯片使用與滲透劑60不同 的鍵合劑鍵合到封裝14。在這種情況下，浸滲劑可以滲透該電介質 材料，或者可以不滲透該電介質材料。
參考圖2C，在本發(fā)明的另一實施方式中，提供了鍵合到封裝l5 的芯片86。在芯片86的BEOL結構82中切割出溝槽80。將浸滲劑 60應用到切割邊沿59,以防止裂紋88傳播進入到如圖2C所示的芯 片的中心84。在這種情況下，浸滲劑可以滲透該電介質材料，或者 可以不滲透該電介質材料。
該半導體封裝14或15經由鍵合工藝形成，其中利用至少第二 材料鍵合半導體芯片。第二材料例如可以包括鍵合劑或者第二化合 物。優(yōu)選地，第二材料不是與浸滲劑相同的材料。鍵合劑例如可以 是粘合劑，諸如環(huán)氧樹脂或者特定類型的冶金。
浸滲劑60典型地具有從大約IOOO至30000克/摩爾的低分子量， 并且能夠促進對存在于至少一個互連結構中的電介質材料的微孔的 滲透。
浸滲劑60可以包括交聯基團，其中浸滲劑增強了電介質材料40 的分子屬性，該交聯基團可以通過熱退火方法或者UV輻射方法來 引入。
熱退火工藝是在半導體器件制造中使用的工藝，其包括一次對 單個晶片進行加熱以便影響其電特性?？梢岳煤銣叵碌倪B續(xù)加熱 或者各種溫度跳變下的連續(xù)加熱。對于不同的效果設計唯 一 的熱處 理?？梢詫M行加熱以便激活摻雜劑、改變膜至膜或膜至晶片 襯底界面、使沉積的膜致密化、改變生長膜的狀態(tài)、修復離子注入 的損壞、將摻雜劑從 一 個膜移動或者驅動到另 一 膜中或者將摻雜劑 從一個膜移動或者驅動到晶片襯底中。
浸滲劑60可以包括活性基團，其中活性基團可以提供共價鍵以 增強附著力。例如，能夠與硅烷醇反應的活性基團是羥基、羧基或
硅烷醇等。
浸滲劑60可以包括聚合物體系。例如，該聚合物體系是溶劑媒 介聚合物體系。該溶劑例如是丙二醇曱醚乙酸酯(PGMEA)、丙二 醇曱醚(PGME)、曱苯、二曱苯、苯曱醚、1,3,5-三曱基苯、丁內 酯、環(huán)己酮、己酮、乳酸乙酯、庚酮、醇、環(huán)醚、環(huán)酮等。該溶劑 可以促進聚合物體系的微孔和裂紋滲透，并進一步通過利用加熱或 者不用加熱進行蒸發(fā)來移除。
根據本發(fā)明的另 一 實施方式，該聚合物體系在玻璃轉化溫度 (Tg)以下是液態(tài)，不需要任何溶劑，該聚合物體系的實例是聚硅 氧烷、聚硅氮烷、聚醚、聚氨酯和聚酯。
浸滲劑60可以包括聚合物前體。例如，該聚合物前體是單體。 另外，該聚合物前體可以通過自由基鏈聚合作用而聚合，諸如苯乙 烯塑料(styrenics)、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和乙烯基單體。
聚合物前體可以進 一 步進行附加的縮合或者聚合工藝，例如，
利用環(huán)氧樹脂，典型的聚氨酯。
聚合物前體還可以進一步包括引發(fā)劑，諸如UV引發(fā)劑或者熱引 發(fā)劑。引發(fā)劑是指用于開始鏈反應的化學化合物?；瘜W化合物引發(fā) 劑，通常形成自由基——具有至少一個不成對電子的原子或分子或 者在反應中用作單個實體的帶電或不帶電的原子基團。UV或者熱引 發(fā)劑的實例是偶氮異丁腈和過氧化苯甲酰，但不限于此。
該聚合前體可以進一步包括至少一個交聯劑。交聯劑是一種促
進或者調節(jié)聚合物鏈之間的分子間共價鍵的物質，將它們聯接到一 起，以生成更加剛性的結構。交聯劑例如是二乙烯基苯、三官能基 團和四官能基團等中之一。
聚合物前體還可以進一步包括至少一種層間電介質(ILD)活性
基團。ILD是每個金屬層之間或者第 一金屬層和硅之間的絕緣材料， 并且與級間電介質是相同的。該層間電介質材料可以包括氧化物、 低k的CVD電介質材料和/或旋布(spin-on)的低k電介質材料。 該氧化物可以是無摻雜硅玻璃(USG)、硼硅玻璃(BSG)、磷硅 玻璃(PSG)、氟硅玻璃(FSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)或者它們 的組合。各種低k的CVD電介質材料和旋布的低k電介質材料在本 領域也是已知的。
聚合物前體可以包括至少一個UV或者熱引發(fā)劑、交聯劑和ILD 活性基團的組合。
存在各種方式來將浸滲劑60應用到半導體襯底的邊沿。本發(fā)明 的實施方式其中之一是通過器具以液體形式，諸如聚合物溶液、液 體聚合物材料或者單體前體，將浸滲劑60直接應用到半導體襯底中。 該器具例如是注射器、刷子、氣溶膠或者氣相工藝。該氣相工藝是 如圖1C所示的化學氣相沉積工藝。
根據本發(fā)明的另一實施方式，浸滲劑60的應用可以進一步包括 固化工藝，其中將浸滲劑60轉化成具有優(yōu)選屬性(諸如，優(yōu)選的機 械屬性)的固體材料。因此，以均勻的涂敷將浸滲劑60應用到半導 體結構，其后是局部固化。例如，該浸滲劑通過旋涂來應用，并進 一步通過激光退火或者UV輻射在所選區(qū)域中交聯。最后，移除未 固化的材料。然而，并不排除其他沉積工藝，諸如像化學氣相沉積 和等離子體增強化學氣相沉積。
本發(fā)明用于將浸滲劑60應用到半導體結構的又一 實施方式是在 充足的局部壓力下經由氣相而引入浸滲劑，例如單體前體。該方法 易于引起單體前體在可進入的微孔(例如在預切區(qū)域中暴露的多孔 ILD)中的毛細縮合。在填充了微孔之后，通過在熱退火時進行UV
暴露使單體前體聚合或者交聯。
本領域技術人員將會認識到，也可利用其他種類的半導體結構。 另外，在存在結構缺陷或者不存在結構缺陷的情況下都可以將該浸 滲劑60應用到半導體結構，以加固半導體結構的邊沿。此外，根據
對于半導體結構的不同需要，可以將不同種類的浸滲劑60應用到同 一半導體結構的不同邊沿。在此處，這樣的應用是可以明確地預期的。
盡管已參照其優(yōu)選實施方式具體示出和描述了本發(fā)明，但是本 領域技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 可以在形式和細節(jié)上做出前述及其他各種改變。因此，本發(fā)明并不 限于已描述和示出的確切形式和細節(jié)，而是落入所附權利要求的范圍。
權利要求
1.一種加固結構的方法，所述方法包括提供其中定位有至少一個互連結構的結構；對所述包括所述至少一個互連結構的結構進行切割；將至少一種滲透劑應用到所述至少一個互連結構的暴露邊沿；以及將所述浸滲劑浸滲到所述至少一個互連結構中。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述切割提供多個半導體芯片o
3. 根據權利要求1所述的方法，其中將所述結構局部切割，在 板內形成多個芯片切割溝道，并將所述結構分離成多個芯片。
4. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括位于所述互連結構 中的至少一個阻擋層，所述至少一個阻擋層是金屬裂紋阻止層或者 潮濕氧化阻擋層。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所述結構包括半導體襯底、 芯片或者封裝。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中所述浸滲劑滲透到位于該 結構的至少一個邊沿中的結構缺陷中。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中所述浸滲劑具有從約1000 至30000克/摩爾的低分子量，并且能夠促進對存在于所述至少一個 互連結構中的電介質材料的微孔的滲透。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中所述浸滲劑包括交聯基團， 其中所述浸滲劑增強存在于所述至少 一個互連結構中的至少 一種電 介質材料的分子屬性。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中所述交聯基團通過熱退火 方法或者UV輻射方法來引入。
10. 根據權利要求9所述的方法，進一步包括將活性基團并入到 所述浸滲劑。
11. 根據權利要求1所述的方法，其中所述浸滲劑是聚合物體系。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中所述聚合物體系是溶劑 媒介的聚合物體系。
13. 根據權利要求11所述的方法，其中所述聚合物體系是液態(tài)的。
14. 根據權利要求1所述的方法，其中所述浸滲劑是聚合物前體。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中所述聚合物前體的聚合 進行自由基鏈聚合或者縮合聚合。
16. 根據權利要求14所述的方法，其中所述聚合物前體進一步 包括UV引發(fā)劑或者熱引發(fā)劑。
17. 根據權利要求14所述的方法，其中所述聚合物前體進一步 包括至少一種交聯劑。
18. 根據權利要求14所述的方法，其中所述聚合物前體進一步 包括至少一種ILD活性基團。
19. 根據權利要求1所述的方法，其中，使用至少一種第二材料 將所述至少一個互連結構鍵合到封裝。
20. —種加固結構的方法，所述方法包4舌 提供其中定位有至少一個互連結構的結構；對所述包括至少 一 個互連結構的結構進行完全切割；形成多個芯片；將至少一種浸滲劑應用到所述芯片的至少一個暴露邊沿；以及 將所述浸滲劑浸滲到所述芯片中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種加固結構的方法，以便彌補結構中的缺陷、加強該結構并因此加固電介質而并不折衷該結構的期望的低介電常數。本發(fā)明的方法包括步驟提供具有至少一個互連結構的半導體結構；切割該互連結構；將至少一種浸滲劑應用到該互連結構；以及使該浸滲劑浸滲以浸滲到該互連結構中。
文檔編號H01L21/82GK101359621SQ20081014513
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月31日 優(yōu)先權日2007年8月1日
發(fā)明者D·L·奎斯塔德, E·G·利尼格, M·萊恩, T·M·肖, W·F·蘭德斯, 劉小虎, 黃遏明 申請人:國際商業(yè)機器公司