專利名稱：半導體襯底的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體襯底，其具有形成在劃片線中用于測試IC的監測元件。
背景技術：
多個IC同時形成在單個半導體襯底(或單個半導體晶片)的表面上，在制造的最后步驟中使用劃片機沿劃片線切割半導體襯底，由此分離用于半導體器件的單個芯片。
在半導體襯底的表面上分布著在IC形成工藝中出現的例如薄膜缺陷和晶體缺陷的各種缺陷，由此引起了IC中的缺陷；因此，優選在切割成芯片之前，通過檢查排除這種在半導體襯底上的缺陷芯片。由于這個原因，在芯片區域的外部形成監測元件，以監測半導體元件的特性以及和加工中半導體元件的形成工藝相關的各種值，其中在半導體襯底分割成芯片之前，使用監測元件執行特性檢查。這可以在其安裝于單個半導體器件之前，確定IC芯片的質量和缺陷。通常，在劃片線中形成監測元件，由此，在完成特性檢查之后，監測元件在半導體襯底被劃分成芯片時，被劃片機所毀壞。
劃片線是線性區域，其形成在IC區域之間并且每個劃片線具有指定的寬度，以允許用于分離芯片的槽的形成。已開發了通過利用劃片線來形成用于測試的監測元件的各種方法。例如，日本專利申請公開No.S57-113241公開了在劃片線上或劃片線的外圍形成用于監測基本電路特性或制造參數的監測元件。
日本專利申請公開No.S59-14663公開了為改善晶體缺陷所致的壓力缺陷的監測精度，監測元件的面積增大并且沿劃片線形成。
圖10表示了用于將監測元件排布在劃片線內部的布局的平面圖，其中在鄰接在一起的四個IC區域201之間形成兩條劃片線202，并且在劃片線202中形成具有用于特性測量的連接墊(connection pad)的多個監測元件203。附圖標記204表示鈍化開口，其中去除了鈍化層以助于劃片。
如上所述，使用劃片線202形成監測元件203，劃片線是半導體襯底上的空白區域，其中在完成IC的形成之后，沿劃片線202切割半導體襯底，由此分離IC芯片。
日本專利申請公開No.H07-37839公開了一種具有通過密封環圍繞IC外圍的保護結構的半導體器件，以防止當半導體襯底被切割為芯片時，引起特性缺陷的水分或雜質滲入切割表面。
圖11是用于保護形成在IC區域201中的IC的密封環結構的剖面圖。多個IC區域201形成在硅襯底201的表面上并且每個由集成電路和多層連線構成，其中密封環結構形成在IC區域的外圍以防止水分和雜質滲入其中。
在密封環結構中，依次形成第一層間絕緣膜214、第一連線層216、第二層間絕緣膜218、第二連線層220以及鈍化膜222，以覆蓋場氧化膜的端部并圍繞形成在硅襯底211的表面上的IC區域201。常常使用通過硅石溶液(silica solution)的旋涂形成的CVD氧化膜和SOG(玻璃上旋轉)膜來作為層間絕緣膜214和218。此外，通過等離子CVD制成的氮化硅膜常常用作鈍化膜222。
圖12是形成于相鄰IC區域201之間的邊界處的劃片線202中的監測元件203的放大平面圖，其中形成密封環205以圍繞IC區域201，而在形成于劃片線202中監測元件區域231中的監測元件203的外圍，不形成密封環。
圖13是沿圖12的E-E’線得到的剖面圖。劃片線202的最上層表面覆蓋有“固態”鈍化膜222，其在鈍化開口204中被部分地去除，在鈍化開口204中，部分地暴露例如CVD氧化膜或SOG膜的層間絕緣膜15-2。CVD氧化膜和SOG膜具有較低的阻擋水分的能力，因為它們傳輸穿過的水分，因此它們不足以保護監測元件203。
如上所述，用于阻擋水分滲入的各種方法通常適用于IC芯片中IC的外圍；然而，沒有適用于監測元件的阻擋水分滲入的方法。由此這個原因，在具有監測元件的IC芯片中，滲入劃片線鈍化開口中的水分在層間絕緣層中造成固定電荷，使監測元件的特性不穩定。這使監測元件實現精確監測IC芯片內部條件的目的變得困難。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種半導體襯底，其中形成在劃片線中的監測元件被密封環所圍繞從而阻擋水分和雜質滲入IC，由此穩定監測元件的特性。
在本實用新型的一方面中，沿劃片線劃分半導體襯底以形成多個被密封環圍繞的IC區域，其中在劃片線中形成鈍化開口，在劃片線中被二級密封環圍繞的監測元件區域內形成監測元件。第二密封元件特別形成為圍繞監測元件的外圍，由此使監測元件能夠精確監測集成電路的特性，因為可防止水分和其他雜質滲入監測元件區域，因此監測元件區域在特性上穩定。
以上，二級密封環均與硅襯底連接，由此可穩定阱勢能(well potential)并改善監測精度。此外，部分二級密封環與用于形成IC區域的密封環具有相同的功能，由此能夠有效利用用于形成劃片線的區域，使劃片線寬度減小。此外，去除位于監測元件區域和劃片線中鈍化開口之間的部分二級密封環，由此可易于估計到監測元件區域中層間絕緣層中的水分的擴散速度。優選密封環的寬度大于二級密封環的寬度。
此外，密封環具有包含多個金屬層的疊層結構，多個金屬層經由絕緣層層疊在一起并經由接觸孔相互連接在一起。此外，二級密封環具有包含多個金屬層的疊層結構，多個金屬層經由絕緣層層疊在一起并經由通孔相互絕緣。因此，對于用于形成IC區域的密封環，可確保長期的可靠性；可減小用于形成二級密封環的整個區域；還可以改善每襯底芯片的產率。
現將參考附圖對本實用新型的這些和其他目的、方面以及實施例進行更詳細的描述，附圖中圖1是根據本實用新型第一實施例形成在半導體襯底上的監測元件、密封環和IC區域的布局平面圖；圖2是沿圖1的A-A’線得到的剖面圖，表示了與用于保護監測元件的二級密封環有關的基本部分；圖3是沿圖1的B-B’線得到的剖面圖，表示了與用于形成IC區域的密封環有關的基本部分；圖4是根據本實用新型第一實施例第一改進實例，在半導體襯底表面上的劃片線中排布監測元件的布局平面圖；圖5是沿圖4的C-C’線得到的剖面圖，表示了與用于保護監測元件的二級密封環有關的基本部分；圖6是沿圖4的D-D’線得到的剖面圖，表示了與用于形成IC區域的密封環有關的基本部分；圖7是根據本實用新型第一實施例第二改進實例，在半導體襯底上的劃片線中排布監測元件的布局平面圖；圖8是根據本實用新型第一實施例第三改進實例，在半導體襯底上的劃片線中排布監測元件的布局平面圖；圖9是根據本實用新型第一實施例第四改進實例，在半導體襯底上的劃片線中排布監測元件的布局平面圖；圖10是在其上形成有多個IC區域的半導體襯底表面上的劃片線中排布監測元件的布局平面圖；圖11是適合于IC區域的密封環結構的剖面圖；圖12是在劃片線中的監測元件區域中形成的監測元件的放大平面圖；以及圖13是沿圖12的E-E’線得到的剖面圖。
具體實施方式
現將參考附圖通過實例更詳細地描述本實用新型。
第一實施例現將參照圖1至3根據本實用新型第一實施例描述具有監測元件的半導體襯底，其中用相同的附圖標記表示與圖10至13所示的部分相同的部分，其中，為了簡單解釋的目的，圖1至3并未在比例上精確表示。
圖1是形成在劃片線202中的監測元件203外圍的平面圖，其中劃片線202形成在圍繞IC區域201(未具體表示)的密封環205之間。大量IC區域201以矩陣形式形成在半導體襯底(未示出)上，其中圖1表示了用于保護監測元件203的密封環的基本部分。
在圖1的左側，通過去除會妨礙劃片的固態鈍化膜來形成鈍化開口204。在圖1的右側，監測元件區域231被形成并且被用于保護監測元件203的二級密封環206所圍繞。在本實施例中，用于保護監測元件203的二級密封環206形成在監測元件區域231的外圍，并且與用于形成IC區域201的前述密封環205的寬度相比，其寬度減小。
圖2是沿圖1的A-A’線得到的剖面圖，其表示了與二級密封環206相關的基本部分。用于保護監測元件203的二級密封環206由三個金屬層1M、2M和3M構成，其間夾有層間絕緣膜215-1和215-2。通孔219連續形成在與層間絕緣膜相關的金屬層1M-3M之間，從而在平面圖中產生用于圍繞監測元件203的圖案，由此可部分地中斷層間絕緣膜。更具體而言，場氧化膜212形成在硅襯底上(未示出)；用作第一層間絕緣膜的CVD氧化膜214-1形成在場氧化膜212上；并且第一金屬層1M形成在CVD氧化膜上。由CVD氧化膜214-2、SOG膜215-1和CVD氧化膜214-3構成的第二層間絕緣膜213形成在金屬層1M上。由CVD氧化膜214-4、SOG膜215-2和CVD氧化膜214-5構成的第三層間絕緣膜217形成在第二金屬層2M上，第二金屬層2M形成在第二層間絕緣膜213上。此外，鈍化膜222形成在第三金屬層3M的最上層表面上，第三金屬層3M形成在CVD氧化膜214-5上。也就是說，具有上述剖面結構的二級密封環206形成在監測元件區域231的外圍中。
如上所述，用于保護監測元件203的二級密封環206提供了與層間絕緣膜213和217相關的通孔219，其中絕緣膜213和217每個都由三個層構成，即CVD氧化膜、SOG薄膜和CVD氧化膜，由此能夠部分地中斷層間絕緣膜213和217。形成具有上述剖面結構的二級密封環206以圍繞監測元件區域231。在二級密封環206中，在每個層間絕緣膜213和217中，在水分滲透方面易攻破的SOG膜被部分地中斷；因此，能夠可靠地阻擋水分滲入到監測元件203中。二級密封環206設計為使得三個金屬層1M-3M垂直排布，與通孔219相連；因此，與前述密封環205相比，可降低二級密封環206的厚度，密封環205的細節表示在圖3中。
圖3是沿圖1的線B-B’的剖面圖，其表示了與用于形成IC區域201的密封環205相關的基本部分。此處，密封環205適應于具有四個連線層，即金屬層1M、2M、3M和4M的IC區域201。更具體而言，用作第一層間絕緣膜的CVD氧化膜214-1形成在場氧化膜(未示出)上；第一金屬層1M形成在第一層間絕緣膜上；由CVD氧化膜214-2、SOG膜215-1和CVD氧化膜214-3構成的第二層間絕緣膜213形成在第一金屬層1M上；由CVD氧化膜214-4、SOG膜215-2和CVD氧化膜214-5構成的第三層間絕緣膜217經由第二金屬層2M上形成在第二層間絕緣膜213上，第二金屬層2M形成在第二層間絕緣膜213上。第一金屬層1M和第二金屬層2M經由接觸孔223直接連接在一起，其中形成側壁221以確保金屬層1M和2M之間的連接。類似地，第三金屬層3M和第四金屬層4M形成在第三層間絕緣膜217的上方，略去其細節。此外，鈍化膜222形成在最上層的表面上。上述密封環205需要符合要求的寬度以確保可靠性得到長期的保證。相反，監測元件203僅需要二級密封環206的短期保護。例如，與密封環205相比，通過相對于通孔219的尺寸和金屬層1M-3M的寬度的較小連線規則而形成二級密封環206已足夠。因此，可以減小由密封環206所占據的總面積。
接下來，將描述半導體襯底制造方法的要點，其中通過傳統的已知方法來形成IC，為了避免解釋的繁復性，略去對傳統已知方法的描述。下文中，主要關于用于保護監測元件的二級密封環的形成來給出解釋。
二級密封環與相應的監測元件、電極、連線、絕緣膜和其他必要元件一起同時形成。
例如，在p型襯底的情況下，形成p型雜質摻雜區域(即p阱)，為在硅襯底的表面上形成元件做好準備。然后，形成用于分隔元件的場氧化膜。在場氧化膜上形成用于形成監測元件的柵電極。形成具有輕摻雜漏極(LDD)結構的元件以界定SD區域。在襯底的整個表面上形成CVD氧化膜，作為第一層間絕緣膜。在CVD氧化膜中形成接觸孔。
接下來，在劃片線的密封環區域中形成第一金屬層。通過順序層疊三個層，即CVD氧化膜、SOG膜和CVD氧化膜，形成第二層間絕緣膜。第二層間絕緣膜經受蝕刻處理以形成第一通孔，通過該第一通孔部分地中斷第二層間絕緣膜。
類似地，依次形成第二金屬層、第二層間絕緣膜、第二通孔和第三金屬層。最后，在其中形成監測元件的監測元件區域的整個區域上形成“固態”鈍化膜(例如氮化硅膜)。
接下來，將參照圖4至9描述本實用新型第一實施例的改進實例。
圖4是根據本實用新型第一實施例第一改進實例，在半導體襯底表面上的劃片線中排布監測元件的布局平面圖。
與圖1所示的半導體襯底相比，在圖4所示的半導體襯底中，用于保護監測元件203的二級密封環206與硅襯底的阱區相連，其中二級密封環206與用于測量的阱焊盤(well pad)207相連。
根據圖4所示的結構，可以穩定監測元件203的阱勢能，由此改善測量精度。
此外，上述結構的優點在于，在干蝕刻和此后的濕蝕刻之后，很難發生由劃片線的處理所致的蝕刻表面的腐蝕和粗糙。
圖5是沿圖4的C-C’線得到的剖面圖，其表示了關于用于保護監測元件203的二級密封環206的基本部分。圖5所示的關于二級密封環206的基本結構與圖2所示的類似；因此，省略對其的詳細描述。與圖2所示的結構相比，在圖5所示的結構中，二級密封環206連接到在襯底的p阱區中的p+阱引出部分208。
圖6沿圖4的D-D’線得到的剖面圖，其表示了關于用于形成IC區域201的密封環205的基本部分。圖6所示的關于密封環205的基本結構與圖3所示的類似；因此，省略對其的詳細描述。與圖3所示的結構相比，在圖6所示的結構中，密封環205連接到襯底的p+阱引出部分208上。
根據第一改進實例的圖5所示的二級密封環206的制造方法與圖2所示的二級密封環206的制造方法類似；因此，省略對其的描述。
接下來，圖7是根據本實用新型第一實施例第二改進實例，在半導體襯底表面上的劃片線中排布監測元件的布局平面圖。
在這一實例中，二級密封環206-1和206-2共享用于形成IC區域的密封環205的功能，并且基本上以和密封環205相同的結構形成，其中二級密封環206-1和密封環205一起連續地形成，而其他二級密封環206-2獨立于密封環205形成，因為它們用于保護監測元件203。密封環205、206-1和206-2的基本結構與結合第一實施例及其第一改進實例所描述的類似；因此，省略對其的詳細描述。
在圖7的第二改進實例中，密封環205、206-1和206-2享有相同的功能并基本具有相同的結構，由此可顯著減小密封環的整體面積，有助于劃片線寬度的全面或局部減小。
接下來，圖8是根據第一實施例第三改進實例，在半導體襯底表面上的劃片線中排布監測元件的布局平面圖。
與圖7所示的半導體襯底相比，在圖8所示的半導體襯底中，監測元件203不形成在劃片線202的中心區域，而是于劃片線202的內部在位置上輕微地偏移；具體地，監測元件203在劃片線202中向上移動。這可靠地避免了破裂的出現。第三改進實例的其他結構與上述第一實施例及其第二改進實例的結構類似；因此，省略對其詳細描述。
接下來，圖9是根據第一實施例第四改進實例，在半導體襯底表面上的劃片線中排布監測元件的布局平面圖。
在這個實例中，去除部分二級密封環206-2以形成密封開口261，其中二級密封環206-2形成在鈍化開口204和監測元件區域231之間以圍繞監測元件區域231。
在上述結構中，在密封開口261中沒有用于阻擋水分的通孔，存在于鈍化開口204中的水分可能通過SOG膜(未示出)滲入到監測元件區域231。通過監測監測元件203的特性變化，可以估計水分到監測元件區域231的層間膜(未示出)中的擴散速度，這能夠應用到例如包含在集成電路中的元件電阻的估算以及集成電路缺陷出現的仿真。
可進一步形成第二保護絕緣層以覆蓋薄膜元件，由此保護薄膜元件受外部環境影響。此外，可在平面絕緣層的表面上進行化學機械拋光(CMP)，由此在納米的量級上改善平面絕緣層的光學平面度。
在制造中，在絕緣層上形成具有開口的抗蝕劑膜，所述開口的壁是傾斜的并且從其底部到上端逐漸擴大，然后使用抗蝕劑膜作為掩模，選擇性地去除絕緣層，由此在絕緣層中形成開口，所述開口是傾斜的并且從其底部到其上端逐漸擴大。此處，抗蝕劑膜開口的壁關于位于抗蝕劑膜厚度方向的軸以20°至80°的指定角度傾斜。此外，包括氟利昂氣體和氧氣的混合氣體用于選擇性地去除絕緣層并用于蝕刻具有預定形狀的開口。
由于本實用新型可以在不背離其主旨和基本特性的前提下以數種形式實現，因此上述實施例是示例性的而非限制性的。因為本實用新型的范圍由所附權利要求而不是由其說明書限定，所以本實用新型的所有變化或者這些邊界和界限的等同物都將屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種半導體襯底，其特征在于所述半導體襯底沿劃片線被劃分以形成被密封環圍繞的多個IC區域，其中在所述劃片線中形成有鈍化開口，在所述劃片線中監測元件區域之內形成監測元件，所述監測元件區域被二級密封環圍繞。
2.根據權利要求1所述的半導體襯底，其特征在于每個所述二級密封環均與硅襯底連接。
3.根據權利要求1所述的半導體襯底，其特征在于部分所述二級密封環連接到用于形成所述IC區域的所述密封環。
4.根據權利要求1所述的半導體襯底，其特征在于位于所述監測元件區域和所述劃片線中的所述鈍化開口之間的部分所述二級密封環被去除。
5.根據權利要求1所述的半導體襯底，其特征在于所述密封環的寬度大于所述二級密封環的寬度。
6.根據權利要求1所述的半導體襯底，其特征在于所述密封環具有包含多個金屬層的疊層結構，所述多個金屬層經由絕緣層層疊在一起并經由接觸孔相互連接在一起。
7.根據權利要求1所述的半導體襯底，其特征在于所述二級密封環具有包含多個金屬層的疊層結構，所述多個金屬層經由絕緣層層疊在一起并經由通孔彼此相互絕緣。
專利摘要為了防止水分和其他雜質滲入用于測試IC的監測元件中，用二級密封環圍繞監測元件，二級密封環通過順序形成金屬層和氧化層以及通孔來構成，通過所述通孔，氧化層被部分地中斷。
文檔編號H01L23/52GK2826695SQ20052000266
公開日2006年10月11日 申請日期2005年1月24日 優先權日2004年1月26日
發明者內藤寬, 藤田晴光 申請人:雅馬哈株式會社