JP2006332344A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 層間絶縁膜の膜剥がれを十分に抑制可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】 半導体装置は、チップ領域に形成された素子と、複数の層間絶縁膜と、複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成された配線と、複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成され、且つ素子と配線とを接続するか又は配線同士を接続するビアと、チップ領域の周縁部における複数の層間絶縁膜の積層構造中に、チップ領域の内部領域を取り囲むように形成されている一方で、少なくとも１箇所において分断されている部分を有するダミー補強パターン（３１）とを備える。ダミー補強パターン（３１）は、複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成されたダミー配線と、複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成されたライン状のダミービアとからなる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、多層配線構造を有する半導体装置に関するものである。

近年、デジタル社会が進展するに従って、半導体装置の微細化、高機能化、及び高速動作化の要望が強まっており、半導体装置は大規模高集積化してきている。このため、配線の多層化、さらには配線の微細化が進んでいる。近年、配線の微細化によって生じる寄生容量を抑制する目的で、層間絶縁膜として、従来のシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などの酸化物誘電体の誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率誘電体材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）が用いられるようになってきた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２４３４０１号公報

ところで、一般的に、Ｌｏｗ−ｋ膜は、ヤング率が低い、硬度が低い、熱膨張率が高い、膜密度が低いなどの物理的特性を有しているので、他の膜に対する密着性が低い。したがって、層間絶縁膜としてＬｏｗ−ｋ膜を用いた半導体装置において、Ｌｏｗ−ｋ膜よりなる層間絶縁膜は、前述した物理的特性の点で、そもそも膜剥がれを発生しやすい。

また、半導体装置の表面には表面保護膜及び封止樹脂が形成されるが、表面保護膜及び封止樹脂における熱に起因した硬化収縮応力は、層間絶縁膜の膜剥がれを発生させる。

また、ワイヤーボンディング時には、ワイヤーが引っ張られることにより、パッドとその下部に位置する層間絶縁膜との界面にて膜剥がれが発生する。また、封止樹脂の形成時においても、樹脂材料の流入によってワイヤーが引っ張られることにより、層間絶縁膜の膜剥がれが発生する。さらには、ダイシング時において、ダイシングによってダメージを受けた部分が基点となって、層間絶縁膜の膜剥がれが発生する。

以上のような要因によって層間絶縁膜の膜剥がれが発生すると、その結果、半導体装置の多層配線構造にクラックが発生したり、内部の配線構造に断線を生じさせたりする。これにより、配線不良が発生すると共に、歩留まりが低下するなどの問題が発生する。また、層間絶縁膜の膜剥がれが組み立て工程直後において軽微であっても、その後の半導体装置の使用によって加わる熱的なストレスに起因して、層間絶縁膜の膜剥がれが進行する場合もある。したがって、この場合にも、将来的に半導体装置の故障に繋がる可能性があるので、半導体装置の信頼性に問題が生じる。

これらの問題に対しては、層間絶縁膜の膜剥がれがチップ領域のコーナー部において最も多く発生することから、チップ領域のコーナー部を強化することにより層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する目的で、シールリング構造を設けることの他、種々のビア構造又は配線構造を有する半導体装置が提案されているが、層間絶縁膜の膜剥がれを十分に抑制できる半導体装置が提案されていないのが現状である。

前記に鑑み、本発明の目的は、層間絶縁膜の膜剥がれを十分に抑制可能な半導体装置を提供することである。

前記の目的に達成するために、我々は種々の検討を加えた結果、層間絶縁膜の膜剥がれを発生させる要因として、前述した要因以外にも、半導体装置に形成されたシールリング構造による影響が大きな要因になっていること見出した。すなわち、シールリング構造は、半導体装置のチップ領域を取り囲むように形成されたリング状に連続した構造であるので、シールリング構造にはリング状の内側に向かう収縮力が発生しており、この収縮力に起因した応力が、層間絶縁膜の膜剥がれの発生に大きく影響していることを見出したのである。

本発明は、前記の知見に基づいてなされたものであり、具体的には、本発明の一側面に係る半導体装置は、基板におけるチップ領域に形成された素子と、基板上に形成された複数の層間絶縁膜と、複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成された配線と、複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成され、且つ素子と配線とを接続するか又は配線同士を接続するビアと、チップ領域の周縁部における複数の層間絶縁膜の積層構造中に、チップ領域の内部領域を取り囲むように形成されている一方で、少なくとも１箇所において分断されている部分を有するダミー補強パターンとを備え、ダミー補強パターンは、複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成されたダミー配線と、複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成されたライン状のダミービアとによって構成されている。

本発明の一側面に係る半導体装置によると、ダミー補強パターンは半導体チップのコーナー部において分断されているので、従来のリング状のシールリングにて生じる内部収縮応力に起因する層間絶縁膜の膜剥がれの発生を大幅に抑制することができる。また、ダミー補強パターンは、ライン状のダミービアとダミー配線とによって構成されているので、ビアを介した配線層間の結合面積が大きくなるので、層間絶縁膜の膜剥がれを一層抑制することができる。その結果、クラックの発生を防止し、長年の使用における故障の発生を抑制し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の一側面に係る半導体装置において、ダミー補強パターンは、チップ領域のコーナー部において分断されていることが好ましい。

このようにすると、内部収縮力による影響が最も大きい半導体チップのコーナー部において分断されているので、層間絶縁膜の膜剥がれをより効果的に抑制することができる。

本発明の一側面に係る半導体装置において、ダミー補強パターンは、少なくとも第１のダミー補強パターンと第２のダミー補強パターンとを備え、第１のダミー補強パターンと第２のダミー補強パターンとは互いに間隔を置いて形成されていることが好ましい。

このようにすると、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が大きくなる。

さらに、第１のダミー補強パターン及び第２のダミー補強パターンは、チップ領域の周縁部にそれぞれ複数のパターンに分断されて形成されており、第１のダミー補強パターンと第２のダミー補強パターンとは、分断されている位置が異なっていることが好ましい。

このようにすると、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が向上することに加えて、不純物の拡散を防止する効果が得られる。

また、第１のダミー補強パターン及び第２のダミー補強パターンは、互いに鍵状にかみ合うように形成された第１のダミー補強パターン及び第２のダミー補強パターンを含んでいることが好ましい。

このようにすると、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が向上することに加えて、不純物の拡散を防止する効果がより一層得られる。

また、ダミー補強パターンは、チップ領域のコーナー部に形成された第３のダミー補強パターンを有していることが好ましい。

このようにすると、チップ領域の周縁部の全体に亘って、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制することができる。

本発明の一側面に係る半導体装置において、チップ領域の周縁部における複数の層間絶縁膜の積層構造中に、チップ領域の内部領域を取り囲むように形成されたシールリングをさらに備え、第３のダミー補強パターンは、シールリングの外側に形成されていることが好ましい。

このようにすると、シールリングとは別にダミー補強パターンを備えているので、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が大きくなる。

本発明の一側面に係る半導体装置において、チップ領域の周縁部における複数の層間絶縁膜の積層構造中に、チップ領域の内部領域を取り囲むように形成されたシールリングをさらに備え、第３のダミー補強パターンは、シールリングの内側に形成されていることが好ましい。

本発明の一側面に係る半導体装置において、第３のダミー補強パターンは、互いに間隔をおいて配置された複数のダミー補強パターンからなることが好ましい。

本発明の一側面に係る半導体装置において、第３のダミー補強パターンにおける複数のダミー補強パターンは、チップ領域を構成する各辺に対して４５°の方向に形成されていることが好ましい。

このようにすると、層間絶縁膜の膜剥がれを引き起こす原因となる応力が最も集中しやすりチップ領域のコーナー部において、層間絶縁膜の膜剥がれを効果的に抑制することができる。

本発明の一側面に係る半導体装置によると、ダミー補強パターンは半導体チップのコーナー部において分断されているので、従来のリング状のシールリングにて生じる内部収縮応力に起因する層間絶縁膜の膜剥がれの発生を大幅に抑制することができる。また、ダミー補強パターンは、ライン状のダミービアとダミー配線とによって構成されているので、ビアを介した配線層間の結合面積が大きくなるので、層間絶縁膜の膜剥がれを一層抑制することができる。その結果、クラックの発生を防止し、長年の使用における故障の発生を抑制し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

以下に、本発明の一実施形態について説明するが、その前提として、本願で用いる用語の定義を説明するために、図１並びに図２（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。

一般的に、半導体装置は、例えばシリコンなどの半導体ウエハ上に、複数の素子から構成され且つ所定の機能を有する多数のＩＣ回路をマトリックス状に配置することによって作られる。

図１は、一般的な半導体ウエハ１１の平面図を示している。

図１に示すように、半導体ウエハ１１上における多数の半導体チップ（チップ領域）１２は、格子状に設けられたスクライブライン１３によって互いに隔てられている。半導体製造工程を経て１枚の半導体ウエハ１１上に多数の半導体チップ１２を形成した後、該半導体ウエハ１１はスクライブライン１３に沿って個々のチップにダイシングされ、それによって半導体装置が形成される。

図２（ａ）及び（ｂ）は、半導体チップ１２の要部拡大平面図を示している。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体チップ１２の周縁部のうちコーナー部２１を除く領域には、通常、１列又は２列（図上では１列）に電極パッド２２が配置されている。

ここで、電極パッド２２によって取り囲まれた領域が、トランジスタ又は配線を用いて回路が形成された能動領域（素子形成領域）２３であり、半導体チップ１２における能動領域２３以外の領域が受動領域である。なお、能動領域（素子形成領域）は、電極パッドによって取り囲まれた領域だけに限るものではなく、電極パッドの下や電極パッドの外側にも存在することがある。また、本願において用いる半導体チップ（チップ領域）のコーナー部とは、例えば図２（ａ）又は（ｂ）に示すように、半導体チップ１２の周縁部のうち電極パッド２２が形成されていない角領域のことを言う。

（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置について説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置（半導体チップ１２）の平面図を示している。

図３に示すように、半導体チップ（チップ領域）１２の周縁部のうちコーナー部２１を除く領域には電極パッド２２が形成されている。さらに、半導体チップ１２の周縁部には、電極パッド２２及び能動領域２３を取り囲むように、半導体チップ１２のコーナー部２１において分断している部分を有するダミー補強パターン３１が形成されている。

図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す要部断面図であって、前述した図３に示した半導体チップ１２のIVa−IVa線におけるダミー補強パターン３１の幅方向の要部断面を拡大した図が示されている。
図４（ａ）に示すように、シリコンなどの半導体ウエハよりなる基板４０の上には、複数の層間絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６の積層構造が形成されており、該積層構造の上には、表面保護膜４７が形成されている。ここで、例えば、層間絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６としてＳｉＯＣ膜などの低い誘電率（比誘電率３．９以下）を有するＬｏｗ−ｋ膜を形成し、表面保護膜４０としてシリコン窒化膜を形成する。なお、各層間絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６の間には、ＳｉＣＮ膜のようなストッパー材を形成してもよい。

また、層間絶縁膜４１には、基板４０に形成されている拡散層などの活性領域（図示せず）と接続するビア４８が形成されており、層間絶縁膜４２には、ビア４８と接続する配線４９が形成されており、層間絶縁膜４３には、配線４９と接続するビア５０が形成されており、層間絶縁膜４４には、ビア５０と接続する配線５１が形成されており、層間絶縁膜４５には、配線５１と接続するビア５２が形成されており、層間絶縁膜４６には、ビア５２と接続する配線５３が形成されている。また、配線５３の上には、表面保護膜４７における開口部を介して、配線５３と接続する電極パッド２２が形成されている。このとき、ビア４８、５０、５２及び配線４９、５１、５３の導電材料として、例えばビアにタングステン、配線にアルミニウム合金を用いて形成したり、ビア及び配線とも銅を用いて形成してもよい。

さらに、図４（ａ）に示すように、電極パッド２２とスクライブライン１３との間に位置する半導体チップ１２の周縁部（コーナー部２１を除く）にはダミー補強パターン３１が形成されている。具体的には、層間絶縁膜４１には、基板に到達するダミービア５５が形成されており、層間絶縁膜４２には、ダミービア５５と接続するダミー配線５６が形成されており、層間絶縁膜４３には、ダミー配線５６と接続するダミービア５７が形成されており、層間絶縁膜４４には、ダミービア５７と接続するダミー配線５８が形成されており、層間絶縁膜４５には、ダミー配線５８と接続するダミービア５９が形成されており、層間絶縁膜４６には、ダミービア５９と接続するダミー配線６０が形成されており、ダミー配線６０の上面は表面保護膜４７で覆われている。このように、ダミー補強パターン３１は、ダミービア５５、５７、５９とダミー配線５６、５８、６０とによって構成されている。ここで、各層間絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６に形成されるビア４８、５０、５２とダミービア５５、５７、５９、又は、配線４９、５１、５３とダミー配線５６、５８、６０は、同一工程で共通の導電材料から形成される。

図４（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す要部断面図であって、前述した図３に示した半導体チップ１２のIVb−IVb線におけるダミー補強パターン３１の長さ方向における要部断面を示している。

図４（ｂ）に示すように、ダミービア５５、５７、５９はライン状のパターンよりなる。このように、ダミー補強パターン３１は、ライン状のダミービア５５、５７、５９とダミー配線５６、５８、６０とによって形成された構造体よりなる。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置によると、ダミー補強パターン３１は半導体チップ１２のコーナー部２１において分断されているので、従来のリング状のシールリングにて生じる内部収縮応力に起因する層間絶縁膜の膜剥がれの発生を大幅に抑制することができる。また、図３に示したように、ダミー補強パターン３１は、半導体チップ１２の各辺に沿って形成されているので、半導体チップ１２の各辺に対して垂直な方向に層間絶縁膜の膜剥がれが発生することを防止することができる。例えば、ダイシングの際などにおいて、層間絶縁膜が半導体チップ１２の各辺に対して垂直な方向に剥離することを防止することができる。

さらに、ダミー補強パターン３１は、ライン状のダミービア５５、５７、５９とダミー配線５６、５８、６０とによって構成されているので、ライン状のダミービア５５、５７、５９の代わりに柱状のビアによって構成されている場合に比べて、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が大きくなる。すなわち、ダミー配線間がライン状のビアによって結合されることにより、ビアを介した配線層間の結合面積が、ライン状のビアの代わりに通常の柱状のビアで結合された場合よりも大きくなるので、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が大きいのである。

なお、本実施形態では、各配線間の層間絶縁膜として、層間絶縁膜４１と層間絶縁膜４２、層間絶縁膜４３と層間絶縁膜４４、層間絶縁膜４５と層間絶縁膜４６のように積層構造にしているが、単層の層間絶縁膜であってもよい。また、ビア４８、５０、５２と配線４９、５１、５３は別構造としているが、デュアルダマシン法によってビア４８と配線４９、ビア５０と配線５１、ビア５２と配線５３をそれぞれ一体化構造としてもよい。また、ダミービア５５、５７、５９とダミー配線５６、５８、６０は別構造としているが、デュアルダマシン法によってダミービア５５とダミー配線５６、ダミービア５７とダミー配線５８、ダミービア５９とダミー配線６０をそれぞれ一体化構造としてもよい。

＜変形例＞
図５（ａ）及び（ｂ）並びに図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。

図５（ａ）に示す半導体チップ１２には、該半導体チップ１２のコーナー部２１を除く電極パッド２２とスクライブライン１３との間に位置する半導体チップ１２の周縁部に、電極パッド２２及び能動領域２３を取り囲むように、電極パッド２２側に配置され且つ複数の部分にて分断されている第１のダミー補強パターン３１ａと、該第１のダミー補強パターン３１ａと隣り合ってスクライブライン１３側に配置され且つ複数の部分にて分断されている第２のダミー補強パターン３１ｂとが形成されている。この第１のダミー補強パターン３１ａと第２のダミー補強パターン３１ｂは、分断された両補強パターンの長さがほぼ同一の長さを有し、分断部分の位置がほぼ一致するように離間して並行に配置されている。このようにすると、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が向上する。

また、図５（ｂ）に示す半導体チップ１２には、該半導体チップ１２のコーナー部２１を除く電極パッド２２とスクライブライン１３との間に位置する半導体チップ１２の周縁部に、電極パッド２２及び能動領域２３を取り囲むように、電極パッド２２側に配置され且つ複数の部分にて分断されている第１のダミー補強パターン３１ｃと、該第１のダミー補強パターン３１ｃと隣り合ってスクライブライン１３側に配置され且つ複数の部分にて分断されている第２のダミー補強パターン３１ｄとが形成されている。さらに、この第１のダミー補強パターン３１ｃと第２のダミー補強パターン３１ｄは、離間して並行に配置されており、且つ、分断部分の位置が一致しないようにずらして配置されている。すなわち、第２のダミー補強パターン３１ｄは、第１のダミー補強パターン３１ｃにおける分断部分を塞ぐように、第１のダミー補強パターン３１ｄと互い違いに形成されている。このようにすると、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が向上することに加えて、スクライブライン方向からの不純物の拡散防止効果が得られる。

また、図６（ａ）に示す半導体チップ１２には、該半導体チップ１２のコーナー部２１を除く電極パッド２２とスクライブライン１３との間に位置する半導体チップ１２の周縁部に、電極パッド２２及び能動領域２３を取り囲むように、電極パッド２２側に配置され且つ複数の部分にて分断されている第１のダミー補強パターン３１ｅと、該第１のダミー補強パターン３１ｅと鍵型にかみ合うようにスクライブライン１３側に配置され且つ複数の部分にて分断されている第２のダミー補強パターン３１ｆとが形成されている。この第１のダミー補強パターン３１ｅと第２のダミー補強パターン３１ｆは、分断された各補強パターンがコ型形状を有している。そして、コ型形状を有する第２のダミー補強パターン３１ｆは、コ型形状を有する第１のダミー補強パターン３１ｅの分断部分を覆うように配置されている。このようにすると、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が向上することに加えて、スクライブライン方向からの不純物の侵入経路が長くなるため、拡散防止効果が一層向上する。

また、図６（ｂ）に示す半導体チップ１２には、電極パッド２２とスクライブライン１３との間に位置する半導体チップ１２の周縁部に、電極パッド２２及び能動領域２３を取り囲むように配置され且つ半導体チップ１２のコーナー部２１において分断されている棒型形状の第１のダミー補強パターン３１ｇと、第１のダミー補強パターン３１ｇにおける分断部分を塞ぐようにコーナー部２１に配置されたＬ型形状の第２のダミー補強パターン３１ｈとが形成されている。このようにすると、半導体チップ１２の周縁部の全体に亘って、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制することができる。さらに、内部収縮力による影響が最も大きい半導体チップのコーナー部において、層間絶縁膜の膜剥がれをより効果的に抑制することができる。

なお、図５（ａ）、図５（ｂ）及び図６（ａ）に示す半導体チップ１２では、該半導体チップ１２のコーナー部２１にはダミー補強パターンは設けていないが、図６（ｂ）に示す半導体チップ１２と同様に、半導体チップ１２のコーナー部２１に第１のダミー補強パターン３１ａ、３１ｃ、３１ｅの分断部分、又は、第２のダミー補強パターン３１ｂ、３１ｄ、３１ｆの分断部分の少なくても一方の分断部分を覆う第３のダミー補強パターンを形成しても良い。

第１の実施形態及びその変形例では、電極パッド及び能動領域を取り囲むように配置されたダミー補強パターンが、少なくとも半導体チップのコーナー部において分断されている場合について説明したが、収縮力による層間絶縁膜の膜剥がれの発生を抑制するためにダミー補強パターンの分断部分について、他の任意の箇所であってもよく、また、いくつに分断されていてもよい。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置について説明する。

図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。

図７（ａ）に示すように、半導体チップ（チップ領域）１２の周縁部のうちコーナー部２１を除く領域には、電極パッド２２が形成されている。また、半導体チップ１２の周縁部には、電極パッド２２及び能動領域２３を取り囲むように、リング状のシールリング６１が形成されている。さらに、半導体チップ１２のコーナー部２１であって且つシールリング６１の内側には、ダミー補強パターン６２が形成されている。

図７（ｂ）は、前述した図７（ａ）に示した半導体チップ１２のコーナー部における要部を拡大した図を示している。図７（ｂ）に示すように、ダミー補強パターン６２は、複数のライン状のパターン６２ａよりなり、詳細は後述するが、このライン状のパターン６２ａは、層間絶縁膜中に形成された配線と、層間絶縁膜中に形成されたライン状のビアとによって構成されている。

図８（ａ）は、図７（ｂ）に示した平面図におけるVIIIa−VIIIa線の断面図を示している。図８（ｂ）は、図７（ｂ）に示した平面図におけるVIIIb−VIIIb線の断面図を示している。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、シリコンなどの半導体ウエハよりなる基板４０の上には、複数の層間絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６の積層構造が形成されており、該積層構造の上には、表面保護膜４７が形成されている。ここで、例えば層間絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６としてＳｉＯＣ膜などの低い誘電率（比誘電率３．９以下）を有するＬｏｗ−ｋ膜を形成し、表面保護膜４０としてシリコン窒化膜を形成する。なお、各層間絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６の間には、ＳｉＣＮ膜のようなストッパー材を形成してもよい。

また、半導体チップ１２の周縁部には、ダミー補強パターン６２として複数のライン状のパターン６２ａが形成されている。具体的には、層間絶縁膜４１には、基板に到達するライン状のダミービア７１ａが形成されており、層間絶縁膜４２には、ダミービア７１ａと接続するダミー配線７１ｂが形成されており、層間絶縁膜４３には、ダミー配線７１ｂと接続するライン状のダミービア７１ｃが形成されており、層間絶縁膜４４には、ダミービア７１ｃと接続するダミー配線７１ｄが形成されており、層間絶縁膜４５には、ダミー配線７１ｄと接続するライン状のダミービア７１ｅが形成されており、層間絶縁膜４６には、ダミービア７１ｅと接続するダミー配線７１ｄが形成されている。このように、ダミー補強パターン６２を構成する複数のライン状のパターン６２ａは、それぞれ、ライン状のダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅとダミー配線７２ｂ、７２ｄ、７２ｆとによって構成されている。このとき、ダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅ及びダミー配線７１ｂ、７１ｄ、７１ｆの導電材料として、例えばダミービアにタングステン、ダミー配線にアルミニウム合金を用いて形成したり、ダミービア及びダミー配線とも銅を用いて形成しても良い。

さらに、半導体チップ１２の周縁部には、電極パッド２２及び能動領域２３を取り囲むように、リング状のシールリング６１が形成されている。具体的に、層間絶縁膜４１には、基板４０に到達するビア８１ａが形成されており、層間絶縁膜４２には、ビア８１ａと接続する配線８１ｂが形成されており、層間絶縁膜４３には、配線８１ｂと接続するビア８１ｃが形成されており、層間絶縁膜４４には、ビア８１ｃと接続する配線８１ｄが形成されており、層間絶縁膜４５には、配線８１ｄと接続するビア８１ｅが形成されており、層間絶縁膜４６には、ビア８１ｅと接続する配線８１ｆが形成されている。このように、シールリング６１は、複数の配線８１ｂ、８１ｄ、８１ｆ及び複数のビア８１ｂ、８１ｄ、８１ｅによって構成されている。ここで、各層間絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６に形成されるビア８１ａ、８１ｃ、８１ｅとダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅ、あるいは、配線８１ｂ、８１ｄ、８１ｆとダミー配線７１ｂ、７１ｄ、７１ｆは、同一工程で共通の導電材料から形成される。

ここで、図７（ｂ）、並びに図８（ａ）及び（ｂ）では、ライン状のダミービア７１ａとダミー配線７２ｂとによる構造体、ライン状のダミービア７１ｃとダミー配線７２ｄとによる構造体、及びライン状のダミービア７１ｅとダミー配線７２ｆとによる構造体が、それぞれ独立して一方向を向いて等間隔で配置され、且つダミー配線７２ｂ、７２ｄ、７２ｆの幅及びダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅの幅がそれぞれ統一されている場合について説明したが、同一の層間絶縁膜内に形成されたダミー配線同士が別の配線を通じて結合されていてもよいし、同一の層間絶縁膜内に形成されたライン状のダミービア同士が結合されている構成であってもよい。

また、ダミー配線７２ｂ、７２ｄ、７２ｆ又はライン状のダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅの幅及び配置は、各層間絶縁膜内において統一されていなくてもよい。また、すべての層間絶縁膜におけるダミー配線７２ｂ、７２ｄ、７２ｆがライン状のダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅによって結合されていなくてもよい。また、ダミー配線７２ｂ、７２ｄ、７２ｆはライン状のダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅのみによって結合されている必要はなく、柱状よりなるダミービアと結合する構成を含んでいてもよい。また、ダミー配線７２ｂ、７２ｄ、７２ｆと結合するライン状のダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅの数は、１つのダミー配線に対して複数個ある構成であってもよい。また、ライン状のダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅ同士の間隔は等間隔である必要がなく、任意の間隔でライン状のダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅが配置されてもよい。また、ダミー補強パターン６２の一部がシールリング６１の一部と結合する構成であってもよい。また、ダミー補強パターン６２は、その一部又は全部がパッド２２の下部に位置するように形成される構成であってもよい。

ここで、樹脂封止後の熱的なストレスなどに起因した層間絶縁膜の膜剥がれは半導体チップ１２のコーナー部２１において顕著に表れることから、上述したように、ダミー補強パターン６２が半導体チップ１２のコーナー部２１にのみ形成された構成を採用することにより、半導体チップ１２のチップ面積を増大させることなく効率的に層間絶縁膜の膜剥がれを抑制することができる。また、シールリング６１とは別に、半導体チップ１２のコーナー部２１にライン状のダミー補強パターン６２を備えているので、半導体チップ１２のコーナー部２１における層間絶縁膜の膜剥がれを一層抑制することができる。さらに、ダミー補強パターン６２は、ダミー配線７２ｂ、７２ｄ、７２ｆと、ライン状のダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅによって構成されているので、ライン状のダミービアの代わりに柱状のビアによって構成されている場合に比べて、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が大きくなる。すなわち、ダミー配線間がライン状のビアによって結合されることにより、ビアを介した配線層間の結合面積が、ライン状のビアの代わりに通常の柱状のビアで結合する場合よりも大きいので、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が大きいのである。

ここで、図７（ａ）においては、半導体チップ１２の４箇所のコーナー部２１であって且つシールリング６１の内側にダミー補強パターン６２を設ける構成について説明したが、ダミー補強パターン６２の形状は、正方形、円形、三角形、又は多角形など、どのような形状であってもよい。また、ダミー補強パターン６２は、半導体チップ１２の４箇所のコーナー部２１であって且つシールリング６１の外側に形成されてもよい。また、ダミー補強パターン６２の面積は任意でよいが、面積が大きいほど、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果を向上させることができる。また、ダミー補強パターン６２の個数は任意でよいが、より多くの個数を設けるほど、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が向上する。

なお、本実施形態では、各配線間の層間絶縁膜として、層間絶縁膜４１と層間絶縁膜４２、層間絶縁膜４３と層間絶縁膜４４、層間絶縁膜４５と層間絶縁膜４６のように積層構造にしているが、単層の層間絶縁膜であってもよい。また、ビア８１ａ、８１ｃ、８１ｅと配線８１ｂ、８１ｄ、８１ｆは別構造としているが、デュアルダマシン法によってビア８１ａと配線８１ｂ、ビア８１ｃと配線８１ｄ、ビア８１ｅと配線８１ｆをそれぞれ一体化構造としてもよい。また、ダミービア７１ａ、７１ｃ、７１ｅとダミー配線７１ｂ、７１ｄ、７１ｆは別構造としているが、デュアルダマシン法によってダミービア７１ａとダミー配線７１ｂ、ダミービア７１ｃとダミー配線７１ｄ、ダミービア７１ｅとダミー配線７１ｆをそれぞれ一体化構造としてもよい。

＜ダミー補強パターンの配置例＞
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を構成するダミー補強パターンの配置例について説明する。

図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を構成するダミー補強パターンの配置例を示す平面図である。

図９（ａ）に示すように、半導体チップ（チップ領域）１２の周縁部のうちコーナー部２１を除く領域には電極パッド２２が形成されている。また、半導体チップ１２の周縁部には、電極パッド２２及び能動領域２３を取り囲むように、４つのコーナー部２１において面取りされたような形状を有する八角形状で且つリング状のシールリング６１ａが形成されている。さらに、半導体チップ１２のコーナー部２１であって且つシールリング６１ａの外側には、複数のライン状のパターンよりなるダミー補強パターン６２ｂが形成されている。

ここで、樹脂封止後の熱的なストレスなどに起因した層間絶縁膜の膜剥がれは半導体チップ１２のコーナー部２１において顕著に表れることから、図９（ａ）に示すように、ダミー補強パターン６２ｂが半導体チップ１２のコーナー部２１に形成された構成を採用することにより、半導体チップ１２のチップ面積を増大させることなく効率的に層間絶縁膜の膜剥がれを抑制することができる。さらに、ダミー補強パターン６２ｂは、ライン状のパターンによって構成されているので、柱状のパターンによって構成されている場合に比べて、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が大きく向上する。

さらに、シールリング６１ａの外側（スクライブライン側）にダミー補強パターン６２ｂが形成されているので、過度な応力により、ダミー補強パターン６２ｂが存在している領域にて層間絶縁膜の膜剥がれが生じた場合であっても、ダミー補強パターン６２ｂの内側に存在するシールリング６１ａが、層間絶縁膜の膜剥がれの進行を抑制し、シールリング６１ａの内側の領域、特に能動領域２３において層間絶縁膜の膜剥がれ又はクラックが発生することを防止することができる。

また、図９（ｂ）に示すように、半導体チップ（チップ領域）１２の周縁部のうちコーナー部２１を除く領域には電極パッド２２が形成されている。また、半導体チップ１２の周縁部には、電極パッド２２及び能動領域２３を取り囲むように、４つのコーナー部２１において面取りされたような形状を有する八角形状で且つリング状のシールリング６１ａが形成されている。さらに、シールリング６１ａの内側であって且つ半導体チップ１２のコーナー部２１以外の電極パッド２２とシールリング６１ａとの間に位置する領域には、ライン状のパターンよりなるダミー補強パターン６２ｃが半導体チップ１２の各辺に対して平行に形成されている。

ここで、半導体チップ１２のコーナー部２１は組立用のアライメントマーク又はロケットマークなどが配置される場合があることから、半導体チップ１２のコーナー部２１にダミー補強パターン６２ｃを配置することができない場合がある。しかしながら、図９（ｂ）に示す構成によると、半導体チップ１２のコーナー部２１に組立用のアライメントマーク又はロケットマークなどの配置が可能になると共に、ダミー補強パターン６２ｃによって層間絶縁膜の膜剥がれ又はクラックの発生を防止することができる。

また、図９（ｃ）に示すように、図９（ａ）に示した構成と図９（ｂ）に示した構成とを組み合わせてなる構成を採用してもよい。すなわち、半導体チップ１２のコーナー部２１であって且つシールリング６１ａの外側にダミー補強パターン６２ｂを設けると共に、半導体チップ１２のコーナー部２１以外であって且つ電極パッド２２とシールリング６１ａとの間に位置する領域にはライン状のパターンよりなるダミー補強パターン６２ｃを半導体チップ１２の各辺に対して平行に設けてもよい。このように、半導体チップ１２の周縁部には、ダミー補強パターン６２ｂ、６２ｃが設けられているので、図９（ａ）及び（ｂ）に示す構成よりも、層間絶縁膜の膜剥がれを抑制する効果が大きくなる。

＜ダミー補強パターンの構造例＞
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を構成するダミー補強パターンの構造例について説明する。

図１０（ａ）〜（ｃ）及び図１１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を構成するダミー補強パターンの構造例を示す平面図であって、半導体チップ１２のコーナー部２１におけるシールリング６１の内側に配置されたダミー補強パターン６２における要部の拡大図である。

まず、図１０（ａ）に示すダミー補強パターン６２は、半導体チップ１２のコーナー部２１を形成する２辺のそれぞれに対して４５°である一方向に形成された複数のライン状のパターン６２ｄよりなる。つまり、この場合、ダミー補強パターン６２を構成するダミー配線及びライン状のダミービアは、半導体チップ１２のコーナー部２１を形成する２辺のそれぞれに対して４５°である一方向に形成されている。樹脂封止後の熱的なストレスに起因する応力は、半導体チップ１２のコーナー部２１から半導体チップ１２の中心に向かって約４５°の方向に作用するので、図１０（ａ）に示すように、ダミー補強パターン６２が、半導体チップ１２のコーナー部２１を形成する２辺のそれぞれに対して４５°の方向に配置されることで、樹脂封止後の熱的なストレスに起因する層間絶縁膜の剥離及びクラックの発生を効果的に防止することができる。

また、図１０（ｂ）に示すダミー補強パターン６２は、半導体チップ１２のコーナー部２１を形成する２辺のそれぞれに対して４５°である一方向に形成された複数のライン状のパターン６２ｄと、半導体チップ１２のコーナー部を形成する２辺のそれぞれに対して平行な方向に形成された複数のライン状のパターン６２ｅとよりなる。このようにすると、半導体チップ１２の内部に向かう約４５°方向への応力だけではなく半導体チップ１２の各辺に対して平行な方向への応力による層間絶縁膜の膜剥がれ又はクラックの発生を抑制することができる。また、ここでは、ダミー補強パターン６２を構成するライン状のパターンが特定方向に形成されている場合について説明したが、想定されるストレスの方向に応じて、ライン状のパターンを形成する方向を任意に設定することは当然に可能である。

また、図１０（ｃ）に示すダミー補強パターン６２は、半導体チップ１２のコーナー部の２辺に対して垂直に延びるラインパターンが結合してなるＬ字型の複数のライン状のパターン６２ｆよりなる。このようにすると、ライン状のパターン同士の結びつきが強固となるので、複数方向のストレスによる層間絶縁膜の膜剥がれ又はクラックの発生を効果的に防止することができる。

また、図１１（ａ）に示すダミー補強パターン６２は、半導体チップ１２のコーナー部２１において、ライン状のパターン同士が結合してなる一つの閉じた構造、ここでは、三角形状を有し、相似形で大きさの異なる複数のパターン６２ｇよりなり、内側に配置された大きさの小さいパターン６２ｇが外側に配置された大きさの大きいパターン６２ｇに囲まれた構造を有している。このようにすると、ライン状のパターン同士の結びつきが更に強固となるので、複数方向のストレスによる層間絶縁膜の膜剥がれ又はクラックの発生を防止することができる。なお、ここでは、１つの閉じた構造が三角形状である場合について説明したが、四角形状、多角形状、又は円形状などであっても当然構わない。

また、図１１（ｂ）に示すダミー補強パターン６２は、半導体チップ１２のコーナー部２１において、該コーナー部２１を形成する２辺のそれぞれに対して４５°である一方向に形成された複数のライン状のパターン６２ｈと、該ライン状のパターン６２ｈと交差してメッシュ構造となるように形成された複数のライン状のパターン６２ｉとで構成されている。このようにすると、ライン状のパターン同士の結びつきが更に強固となるので、複数方向のストレスによる層間絶縁膜の膜剥がれ又はクラックの発生を防止することができる。なお、ここでは、ライン状のパターンの方向が、半導体チップ１２のコーナー部を形成する２辺のそれぞれに対して４５°である場合について説明したが、他の任意の角度であっても当然構わない。

本発明は、多層配線構造を有する半導体装置において、機械的又は熱的なストレスに起因する層間絶縁膜の膜剥がれ又はクラックの発生の抑制に有用である。特に、層間絶縁膜として、ヤング率が低い、硬度が低い、熱膨張率が高い、層間絶縁膜との界面密着性が低いなどの物理的特性を有する低誘電率誘電体材料などを用いた多層配線構造を有する半導体装置にとって有用である。

半導体ウェハの一般的な構成を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態で使用する用語の定義に用いる半導体チップのコーナー部を示す要部平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す要部断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置のダミー補強パターンの要部拡大図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す要部断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置のダミー補強パターンの配置の変形例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置のダミー補強パターンの構造の変形例を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置のダミー補強パターンの構造の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１１ 半導体ウェハ
１２ 半導体チップ
１３ スクライブライン
２１ コーナー部
２２ 電極パッド
２３ 能動領域
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ、３１ｉ、３１ｈ、３１ｊ、６２、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｇ、６２ｈ、６２ｉ ダミー補強パターン
４１、４２、４３、４４、４５、４６ 層間絶縁膜
４７ 表面保護膜
４８、５０、５２ ビア
４９、５１、５３ 配線
５５、５７、５９ ダミービア
５６、５８、６０ ダミー配線
６１、６１ａ シールリング
７１ａ、７１ｃ、７１ｅ ダミービア
７１ｂ、７１ｄ、７１ｆ ダミー配線
８１ａ、８１ｃ、８１ｅ ビア
８１ｂ、８１ｄ、８１ｆ 配線

Claims (11)

1. 基板におけるチップ領域に形成された素子と、
   前記基板上に形成された複数の層間絶縁膜と、
   前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成された配線と、
   前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成され、且つ前記素子と前記配線とを接続するか又は前記配線同士を接続するビアと、
   前記チップ領域の周縁部における前記複数の層間絶縁膜の積層構造中に、前記チップ領域の内部領域を取り囲むように形成されている一方で、少なくとも１箇所において分断されている部分を有するダミー補強パターンとを備え、
   前記ダミー補強パターンは、前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成されたダミー配線と、前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも１つに形成されたライン状のダミービアとによって構成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ダミー補強パターンは、前記チップ領域のコーナー部において分断されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ダミー補強パターンは、少なくとも第１のダミー補強パターンと第２のダミー補強パターンとを備え、前記第１のダミー補強パターンと前記第２のダミー補強パターンとは互いに間隔を置いて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記第１のダミー補強パターン及び前記第２のダミー補強パターンは、前記チップ領域の周縁部にそれぞれ複数のパターンに分断されて形成されており、
   前記第１のダミー補強パターンと前記第２のダミー補強パターンとは、分断されている位置が異なっていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記第１のダミー補強パターン及び前記第２のダミー補強パターンは、互いに鍵状にかみ合うように形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置。
6. 前記ダミー補強パターンは、前記チップ領域のコーナー部に形成された第３のダミー補強パターンを有していることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記チップ領域の周縁部における前記複数の層間絶縁膜の積層構造中に、前記チップ領域の内部領域を取り囲むように形成されたシールリングをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記チップ領域の周縁部における前記複数の層間絶縁膜の積層構造中に、前記チップ領域の内部領域を取り囲むように形成されたシールリングをさらに備え、
   前記第３のダミー補強パターンは、前記シールリングの外側に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
9. 前記チップ領域の周縁部における前記複数の層間絶縁膜の積層構造中に、前記チップ領域の内部領域を取り囲むように形成されたシールリングをさらに備え、
   前記第３のダミー補強パターンは、前記シールリングの内側に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
10. 前記第３のダミー補強パターンは、互いに間隔をおいて配置された複数のダミー補強パターンからなることを特徴とする請求項６、８又は９に記載の半導体装置。
11. 前記第３のダミー補強パターンにおける複数のダミー補強パターンは、前記チップ領域を構成する各辺に対して４５°の方向に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
    

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