JP2005142553A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤボンディング時に電極パッド下の低誘電率絶縁膜にクラックが発生することを防止し、配線層の劣化を抑制可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１１の上方に少なくとも１つの電極パッド１８が形成されている。電極パッド１８と半導体基板１１との間に多層配線１３が形成されている。多層配線１３の各配線層は低誘電率絶縁膜１５により構成された第１の絶縁膜により絶縁されている。少なくとも第１の絶縁膜内で、少なくとも１つの電極パッドの周辺に対応してダミー配線２１が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を用いた多層配線を有する半導体装置に係わり、特にパッド周辺の構造に関する。

ＬＳＩを高性能化するため、素子の微細化、配線間距離の減少が進んでいる。配線間距離の減少に伴い、配線間に大きな容量が生じ、信号の伝播速度が低下する問題が起きている。そこで、誘電率が低い低誘電率絶縁膜を層間絶縁膜として用いることにより、ＬＳＩの高性能化が図られている。低誘電率絶縁膜としては、例えばＳｉＯＣ、有機絶縁膜やＳｉＯＦなどがある。これら絶縁膜は、誘電率が低い反面、機械的強度、例えばヤング率が小さく、破壊に至る応力値が他の絶縁膜、例えばＳｉＯ_２に比べて著しく低いという欠点がある。

また、多層配線を用いるＬＳＩは、例えば１０層の配線のうち、第１層から第８層乃至第９層までを上記低誘電率絶縁膜を用いて絶縁する。この理由は、一般に下層配線層ほど、配線層間容量が性能に与える影響が大きいため、低誘電率絶縁膜を用いるほうが有利であるからである。上記低誘電率絶縁膜を用いたＬＳＩは、多層配線を形成した後、電極パッドが形成される。

図２８は、層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を用いた半導体装置の一例を示している。図示せぬトランジスタ等の素子が形成された半導体基板１１の上に絶縁膜１２が形成され、この絶縁膜１２の上に例えば４層の配線層１３が形成されている。これら配線層１３の相互間はヴィア１４により接続されている。さらに、配線層１３は、層間絶縁膜としての低誘電率絶縁膜１５により絶縁されている。低誘電率絶縁膜１５より上方の配線層１６は、例えばシリコン窒化膜などの絶縁膜１７により絶縁されている。絶縁膜１７の上には電極パッド１８が形成され、この電極パッド１８は配線層１６に接続されている。絶縁膜１７の上にはパッシベーション膜ＰＦを構成する例えばシリコン酸化膜１９とシリコン窒化膜２０が順次形成され、電極パッド１８は、これらシリコン酸化膜１９とシリコン窒化膜２０に設けられた開口部から露出されている。

図２９は、ＬＳＩの多層配線に用いられる金属材料と絶縁膜の機械的強度を示すパラメータの一つであるヤング率の一例を示している。金属材料のヤング率は、いずれも１００ＧＰａを超えている。これに対して、絶縁膜のヤング率は１００ＧＰａ以下であり、特に、Ｌｏｗ−ｋ材と呼ばれる低誘電率絶縁膜は、２０ＧＰａ以下である。このため、Ｌｏｗ−ｋ材により形成された絶縁膜は機械的な強度が弱い。

尚、層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を用い、パッドの下方に金属配線を設け、ワイヤボンディング時に絶縁膜のクラックを防止する技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。

また、多層プリント配線板の部品搭載用導電パッドの少なくとも外縁部に対応する絶縁部材内に、クラックの進行を防止する部材を埋設した多層プリント配線板が開発されている（例えば特許文献２参照）。

上記のように、低誘電率絶縁膜は機械的強度が低い。このため、電極パッド１８にワイヤをボンディングする際、その衝撃により低誘電率絶縁膜１５及びシリコン酸化膜１９、シリコン窒化膜２０等にクラックが発生する。

すなわち、図３０に示すように、電極パッド１８にワイヤ１００をボンディングする時、ワイヤのアライメントが電極パッドから少しずれ、ワイヤ１００の一部が電極パッド１８の周囲の絶縁膜に接すると、ワイヤボンディング時の機械的な力により、図２８に示すように、絶縁膜１５，１７，１９，２０にクラック１０１が入ってしまう。このクラック１０１から水分や酸素ガスが浸入すると、配線層１３やヴィアの金属を腐食させてしまうという問題がある。図３０に示す１０２は、配線層の腐食部を示している。
特開平１１−３４０３１９号公報 特開２０００−３４９４４７号公報

本発明は、ワイヤボンディング時に電極パッド下の低誘電率絶縁膜にクラックが発生することを防止し、配線層の劣化を抑制可能な半導体装置を提供する。

本発明の半導体装置の第１の態様は、半導体基板の上方に形成された少なくとも１つの電極パッドと、前記少なくとも１つの電極パッドと前記半導体基板との間に配置され、複数の配線層により構成された多層配線と、前記各配線層を絶縁する低誘電率絶縁膜により構成された第１の絶縁膜と、少なくとも前記第１の絶縁膜内で、前記少なくとも１つの電極パッドの周辺に対応して形成されたダミー配線とを具備している。

本発明の半導体装置の第２の態様は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成され、最外周がリング状の複数の電極パッドとを具備している。

本発明によれば、ワイヤボンディング時に電極パッド下の低誘電率絶縁膜にクラックが発生することを防止し、配線層の劣化を抑制可能な半導体装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１、図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示している。図１、図２に示すように、電極パッド１８の周囲に対応する低誘電率絶縁膜１５内には、例えば連続したリング状のダミー配線層２１が配置されている。このダミー配線層２１は、多層配線と同じ複数の配線層２２と、これら配線層２２を接続する複数のヴィア２３により構成されている。

すなわち、図２において、図示せぬトランジスタ等の素子が形成された半導体基板１１の上に絶縁膜１２が形成され、この絶縁膜１２の上に例えば４層の配線層１３が形成されている。これら配線層１３の相互間はヴィア１４により接続されている。さらに、配線層１３は、層間絶縁膜としての低誘電率絶縁膜１５により絶縁されている。低誘電率絶縁膜１５より上方の配線層１６は、例えばシリコン窒化膜などの絶縁膜１７により絶縁されている。絶縁膜１７の上には電極パッド１８が形成され、この電極パッド１８は配線層１６に接続されている。絶縁膜１７の上にはパッシベーション膜ＰＦとしてシリコン酸化膜１９、シリコン窒化膜２０が形成され、電極パッド１８は、これらシリコン酸化膜１９、シリコン窒化膜２０から露出されている。パッシベーション膜ＰＦは上記に限定されるものではなく、例えばシリコン窒化膜のみより構成してもよい。

前記低誘電率絶縁膜１５内で、電極パッド１８の周囲に対応してダミー配線層２１が形成されている。このダミー配線層２１は、多層配線層１３の各配線層及びヴィア１４の形成と同一の工程において形成される。このため、ダミー配線層２１は、絶縁膜１２と絶縁膜１７の間に形成されている。

ダミー配線層２１の形成位置は、次のように定められる。例えば電極パッド１８の周縁とダミー配線層２１との水平距離Ｌの最短距離は、例えば半導体装置の設計ルールの最小距離であり、最長距離は、例えば電極パッド１８に対するボンディングワイヤのアライメントの最大ずれ量に相当する。具体的には、最長距離はほぼ５μｍであり、電極パッド１８からほぼ２μｍの位置に形成することが好ましい。

ダミー配線層２１の幅Ｗは、大きいほど機械的な強度を増すことができ、ガードリングとしての機能も得ることができる。しかし、ダミー配線層の幅を大きくした場合、チップ面積を増大するため好ましくない。したがって、最長距離Ｌを考慮したダミー配線層２１の幅Ｗは、最大でほぼ４μｍ(但し、電極パッドとダミー配線層との距離１μｍ)、最小は、設計ルールの最小寸法であり、ほぼ０．１μｍである。また、ヴィアの幅もダミー配線層２１の幅Ｗと同様であり、最大でほぼ４μｍ、最小でほぼ０．１μｍである。好ましいダミー配線層は、例えば配線幅１μｍ、ヴィアの幅はほぼ０．２〜０．４μｍである。

ダミー配線層２１及び多層配線層１３及びヴィアは、例えば銅（Ｃｕ）が用いられる。銅のヤング率は、図２９に示すように１５０ＧＰａであり、低誘電率絶縁膜の約１０−１００倍の強度を有している。このため、電極パッドの周囲に金属材料により構成されたダミー配線を多用することにより、電極パッドの周囲かつ下方に位置する絶縁膜のヤング率を高くすることができ、機械的強度を高めることができる。

上記第１の実施形態によれば、電極パッド１８の周囲に対応する低誘電率絶縁膜１５内に、複数の配線層２２及び複数のヴィア２３により構成されたダミー配線層２１を形成し、低誘電率絶縁膜１５を補強している。このため、層間絶縁膜として機械的強度の低い低誘電率絶縁膜１５を用いた場合において、ワイヤボンディングのアライメントがずれた場合においても、電極パッド１８の下方に位置する絶縁膜にクラックが発生することを防止できる。

また、ダミー配線層２１は、電極パッド１８の周囲を囲むように連続的に形成している。このため、例え電極パッド１８の下方の絶縁膜にクラックが発生した場合においても、ダミー配線層２１により水分や酸素の浸入を防止できる。したがって、多層配線層１３の劣化を防止することが可能である。

しかも、これらダミー配線層２１は、多層配線層１３と同一の製造工程において形成できるため、平面形状のパターンをデザインするだけでよい。したがって、特別な材料やプロセスが必要ないため、製造が容易で、コストの高騰を抑えることが可能である。

尚、各配線層とヴィアは、同一材料により形成する場合に限らず、異なる材料で形成することも可能である。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態を示している。第１の実施形態はダミー配線層２１を低誘電率絶縁膜１５内のみに形成した。これに対して、第２の実施形態において、ダミー配線層２１は低誘電率絶縁膜１５の上の絶縁膜１７内及びシリコン酸化膜１９内にも形成している。

すなわち、図３において、絶縁膜１７内には、配線層１６及びヴィア１４と同様に配線層３１及びヴィア３２が形成され、シリコン酸化膜１９内に配線層３３が形成されている。配線層３３はヴィア３４により配線層３１に接続されている。

上記第２の実施形態によれば、低誘電率絶縁膜１５の上の絶縁膜１７内及びシリコン酸化膜１９内にもダミー配線層２１を形成している。このため、ワイヤボンディングの衝撃に対して、一層、絶縁膜１５，１７，１９，２０にクラックが発生することを防止できる。

（第３の実施形態）
図４、図５は、本発明の第３の実施形態を示している。第１、第２の実施形態において、ダミー配線層２１は、電極パッド１８の周囲に対して、多層配線層１３を完全に囲むように、連続的なリング状に形成した。これに対して、第３の実施形態において、ダミー配線層２１は、平面形状が例えば正方形状、あるいは矩形状とされている。すなわち、図４は正方形状のダミー配線層２１ａを電極パッド１８の周囲に対して、所定の間隔を空けて配置した構成を示している。また、図５は矩形状のダミー配線層２１ｂを電極パッド１８の周囲に対して、所定の間隔を空けて配置した構成を示している。

第３の実施形態によっても第１、第２の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態を示している。第４の実施形態は、ダミー配線層２１の幅を上記最大限とし、各配線層に間に複数のヴィア２３，３２，３４を配置している。

第４の実施形態によれば、各配線層に間に複数のヴィア２３，３２，３４を配置しているため、一層機械的強度を向上できる。尚、第４の実施形態において、ダミー配線層２１の平面形状は、第１の実施形態のように連続したリング状に限らず、第３の実施形態のように、複数の配線パターンを所定間隔空けて配置する方法のいずれにも適用できる。

図７、図８は、第４の実施形態の変形例を示している。第４の実施形態は、幅の広いダミー配線層２１を電極パッド１８の周囲に対応して１つ形成した。これに対して、図７、図８は、例えば配線間隔及びチップサイズの許容範囲内において、ダミー配線層２１を電極パッド１８の周囲に二重に形成している。すなわち、電極パッド１８の周囲に同心状に２つのダミー配線層２１を形成している。

このような構成とすることにより、さらに、水分や酸素の浸入を防止できる。この場合も、ダミー配線層２１の平面形状は、リング状あるいは複数の配線パターンを所定間隔空けて配置する場合のいずれも可能である。

また、図９に示すように、リング状のダミー配線層２１と、例えば正方形状のダミー配線層２１ａを組み合わせて配置してもよい。ダミー配線層の組み合わせは、図７、図９に限定されるものではなく、変形可能である。

さらに、ダミー配線層は二重に限らず、三重以上とすることも可能である。

（第５の実施形態）
図１０、図１１は、本発明の第５の実施形態を示している。電極パッド１８が引き込み配線層１８１を有する場合、この配線層１８１と同一の層には、リング状のダミー配線層を形成することができない。したがって、クラックの発生を考慮すると、引き込み配線層１８１は、低誘電率絶縁膜１７内ではなく、機械的強度を有する絶縁膜１７内に形成することが望ましい。すなわち、図１０に示すように、引き込み配線層１８１を絶縁膜１７内に形成する。このとき、絶縁膜１７内のダミー配線層２１の一部に開口１８２を形成し、この開口部１８２に引き込み配線層１８１を形成する。

第５の実施形態によれば、ダミー配線層２１の一部に開口部１８２を形成し、この開口部１８２に引き込み配線層１８１を形成している。このため、クラックの発生を抑制でき、しかも、必要な引き込み配線層１８１を形成できる。

また、ダミー配線層を図４、図５に示す実施形態のような構成とし、配線パターン相互間のスペースに引き込み配線層１８１を形成することも可能である。

（第６の実施形態）
図１２、図１３は、本発明の第６の実施形態を示している。第１乃至第５の実施形態は、１つの電極パッドにダミー配線層を形成する場合について説明した。これに対して、第６の実施形態は、複数の電極パッドに対して１又は複数のダミー配線層を形成する。通常、電極パッドと電極パッドのピッチは、各ＬＳＩの世代において一定の値に定められている。したがって、電極パッドの配列方向に対するワイヤボンディングのアライメントのずれに起因するクラックは、電極パッドと電極パッドの間隔を狭くすることによって回避することが可能になる。このため、通常、電極パッドと電極パッド間のスペースは、各配線層で規定されている設計ルールの最小値に設定しておくのが良い。例えば隣接する２つの電極パッドの間隔が設計ルールの最小値である場合、ワイヤボンディングのアライメントがずれた場合においても、隣接する電極パッド及びその下方の配線層が絶縁膜の補強を兼ねるため、ワイヤボンディング時の衝撃による絶縁膜へのクラックの発生は抑制することが可能である。このため、第６の実施形態において、図１２、図１３に示すように、隣接する２つの電極パッド１８ａ、１８ｂの間には、ダミー配線層を形成せず、２つの電極パッド１８ａ、１８ｂの周囲にダミー配線層２１を形成する。ダミー配線層２１の構成は、例えば図３に示す例と同様である。

図１４は、第６の実施形態の変形例を示すものである。各配線層の最小スペースは、それぞれ異なっている。一般に、上層配線間のスペースＬ２、Ｌ３は、下層配線間のスペースＬ１より広く設定される。このため、各配線層のスペースは異なるが、このような場合においても、ダミー配線層の構成に本質的には影響しない。

図１５は、第６の実施形態のさらなる変形例を示すものである。図１２において、ダミー配線層２１は２つの電極パッド１８ａ、１８ｂの周囲を囲むリング状であった。これに対して、図１５は、例えば複数の矩形状のダミー配線層２１ｂを電極パッド１８ａ、１８ｂの周囲を囲むように、所定間隔空けて配置している。このような構成によっても、第６の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。ダミー配線層の組み合わせは、上記例に限定されるものではなく、変形可能である。

（第７の実施形態）
図１６は、本発明の第７の実施形態を示している。第１乃至第６の実施形態は、電極パッドの周囲に対応してダミー配線層を形成することにより、ワイヤボンディング時の衝撃を緩和し、クラックの発生を防止していた。これに対して、第７の実施形態は、ワイヤボンディング時の衝撃をさらに緩和するため、シリコン窒化膜２０の上に、ヤング率が低誘電率絶縁膜１５と同等以下の絶縁膜４１を形成する。この絶縁膜４１としては、ヤング率が２０ＧＰａ以下の、例えばＳｉＯＣ又はＳｉＯＣＨが用いられる。

上記第７の実施形態によれば、シリコン窒化膜２０の上に低誘電率絶縁膜１５とほぼ同等のヤング率を有する絶縁膜４１を形成している。この絶縁膜４１は、ヤング率が小さいため、機械的な力が加わると簡単に変形する。つまり、絶縁膜４１が変形することにより、パッシベーション膜ＰＦやその下にある絶縁膜への機械的な力を低減することができる。このため、パッシベーション膜ＰＦやその下にある絶縁膜にクラックが発生することを回避できる。

図１７は、第７の実施形態の変形例を示している。図１６に示すように、パッシベーション膜ＰＦの上に形成されたヤング率の小さい絶縁膜４１は、親水性を有するものがある。絶縁膜４１の下にはパッシベーション膜ＰＦがあるため、絶縁膜４１が吸湿した場合においても問題はない。しかし、親水性を持たない膜である方が望ましい。そこで、親水性を有する絶縁膜の場合、その表面を例えばプラズマ処理し、撥水性の膜に改質しておくと良い。図１７において、絶縁膜４１の表面に形成された膜４１ａは撥水性を有する膜である。

上記構成によれば、絶縁膜４１の表面に撥水性を有する膜４１ａを形成しているため、絶縁膜４１の吸水を防止でき、膜の信頼性を向上させることができる。

（第８の実施形態）
図１８、図１９、図２０は、本発明の第８の実施形態を示している。上記各実施形態は、電極パッド１８の周囲に位置する低誘電率絶縁膜１５内にダミー配線層２１を形成し低誘電率絶縁膜１５を補強している。これに対して、第８の実施形態は、電極パッド及び電極パッドに接続される配線層をリング状としている。

すなわち、図１８乃至２０において、図示せぬトランジスタ等の素子が形成された半導体基板１１の上に絶縁膜１２が形成され、この絶縁膜１２の上に例えば２層の配線層１３が形成されている。すなわち、絶縁膜１２の上に平板状の配線層５１が形成されている。この配線層５１の上にリング状のビア５２ａ、５２ｂ、５２ｃが同心状に形成されている。これらビア５２ａ、５２ｂ、５２ｃの上にリング状の配線層５３ａ、５３ｂ、５３ｃが同心状に形成されている。配線層５１、ビア５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、配線層５３ａ、５３ｂ、５３ｃは、低誘電率絶縁膜１５内に形成されている。前記配線層５３ａ、５３ｂ、５３ｃの上には、リング状のビア５４ａ、５４ｂ、５４ｃが同心状に形成されている。これらビア５４ａ、５４ｂ、５４ｃの上には、リング状の電極パッド５５ａ、５５ｂ、５５ｃが同心状に形成されている。これらビア５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、電極パッド５５ａ、５５ｂ、５５ｃは、例えばシリコン窒化膜などの絶縁膜１７内に形成されている。絶縁膜１７の上には、パッシベーション膜ＰＦとして例えばシリコン酸化膜が形成されている。電極パッド５５ａ、５５ｂ、５５ｃの表面は、絶縁膜１７、パッシベーション膜ＰＦに設けられた開口部１７ａから露出されている。

上記配線層５１、ビア５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、配線層５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、ビア５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、電極パッド５５ａ、５５ｂ、５５ｃの材質は、例えば銅である。しかし、銅に限定されるものではなく、ヤング率の大きい材料であればよい。

また、電極パッド５５ａ、５５ｂ、５５ｃ及びその下のビア５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、配線層５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、ビア５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、３重としたが、これに限定されるものではなく、電極パッド５５ａのみの１重、又は、２重、あるいは４重以上の構成とすることも可能である。

上記構成において、図１８、図１９に破線で示すように、ボンディングワイヤＢＷは、例えば最も内側の電極パッド５５ａにボンディングされる。

上記第８の実施形態によれば、リング状の電極パッド５５ａ、５５ｂ、５５ｃを同心状に配置し、これら電極パッド５５ａ、５５ｂ、５５ｃをリング状のビア５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、配線層５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、及びビア５２ａ、５２ｂ、５２ｃを介して配線層５１に接続している。このため、ボンディングの衝撃により電極パッド５５ａの近傍の絶縁膜１７にクラックが発生した場合においても、クラックから浸入した水分や酸素は電極パッド５５ａより外側の電極パッド５５ｂ、５５ｃ、ビア５４ｂ、５４ｃ、配線層５３ｂ、５３ｃ、及びビア５２ｂ、５２ｃによりガードされ、これらより外側へ移動することが防止される。したがって、半導体装置の内部配線や、接続孔の酸化や腐食を防止できるため、半導体装置の不良発生を回避することができる。

尚、同心状に配置されたリング状のパッドやビア、配線層は、同一の幅、同一の間隔で配置することに限定されない。

図２１は、第８の実施形態の変形例を示している。図２１に示すように、例えば同心状に配置されたパッドやビア、配線層の幅を外周に位置するものほど広くしたり、パッドやビア、配線層の間隔を外周に位置するものほど大きくしても良い。図２１は、パッドやビア、配線層の幅Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を変えた場合を示している。これら幅の関係は、例えばＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３と設定されており、外周部ほど広く設定されている。このような構成とすることにより、一層、水や酸素の阻止効果が大きくなる。

図２２、図２３は、第８の実施形態の他の変形例を示している。図２２、図２３に示すように、最も内側の電極パッド５５ａの内側には、矩形状の複数の電極パッド５６が形成されている。各電極パッド５６は、ビア５６ａ、配線層５６ｂ、ビア５６ｃを介して配線層５１に接続されている。

このような構成とした場合、ボンディングワイヤは電極パッド５５ａ及び複数の電極パッド５６と接続される。このため、ボンディングワイヤはパッドとの接触面積を増加することができ、電気抵抗を低下できる。しかも、複数の電極パッド５６、ビア５６ａ、配線層５６ｂ、ビア５６ｃは、ボンディング時の衝撃を緩和するため、クラックの発生を抑制することができる。

尚、図２２において、リング状の電極パッドは必ずしも３つである必要はなく、２つ又は１つ、あるいは４つ以上でもよい。

（第９の実施形態）
図２４、図２５は、第９の実施形態を示している。図２４、２５において、第８の実施形態と同一部分には同一符号を付す。図２４、図２５において、リング状の電極パッド５５ａ、５５ｂの外周面には、複数の突起６１が設けられている。これら突起６１は電極パッド５５ａ、５５ｂと一体的に形成されている。これら突起６１と配線層５１の間には突起６１ａ、６１ｂ、６１ｃが形成されている。すなわち、突起６１ａは、ビア５４ａ、５４ｂの外周面にビア５４ａと一体的に形成されている。また、突起６１ｂは、配線層５３ａ、５３ｂの外周面に配線層５３ａ、５３ｂと一体的に形成されている。さらに、突起６１ｃはビア５２ａ、５２ｂの外周面にビア５２ａ、５２ｂと一体的に形成されている。

これら突起６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃの数は、多いほど電極パッド５５ａ、５５ｂ、ビア５４ａ、５４ｂ、配線層５３ａ、５３ｂ、ビア５２ａ、５２ｂの強度を向上できるとともに、水分や酸素の浸入を阻止できる。したがって、隣接する突起同士が接触しない範囲で、突起６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃの数を増加することが可能である。また、突起６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃの幅も、隣接する突起同士が接触しない範囲で広くすることにより、電極パッド５５ａ、５５ｂ、ビア５４ａ、５４ｂ、配線層５３ａ、５３ｂ、ビア５２ａ、５２ｂの強度を向上できるとともに、水分や酸素の浸入を阻止できる。

上記第９の実施形態によれば、電極パッド５５ａ、５５ｂ、ビア５４ａ、５４ｂ、配線層５３ａ、５３ｂ、ビア５２ａ、５２ｂに一体的に突起６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃを形成しているため、電極パッド５５ａ、５５ｂ、ビア５４ａ、５４ｂ、配線層５３ａ、５３ｂ、ビア５２ａ、５２ｂの強度を向上できるこのため、ボンディング時に絶縁膜にクラックが発生することを防止できる。

しかも、クラックが発生した場合においても、リング状の電極パッド５５ａ、５５ｂ、ビア５４ａ、５４ｂ、配線層５３ａ、５３ｂ、ビア５２ａ、５２ｂとともに、突起６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃにより、水分や酸素の浸入を阻止することが可能であるため、一層内部配線の腐食を防止することが可能である。

図２６は、第９の実施形態の変形例を示している。すなわち、第９の実施形態において、突起６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、リング状の電極パッド５５ａ、５５ｂ、ビア５４ａ、５４ｂ、配線層５３ａ、５３ｂ、ビア５２ａ、５２ｂの外周面にのみ形成していた。これに対して、図２６に示す変形例では、リング状の電極パッド５５ｂの内周面にも複数の突起６２を形成している。これら突起６２の下方には、図２５と同様に、ビア５４ｂ、配線層５３ｂ、ビア５２ｂの内周面に対応して、突起６１ａ、６１ｂ、６１ｃが形成されている。

突起６２は、電極パッド５５ａの外周面に形成された突起６１と接触せず、且つ突起６１と交互に形成されている。しかし、この構成に限定されるものではなく、突起６３と突起６１を接続して形成することも可能である。

上記構成によれば、突起６２を電極パッド５５ｂの内周面にも形成しているため、一層電極パッド５５ｂの強度を向上できるとともに、水分や酸素の浸入を阻止することが可能であり、内部配線の腐食を防止することが可能である。

尚、上記第９の実施形態において、突起６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃは電極パッド５５ａ、５５ｂ、ビア５４ｂ、配線層５３ｂ、ビア５２ｂに形成したが、これに限定されるものではない。例えば低誘電率絶縁膜１５内の配線層５３ａ、５３ｂ、ビア５２ａ、５２ｂにのみ突起６１ｂ、６１ｃを形成してもよい。

図２７は、第８、第９の実施形態に適用される配線の構成を示すものであり、パッドと内部回路との電気的な接続を示している。図２７において、配線層５１から電極パッド５５ａ、５５ｂ、５５ｃの間に、リング状の配線層７１、７２、７３、７４がそれぞれ形成されている。配線層５１と配線層７１の間、配線層７１、７２、７３、７４の相互間、配線層７４と電極パッド５５ａ、５５ｂ、５５ｃの間には、それぞれビア７５が形成されている。

さらに、電極パッド５５ｃに接続された最外周に位置する配線層７１〜７４に内部回路と接続された引き込み配線が接続される。例えば引き込み配線８１は、配線層５１に接続され、引き込み配線８２は配線層７１に接続されている。また、引き込み配線８３は配線層７２に接続されて、引き込み配線８４は配線層７４に接続されている。

上記構成において、パッドと内部回路との電気的な接続は、最外周に配置された複数の配線層７１〜７４のうち、どの配線層において行っても良い。しかし、可能な限り下層の配線層を用いることが望ましい。下層の配線層に内部回路と接続された引き込み配線を接続することにより、仮に絶縁膜にクラックが生じた場合においても、クラックから浸入した酸素や水分が引き込み配線に到達することを防止できる。したがって、引き込み配線の酸化や腐食を防止できる。

尚、第１乃至第９の実施形態を任意に組み合わせて実施することも可能である。

本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において種々変形実施可能なことは勿論である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す平面図。 図１の２−２線に沿った断面図。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を示す平面図。 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を示す平面図。 本発明の第４の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の第４の実施形態の変形例を示す平面図。 図７の８−８線に沿った断面図。 本発明の第４の実施形態の変形例を示す平面図。 本発明の第５の実施形態に係る半導体装置を示す平面図。 図１０の１１−１１線に沿った断面図。 本発明の第６の実施形態に係る半導体装置を示す平面図。 図１２の１３−１３線に沿った断面図。 本発明の第６の実施形態の変形例を示す断面図。 本発明の第６の実施形態の変形例を示す平面図。 本発明の第７の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の第７の実施形態の変形例を示す断面図。 本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の平面図。 図１８の１９−１９線に沿った断面図。 図１８の１９−１９線に沿った断面を示す斜視図。 図１８の変形例を示す平面図。 図１８の他の変形例を示す平面図。 図２２の２３−２３線に沿った断面を示す斜視図。 本発明の第９の実施形態に係る半導体装置の平面図。 図２４の２５−２５線に沿った断面を示す斜視図。 図２４の変形例を示す平面図。 第８、第９の実施形態に適用される配線の構成を示す断面図。 従来の半導体装置の一例を示す断面図。 配線に用いられる材料のヤング率を示す図。 ワイヤボンディングのアライメントずれを説明するために示す図。

符号の説明

１１…基板、１３、１６…多層配線層、１４…ヴィア、１５…低誘電率絶縁膜、１７…絶縁膜、１８、１８ａ、１８ｂ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５６…電極パッド、ＰＦ…パッシベーション膜、２１、２１ａ、２１ｂ…ダミー配線層、２２、３１、３３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５６ｂ…配線層、２３、３２、３４、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５６ａ、５６ｃ…ヴィア、６１、６２…突起、８１、８２、８３、８４、１８１…引き込み配線層、１８２…開口部、４１…絶縁膜、４１ａ…撥水性を有する膜。

Claims (14)

1. 半導体基板の上方に形成された少なくとも１つの電極パッドと、
   前記少なくとも１つの電極パッドと前記半導体基板との間に配置され、
   複数の配線層により構成された多層配線と、
   前記各配線層を絶縁する低誘電率絶縁膜により構成された第１の絶縁膜と、
   少なくとも前記第１の絶縁膜内で、前記少なくとも１つの電極パッドの周辺に対応して形成されたダミー配線と
   を具備することを特徴とする半導体装置。
2. 前記ダミー配線は、前記少なくとも１つの電極パッドにボンディングされるワイヤの前記電極パッドの周囲からのずれ量に対応した位置に形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記ダミー配線と前記多層配線との距離は、設計ルールの最小距離とほぼ等しく設定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 前記ダミー配線は、前記多層配線を構成する配線層と同等の配線層、及び各配線層の相互間を接続するヴィアを有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 前記ダミー配線は、前記少なくとも１つの電極パッドの周辺に対応してリング状に形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
6. 前記リング状に形成された前記ダミー配線は、一部が開放されていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
7. 前記ダミー配線は、平面形状が正方形又は矩形の複数の配線パターンにより構成され、これら配線パターンが所定間隔を空けて前記少なくとも１つの電極パターンの周辺に配置されることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
8. 前記低誘電率絶縁膜は、ヤング率が２０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
9. ダミー配線は、少なくとも前記低誘電率絶縁膜の膜厚の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
10. 前記第１の絶縁膜を覆い、前記少なくとも１つの電極パッドを露出する第２の絶縁膜と、
    前記第２の絶縁膜の上方に形成され、ヤング率が２０ＧＰａ以下の第３の絶縁膜と
    をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
11. 前記第３の絶縁膜は、その表面が撥水性を有することを特徴とする請求項１０記載の半導体装置。
12. 半導体基板と、
    前記半導体基板の上方に形成され、最外周がリング状の複数の電極パッドと
    を具備することを特徴とする半導体装置。
13. 前記電極パッドは、リング状の第１の電極パッドと、
    前記第１の電極パッドの外側に形成されたリング状の第２の電極パッドを有し、
    前記第１の電極パッドと前記半導体基板との間に配置された少なくとも１つのリング状の第１の配線層と、
    前記第２の電極パッドと前記半導体基板との間に配置された少なくとも１つのリング状の第２の配線層と、
    前記半導体基板の上方に形成された第３の配線層と、
    少なくとも前記第１の電極パッドと前記第１の配線層の間、及び前記第１の配線層と前記第３の配線層の間に形成されたリング状の第１のビアと、
    少なくとも前記第２の電極パッドと前記第２の配線層の間、及び前記第２の配線層と前記第３の配線層の間に形成されたリング状の第２のビアと、
    前記第１、第２の配線層及び前記第１、第２のビアを絶縁する低誘電率絶縁膜により構成された絶縁膜と
    をさらに具備することを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。
14. 前記第１の電極パッドの外周面に形成された複数の第１の突起をさらに具備することを特徴とする請求項１３記載の半導体装置。

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