JP2006140326A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層配線の層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用しても、配線と低誘電率絶縁膜との境界部分における応力集中を低減でき、絶縁膜の剥れを抑制でき、さらに放熱能力を向上した配線構造を具備した半導体装置を提供する。
【解決手段】上記の課題を解決した半導体装置は、半導体基板の上方に形成された絶縁膜ＩＬＤと、前記絶縁膜内に形成された配線Ｍと、前記低誘電率絶縁膜内に前記配線と離間して形成された網目状ダミー構造体ＮＤとを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の配線に係り、特に、絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用する多層配線を具備した半導体装置に関する。

半導体装置は、高速化、微細化を実現するために配線の寄生容量を低減する目的で、多層配線の配線間絶縁膜及び層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用している。この低誘電率絶縁膜は、従来から広く用いられているシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）よりも誘電率が低い絶縁膜であり、例えば、有機シリコン酸膜（ＳｉＯＣ膜）、フッ素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）、有機ポリマー絶縁膜が挙げられる。これらの低誘電率絶縁膜は、好ましくは、３以下の比誘電率を有する。

これらの低誘電率絶縁膜は、ＳｉＯ_２膜と比較して誘電率が低いという特徴を有する反面、機械的強度、例えば、ヤング率、破壊強度、が弱いという欠点がある。低誘電率絶縁膜は、多層配線の上層を除く大部分の層に使用されるのが一般的である。これは、半導体基板に近い下層ほど、配線間及び配線層間の寄生容量が半導体装置の性能に与える影響が大きいためである。

低誘電率絶縁膜の機械的強度が弱いという欠点は、半導体装置の製造工程のみならず半導体装置の性能にも悪影響を及ぼす。例えば、多層配線を形成する際の平坦化に一般的に用いられる化学的機械的研磨（ＣＭＰ：chemical-mechanical polishing）時に、例えば、配線の密度が疎の部分における窪みの発生、低誘電率絶縁膜と配線金属との境界部分における応力集中の発生、あるいは、低誘電率絶縁膜が変形して膜の剥れが発生すること、等の問題がある。

ＣＭＰにおける窪みの発生は、古くからの問題であり、パターンの密度が疎の部分にダミーパターンを形成して窪みの発生を抑制する方法が、例えば、特許文献１に開示されている。このダミーパターンは、孤立した長方形のパターンが一般的である。

応力集中に関して、使用される材料のヤング率を比較すると、例えば、配線材料である銅（Ｃｕ）のヤング率が、１５０ＧＰａであるのに対して、低誘電率絶縁膜である上記のＳｉＯＣ膜のヤング率は、２〜２０ＧＰａであり、１／１０以下の値である。ちなみにＳｉＯ_２膜のヤング率は、５７ＧＰａである。このような配線材料（Ｃｕ）と低誘電率絶縁膜とが混在する半導体基板の表面をＣＭＰによって平坦化すると、研磨時に柔らかい材料である低誘電率絶縁膜は、研磨圧力によって大きく変位するが、硬い材料であるＣｕはほとんど変位しない。その結果、Ｃｕと低誘電率絶縁膜の境界部分、特にコンタクト部分に大きな応力集中が生じる。このようにして発生した応力は、研磨の終了とともに全て解放されるのではなく、半導体装置完成後にも半導体装置内に一部が凍結されることがある。そのため、その後の信頼性試験において若しくはエンドユーザにおける半導体装置の動作中に配線及び／若しくはコンタクト部の抵抗を上昇させる、あるいはボイド発生の起点になり、半導体装置の信頼性を劣化させる。

さらに、上記したように、ＣＭＰ加工によるせん断応力が大きくなると低誘電率絶縁膜の変位量は大きくなる。そして、極端な場合には、低誘電率絶縁膜が剥れるという問題が生じる。このような絶縁膜の剥れを解決する方法が、特許文献２に開示されている。特許文献２の方法は、低誘電率絶縁膜の表面に比誘電率が所定値より大きい絶縁膜を積層して形成し、この積層絶縁膜中に配線及びダミー配線を形成することによって絶縁膜剥れを回避している。しかし、比誘電率が大きい絶縁膜を積層するこのような構造は、絶縁膜全体の実効的な比誘電率の上昇、製造プロセスの工程数の増加につながり、好ましくない。

さらなる、低誘電率絶縁膜の欠点は、熱伝導特性が悪いことである。種々の材料の熱伝導率を比較すると、熱伝導が良いＣｕの熱伝導率が、３９５Ｗ／Ｋｍであるのに対して、ＳｉＯ_２の熱伝導率は、２．０３Ｗ／ｋｍであり、低誘電率絶縁膜の熱伝導率は、０．１〜０．５Ｗ／ｋｍである。すなわち、低誘電率絶縁膜の熱伝導率は、Ｃｕの１／１０００程度、ＳｉＯ_２膜の１／１０程度である。半導体装置は、高集積化、高速化とともに局所的及び全体的な発熱量が大きくなるが、低誘電率絶縁膜を使用すると、表面への熱伝導が悪くなる。これを解決するための一例が、特許文献３に開示されている。この方法は、配線層の上方の半導体装置表面に実質的に金属からなる保護膜を形成する。この保護膜は、最上層の配線層に設けられたパッド電極に接続される。これによって、半導体装置の動作時の熱放出を改善したものである。さらに、配線とは独立した放熱用ビア若しくは放熱用配線あるいは両者を形成して放熱効果を促進している。しかし、この方法は、放熱用ビア若しくは放熱用配線近傍の熱放出には有効であるが、半導体装置全域にわたる能動領域及び配線で発生した熱を効率的に保護膜へ導く手段が開示されていない。
公開平１０−３３５３３３号公報 公開２００４−７９７３２号公報 公開２００３−３２４１０３号公報

本発明は、多層配線の層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用しても、配線と低誘電率絶縁膜との境界部分における応力集中を低減でき、絶縁膜の剥れを抑制でき、さらに放熱能力を向上した配線構造を具備した半導体装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、以下の本発明に係る半導体装置によって解決される。

本発明の１態様による半導体装置は、半導体基板の上方に形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜内に形成された第１の配線と、前記第１の絶縁膜内に前記第１の配線と離間して形成された第１の網目状ダミー構造体とを具備する。

本発明の他の１態様による半導体装置は、半導体基板の上方に形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜内に形成された第１の配線と、前記第１の絶縁膜内に前記第１の配線と離間して形成された第１の網目状ダミー構造体と、前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜内に形成された第２の配線と、前記第３の絶縁膜内に前記第２の配線と離間して形成された第２の網目状ダミー構造体と、前記第２の絶縁膜内に形成され、前記第１及び第２の網目状ダミー構造体を接続する接続体と、前記第１及び第２の配線、及び第１、第２及び第３の絶縁膜を被覆し、少なくとも前記第１若しくは第２の網目状ダミー構造体のいずれか１に接続された保護膜とを具備することを特徴とする半導体装置。

本発明によれば、多層配線の層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用しても、配線と低誘電率絶縁膜との境界部分における応力集中を低減でき、絶縁膜の剥れを抑制でき、さらに放熱能力を向上した配線構造を具備した半導体装置を提供することができる。

本発明の実施形態を、添付した図面を参照して以下に詳細に説明する。図では、対応する部分は、対応する参照符号で示している。以下の実施形態は、一例として示されたもので、本発明の精神から逸脱しない範囲で種々の変形をして実施することが可能である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、配線間に設けられた配線間絶縁膜に網目状のダミー構造体を設けた配線構造を備えた半導体装置である。この網目状ダミー構造体を設けることによって、多層配線の層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用しても、配線と低誘電率絶縁膜との境界部分における応力集中を低減でき、絶縁膜の剥れを抑制できる。

図１は、本実施形態による配線層の一例を示す平面図である。白ヌキの部分が網目状ダミー構造体ＮＤであり、太い斜線を施した部分が配線間絶縁膜、例えば、低誘電率絶縁膜ＩＬＤである。低誘電率絶縁膜として、例えば、有機シリコン酸膜（ＳｉＯＣ膜）、フッ素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）、有機ポリマー絶縁膜、若しくはこれらの多孔質膜を使用することができる。さらに、低誘電率絶縁膜の比誘電率は、好ましくは、３以下、さらに好ましくは、２以下である。図１は、配線Ｍが、直角に曲がった部分の内側を示しており、配線Ｍは、低誘電率配線間絶縁膜ＩＬＤ中に形成されている。配線Ｍの内側の低誘電率絶縁膜ＩＬＤ中には、配線Ｍと離間して網目状ダミー構造体ＮＤが形成されている。この網目状ダミー構造体ＮＤは、１つの配線層内の配線に囲まれた領域では連続したネットワークを形成している。このネットワークの中では、Ｌ字型をした低誘電率絶縁膜ＩＬＤが、少しずつ位置をずらせて配置されている。そして、ズレ量は上下方向と左右方向で異なる量に設定されている。その結果、この網目状ダミー構造体ＮＤは、任意の方向に切断線した場合に、網目状ダミー構造体ＮＤと低誘電率絶縁膜ＩＬＤとの境界が必ず含まれるように形成してある。すなわち、低誘電率絶縁膜ＩＬＤが網目状ダミー構造体ＮＤによって小さく分断されている。このようにダミー構造体を網目状に形成することによって、例えば、ＣＭＰによる加工において、低誘電率絶縁膜ＩＬＤと配線Ｍとの境界部分に生じる応力を分散させて応力集中を低減し、低誘電率絶縁膜ＩＬＤの剥れを抑制できる。

半導体装置の一般的な多層配線１００の断面構造の一例を図２に示す。図２では、２層の配線を例に説明する。半導体基板（図示せず）の上方に設けられた第１の配線層１０は、第１の配線間絶縁膜（ＩＬＤ１）１６と第１の保護絶縁膜（ＰＤ１）１８及びこれらの絶縁膜１６，１８中に形成された第１の配線Ｍ１を含む。第１の配線層１０上に拡散防止絶縁膜（ＤＢＤ）２２を介して層間絶縁膜（ＩＬＤ−Ｖ）２４が形成され、これらの絶縁膜２２，２４中にビアプラグＶが形成される。ビアプラグＶは、第１の配線Ｍ１とこの上方に形成される第２の配線Ｍ２とを接続する接続体である。層間絶縁膜（ＩＬＤ−Ｖ）２４上に、第２の配線間絶縁膜（ＩＬＤ２）２６、第２の保護絶縁膜（ＰＤ２）２８及び第２の配線Ｍ２を含む第２の配線層２０が形成される。ここで、配線間絶縁膜（ＩＬＤ１、ＩＬＤ２）１６，２６及び層間絶縁膜（ＩＬＤ−Ｖ）２４は、低誘電率絶縁膜を使用する。

半導体装置が微細化すると、配線の寄生容量の増大を抑制して高速化を実現するために多層配線で使用されている各絶縁膜は、それぞれさらなる低誘電率化が要求され、それにともなって、絶縁膜の機械的な強度も低下する。例えば、デザインルールが、１００ｎｍから５０ｎｍへと２世代微細化が進むと、低誘電率絶縁膜ＩＬＤのヤング率は、約１／３に、保護絶縁膜ＰＤ及び拡散防止絶縁膜ＤＢＤのヤング率は、約１／５に減少すると予想される。低誘電率絶縁膜ＩＬＤと配線Ｍとの境界であるコンタクト部にかかる平均応力をシミュレーションすると、上記の微細化の結果、応力は、約２０ＭＰａから約８０ＭＰａに４倍に増加すると算出される。半導体装置のコンタクト部の応力が、６５ＭＰａ以上になると信頼性の劣化が生じることが予測されている。

この応力集中は、配線Ｍの間隔に依存することが経験的に知られているが、配線Ｍを任意のパターンで形成することは現実的でない。そのため、ダミー構造体を配線間絶縁膜ＩＬＤ中に形成することによって、コンタクト部にかかる応力を低減することができる。ダミー構造体は、配線Ｍと同一の材料、若しくは同等の機械的強度を有する材料が好ましい。図３は、２層配線（Ｍ１層、Ｍ２層）において、配線Ｍとダミー構造体との距離を変化させて応力集中をシミュレーションした結果である。横軸は、配線Ｍ若しくはコンタクトとダミー構造体との距離であり、縦軸は、コンタクト部の平均応力である。さらに、ダミー構造体を形成する層を変えて応力を計算している。図３の点線（１）は、１層の配線層（Ｍ１層若しくはＭ２層）のみにダミー構造体を形成した場合を示し、実線（２）は、各配線層（Ｍ１層及びＭ２層）にダミー構造体を形成した場合を示し、そして破線（３）は、各配線層（Ｍ１層及びＭ２層）とビア層の全ての層にダミー構造体を形成した場合を示す。図３から明らかなように、コンタクト部の応力を信頼性の劣化が生じない６５ＭＰａ以下にできるのは、ダミー構造体を少なくとも各配線層（Ｍ１層及びＭ２層）に形成した場合である。ビア層を含む全層にダミー構造体を同様に形成する構造は、応力の低減に対しては、極めて有効である。しかしながら、配線層の設計に対して制約が大きくなるため、現状では、直ちに適用することは困難であると考えられている。ダミー構造体を各配線層のみに形成する場合、図３の実線（２）から、ダミー構造体と配線Ｍとの距離を０．５μｍ以下にすればコンタクト部の応力を６５ＭＰａ以下にすることができることが分かる。さらに好ましくは、曲線が最小値を示す０．１から０．２μｍにすることである。しかし、ダミー構造体を配線材料のような導電性材料で形成した場合には、配線Ｍとの距離が０．０５μｍ以下になると、寄生容量が大きくなり無視できない大きさになる。そこで、ダミー構造体と配線Ｍとの距離は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下とすることが好ましい。

さらに、図３の各線は、絶縁膜ＩＬＤの面積中にダミー構造体の占める割合（以下、被覆率と呼ぶ）を１００％、すなわち絶縁膜ＩＬＤを含まないダミー構造体とした場合である。図３には、被覆率を２０％に減少した場合を×印で、１０％の場合を○印で示してある。これから、被覆率を１０％に減少してもコンタクト部の応力を６５ＭＰａ以下にすることが可能である。したがって、ダミー構造体の被覆率は、１０％以上とすることができる。

一方、ＣＭＰ等の加工時に生じる低誘電率膜の剥れは、低誘電率絶縁膜ＩＬＤの変位量に依存する。剥れを防止するためには、低誘電率絶縁膜ＩＬＤの変位量を０．１５ｎｍ以下にすることが好ましい。図４は、低誘電率絶縁膜ＩＬＤ中に四角形のダミー構造体を異なる間隔で配置して、ＣＭＰ加工のようなせん断応力を加えた際に低誘電率絶縁膜ＩＬＤに生じる変位量をシミュレーションした結果である。横軸は、ダミー構造体間の距離であり、縦軸は、せん断方向の低誘電率絶縁膜ＩＬＤの変位量である。横軸の無限大で示した位置のプロットは、ダミー構造体を配置しない低誘電率絶縁膜ＩＬＤのみの場合である。この低誘電率絶縁膜ＩＬＤのみの場合には、変位量が０．３ｎｍ近くになり、容易に剥れが生じることが理解できる。低誘電率絶縁膜ＩＬＤの変位量は、ダミー構造体を設けることによって小さくなる。図４から、ダミー構造体の間隔が０．５μｍ以下であれば、低誘電率絶縁膜ＩＬＤの変位量を０．１５ｎｍ以下にすることができる。

実際のＣＭＰ加工では、平面内であらゆる方向に応力が加わるため、低誘電率絶縁膜ＩＬＤは、任意の方向で０．５μｍ以下の大きさにダミー構造体によって分断されることが好ましい。

上記の２つの要件を満たすダミー構造体は、連続した網目状の構造になる。その網目状ダミー構造体ＮＤの中では、低誘電率絶縁膜ＩＬＤが格子状に整列して配置されるのではなく、任意の方向にずれて配置されることが好ましい。しかも、低誘電率絶縁膜ＩＬＤは、任意の方向でその大きさが０．５μｍ以下に分断されることが好ましい。言い換えると、網目状ダミー構造体ＮＤの中では、少なくとも０．５μｍ離れた任意の２点間に低誘電率絶縁膜ＩＬＤとダミー構造体ＮＤの境界が存在することが好ましい。ただし、２点とも網目状ダミー構造体ＮＤ上にあって、上記の境界がこの２点間に存在しない場合を除く。

このような、網目状ダミー構造体ＮＤのパターンは、無限に存在する。図１に示したもの以外のいくつかの例を図５から図９に示す。図中、白ヌキ部分が網目状ダミー構造体ＮＤを示しており、斜線部分が低誘電率絶縁膜ＩＬＤを示す。網目状ダミー構造体ＮＤのパターンは、パターンの自動発生の観点から、ある種の規則性を持つ周期性を有する連続した網目状であることが好ましい。

図５（ａ），（ｂ）は、比較的単純なパターンの例である。図５（ａ）は、１個の低誘電率絶縁膜ＩＬＤは正方形をしており、網目状ダミー構造体ＮＤの中に分散されている。正方形の低誘電率絶縁膜ＩＬＤは、左右及び上下方向で異なる量ずらせた位置に、一定の周期性を持たせて配置してある。この例では、網目状ダミー構造体ＮＤの被覆率が比較的小さく、約２５％である。図５（ｂ）は、低誘電率絶縁膜ＩＬＤの形を長方形にした場合である。長方形の長辺を交互に縦・横に配置し、しかも左右及び上下方向で異なる量ずらせて、一定の周期性を持たせて配置してある。このようにして網目状ダミー構造体ＮＤを形成することによって、網目状ダミー構造体ＮＤの内部で任意の方向に切断した際に、網目状ダミー構造体ＮＤと低誘電率絶縁膜ＩＬＤとの境界が必ず存在するようにできる。しかも、パターンの大きさを適切に設定することによって、少なくとも０．５μｍ離れた任意の２点間に低誘電率絶縁膜ＩＬＤとダミー構造体ＮＤの境界を存在させることできる。

図６（ａ）から図８（ａ）は、この図５（ｂ）のパターンを変形した例である。すなわち、長方形の低誘電率絶縁膜ＩＬＤのパターンの一部を削除して配置している。図６（ａ）は、長方形の長辺の中央部を削除して、低誘電率絶縁膜ＩＬＤをコの字型の形状にしたものである。図６（ｂ）は、低誘電率絶縁膜ＩＬＤをＥ字型にしたものである。図７（ａ）は、長方形の中央部をさらに削除して、低誘電率絶縁膜ＩＬＤをＣ字型にしたものであり、網目状ダミー構造体ＮＤの被覆率は大きく、約７７％である。図７（ｂ）は、長方形の低誘電率絶縁膜ＩＬＤのパターンの約１／４を削除してＬ字型にして配置した例である。これまでの例は、長方形あるいは長方形を変形した１つの形状の低誘電率絶縁膜ＩＬＤのパターンを縦横に向きを変えて交互に配置したが、縦横で異なる形状を組み合わせることもできる。図８（ａ）は、その一例で、長方形の低誘電率絶縁膜ＩＬＤのパターンを横長に配置し、図７（ｂ）のＬ字型のパターンを縦長に配置した例である。

他の形状の例として、図８（ｂ）に示したように、正方形の低誘電率絶縁膜ＩＬＤのパターンを中央からずらせてつなげた八橋模様の配置、図９（ａ）に示した、カギ型パターンを反転させて組み合わせた配置、若しくは、図９（ｂ）に示したＴ字型パターンを組み合わせた配置、等があげられる。

このような網目状ダミー構造体ＮＤ、すなわち低誘電率絶縁膜ＩＬＤのパターンは、無限に存在するが、同じ基本パターンを使用してもその配置を適切に設定することが重要である。パターンの配置の設定を誤ると、低誘電率絶縁膜ＩＬＤを網目状ダミー構造体ＮＤによって所望の大きさに分断できない場合があることに注意する必要がある。

これまでに説明したように、本実施形態によれば、網目状ダミー構造体ＮＤを少なくとも各配線層の配線間絶縁膜中に上記の要件を満たすように配置することによって、低誘電率絶縁膜を配線間絶縁膜及び層間絶縁膜に使用しても、配線Ｍと低誘電率絶縁膜ＩＬＤとの境界部分の応力集中を低減でき、低誘電率絶縁膜ＩＬＤの剥れを防止できる配線構造を具備した半導体装置を実現することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、半導体装置の発熱を効率的に排出する配線構造を備えた半導体装置である。具体的には、各配線層に網目状ダミー構造体ＮＤを設け、さらに上下の網目状ダミー構造体を接続体、すなわちビアプラグによって接続し、さらに放熱用の保護膜を設けることによって、低誘電率絶縁膜の応力を緩和するとともに、半導体装置内での発熱を効率的に排出する配線構造である。高速半導体装置及び／若しくは低消費電力半導体装置では、この放熱特性は、半導体装置の性能に重大な影響を及ぼす。

図１０は、本実施形態の配線構造２００の一例を示す断面図である。図では、２層配線を例に示すが、３層以上の多層配線でも同様である。半導体基板２０２、例えば、シリコン基板の上方に、配線領域２００Ａ、網目状ダミー構造体領域２００Ｄ、及びガードリング２００Ｇが形成されている。

シリコン基板２０２上に形成された能動素子（図示せず）、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）、を覆うように第１の絶縁膜２０４を形成する。第１の絶縁膜２０４上に第１の配線層２１０を形成する。先ず、第１の絶縁膜２０４上の全面に第１の配線間絶縁膜ＩＬＤ１を形成する。第１の配線間絶縁膜ＩＬＤ１中に第１の配線Ｍ１及び特定の素子群を囲む第１のガードリングＧＲ１を形成する。第１の配線Ｍ１と第１のガードリングＧＲ１との間の領域に、第１の実施形態で説明した周期的な連続した網目パターンからなる第１の網目状ダミー構造体ＮＤ１を形成する。ここで、第１の配線Ｍ１、第１のガードリングＧＲ１及び第１の網目状ダミー構造体ＮＤ１は、同一の金属材料、例えば、銅（Ｃｕ）、で形成することが好ましいが、異なる材料を使用することもできる。この場合、網目状ダミー構造体ＮＤ１は、伝熱性材料を使用する。第１の配線間絶縁膜ＩＬＤ１は、低誘電率絶縁膜で形成することが好ましいが、他の絶縁膜を使用することもできる。低誘電率絶縁膜としては、例えば、有機シリコン酸膜（ＳｉＯＣ膜）、フッ素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）、有機ポリマー絶縁膜、若しくはこれらの多孔質膜を使用することができる。さらに、低誘電率絶縁膜の比誘電率は、好ましくは、３以下、さらに好ましくは、２以下である。

第１の配線層２１０の上方に、層間絶縁膜ＩＬＤ−Ｖを介して第２の配線層２２０を形成する。第２の配線層２２０は、第１の配線層２１０と同様に、第２の配線間絶縁膜ＩＬＤ２中に形成された第２の配線Ｍ２、第２のガードリングＧＲ２、及び第２の網目状ダミー構造体ＮＤ２を含む。第１の配線Ｍ１と第２の配線Ｍ２は、層間絶縁膜ＩＬＤ−Ｖ中に形成された接続体であるビアプラグＶによって接続される。同様に第１及び第２のガードリングＧＲ１，ＧＲ２は、ビアプラグＶｇによって、第１及び第２の網目状ダミー構造体ＮＤ１，ＮＤ２はビアプラグＶｄによってそれぞれ接続される。また、第２の配線Ｍ２上の一部には、外部との接続のために使用されるパッド電極２２２が形成される。

第２の配線層２２０上に拡散防止絶縁膜２２４、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を介して保護膜２２８を形成する。保護膜２２８は、拡散防止絶縁膜２２４に設けたコンタクト部２２６ｄ、２２６ｇで、第２の網目状ダミー構造体ＮＤ２及び第２のガードリングＧＲ２とそれぞれ接続される。保護膜２２８は、外部から半導体装置に水分等が侵入することを防止するパッシベーション機能と半導体装置から熱を放出する放熱機能とを備える。そのため、保護膜２２８の材料として、熱伝導特性の優れた金属、例えば、アルミニウム（Ａｌ）若しくはアルミニウム合金、を使用することができる。Ａｌ及びＡｌ合金は、表面に安定な酸化膜、すなわち不動態膜２３０を、例えば、酸素プラズマ処理、によって形成できるため、保護膜２２８の材料として好ましい。

本実施形態の網目状ダミー構造体ＮＤは、配線層内だけでなく層間絶縁膜ＩＬＤ−Ｖ中にもビアプラグＶｄとして形成されるため、第１の実施形態と同等若しくはそれ以上に応力集中の抑制効果及び低誘電率絶縁膜の剥れ防止効果を有する。以下に本実施形態による網目状ダミー構造体ＮＤの、優れた放熱機能について説明する。

本実施形態では、熱伝導性の良い網目状ダミー構造体ＮＤが、配線層２１０、２２０全体にほぼ一様に形成され、しかも連続している。そのため、シリコン基板２０２に形成したＭＯＳＦＥＴ等の機能素子及び／若しくは配線Ｍ１、Ｍ２等で発生する局所的な発熱を、まず配線層内で一様に分散できる。各配線層の網目状ダミー構造体ＮＤ１及びＮＤ２は、熱伝導性が良いビアプラグＶｄによって接続される。各網目状ダミー構造体ＮＤ１、ＮＤ２が連続したネットワークであるため、ビアプラグＶｄを場所的にほとんど制約なく形成しても、網目状ダミー構造体ＮＤ１及びＮＤ２を接続することができる。このようにして、例えば、シリコン基板２０２上に形成されたＭＯＳＦＥＴの発熱は、第１の配線層２１０に形成された第１の網目状ダミー構造体ＮＤ１により集められ、しかも分散される。さらに、第１の網目状ダミー構造体ＮＤ１の熱は、ビアプラグＶｄを介して第２の配線層２２０に形成された第２の網目状ダミー構造体ＮＤ２に伝達され、コンタクト部２２６ｄを介して保護膜２２８に伝達されて、半導体装置外部に排出される。

これまでに説明したように、本実施形態によれば、多層配線の層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用しても、配線と低誘電率絶縁膜との境界部分における応力集中を低減でき、絶縁膜の剥れを抑制できるだけでなく、さらに放熱能力を向上した配線構造を具備した半導体装置を実現することができる。

また、上記の網目状ダミー構造体ＮＤ１，ＮＤ２は、図１１に示したように、各配線層２１０，２２０内でガードリングＧＲ１，ＧＲ２と直接接続させて、すなわち連続して形成することができる。ガードリングＧＲ１，ＧＲ２及びビアプラグＶｇは、配線Ｍ１，Ｍ２及びビアプラグＶと同じ金属材料で形成されるため、放熱効果を高めることができる。

さらに、図１２は、網目状ダミー構造体ＮＤ、ガードリングＧＲ及び／若しくは保護膜２２８をシリコン基板２０２にビアプラグＶｄｓ，Ｖｇｓを介して若しくは直接接続する構造である。このようにシリコン基板に接続することによって、シリコン基板を介して半導体装置内の発熱を排出でき、放熱効率をさらに高めることができる。

以上説明してきたように、本発明によれば、多層配線の層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用しても、ＣＭＰ等による加工時に、配線と低誘電率絶縁膜との境界部分における応力集中を低減でき、絶縁膜の剥れを抑制でき、さらに放熱能力を向上した配線構造を具備した半導体装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態を説明するために示す網目状ダミー構造体パターンの一例である。 図２は、多層配線構造を説明するために示す典型的な配線構造の断面図である。 図３は、ダミー構造体による応力集中低減効果を説明するために示す図である。 図４は、機械的加工による低誘電率絶縁膜の変位をダミー構造体によって抑制する効果を説明するために示す図である。 図５（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態の他の網目状ダミー構造体のパターンの一例を示す図である。 図６（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態のさらに他の網目状ダミー構造体のパターンの一例を示す図である。 図７（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態のさらに他の網目状ダミー構造体のパターンの一例を示す図である。 図８（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態のさらに他の網目状ダミー構造体のパターンの一例を示す図である。 図９（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態のさらに他の網目状ダミー構造体のパターンの一例を示す図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態を説明するために示す配線構造の断面図の一例である。 図１１は、第２の実施形態を説明するために示す他の配線構造の断面図の一例である。 図１２は、第２の実施形態を説明するために示すさらに他の配線構造の断面図の一例である。

符号の説明

ＮＤ…網目状ダミー構造体，Ｍ…配線，Ｖ，Ｖｄ，Ｖｇ…ビアプラグ，ＧＲ…ガードリング，１００…多層配線構造，１０、２１０…第１の配線層，２０、２２０…第２の配線層，１６、ＩＬＤ１…第１の配線間絶縁膜，２６、ＩＬＤ２…第２の配線間絶縁膜，２４、ＩＬＤ−Ｖ…層間絶縁膜，１８，２８…保護絶縁膜，２２、２２４…拡散防止絶縁膜，２００…放熱配線構造，２０２…半導体基板（シリコン基板），２０４…第１の絶縁膜，２２２…パッド電極，２２６…コンタクト部，２２８…保護膜，２３０…不動態膜，２３２…絶縁膜。

Claims (5)

1. 半導体基板の上方に形成された第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜内に形成された第１の配線と、
   前記第１の絶縁膜内に前記第１の配線と離間して形成された第１の網目状ダミー構造体と
   を具備することを特徴とする半導体装置。
2. 半導体基板の上方に形成された第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜内に形成された第１の配線と、
   前記第１の絶縁膜内に前記第１の配線と離間して形成された第１の網目状ダミー構造体と、
   前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、
   前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、
   前記第３の絶縁膜内に形成された第２の配線と、
   前記第３の絶縁膜内に前記第２の配線と離間して形成された第２の網目状ダミー構造体と、
   前記第２の絶縁膜内に形成され、前記第１及び第２の網目状ダミー構造体を接続する接続体と、
   前記第１及び第２の配線、及び第１、第２及び第３の絶縁膜を被覆し、少なくとも前記第１若しくは第２の網目状ダミー構造体のいずれか１に接続された保護膜と
   を具備することを特徴とする半導体装置。
3. 前記第１若しくは第２の網目状ダミー構造体の内側の任意の方向において、この第１若しくは第２の網目状ダミー構造体と前記第１若しくは第２の絶縁膜との境界が存在することを特徴とする請求項１若しくは２に記載の半導体装置。
4. 前記第１若しくは第２の網目状ダミー構造体の内側にあって少なくともいずれか一方が前記第１若しくは第２の網目状ダミー構造体上にない少なくとも０．５μｍ離れた任意の２点間において、前記第１若しくは第２の網目状ダミー構造体と前記第１若しくは第２の絶縁膜との境界が存在することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の半導体装置。
5. 前記第１若しくは第２の網目状ダミー構造体は、周期的な連続した網目パターンにより構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の半導体装置。

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