JP2007305739A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】相異なる絶縁材料によって形成された層間絶縁膜間の界面では、同一の絶縁材料によって形成された層間絶縁膜間の界面に比して、剥離が生じ易い。
【解決手段】半導体装置1は、半導体基板10、層間絶縁膜20(第1の層間絶縁膜)、層間絶縁膜30(第2の層間絶縁膜)、および配線構造40を備えている。半導体基板10上には、層間絶縁膜20が設けられている。層間絶縁膜20は、第1の絶縁材料によって形成されている。層間絶縁膜20上には、層間絶縁膜30が設けられている。層間絶縁膜30は、第2の絶縁材料によって形成されている。ここで、第1および第2の絶縁材料は、相異なる絶縁材料である。半導体装置1の外周領域には、配線構造40が形成されている。配線構造40は、導電プラグを含んで構成され、層間絶縁膜20と層間絶縁膜30との界面を貫通している。
【選択図】図2
【解決手段】半導体装置1は、半導体基板10、層間絶縁膜20(第1の層間絶縁膜)、層間絶縁膜30(第2の層間絶縁膜)、および配線構造40を備えている。半導体基板10上には、層間絶縁膜20が設けられている。層間絶縁膜20は、第1の絶縁材料によって形成されている。層間絶縁膜20上には、層間絶縁膜30が設けられている。層間絶縁膜30は、第2の絶縁材料によって形成されている。ここで、第1および第2の絶縁材料は、相異なる絶縁材料である。半導体装置1の外周領域には、配線構造40が形成されている。配線構造40は、導電プラグを含んで構成され、層間絶縁膜20と層間絶縁膜30との界面を貫通している。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体装置に関する。
半導体装置の製造においては、トランジスタ等からなる所定の回路が形成されたウエハをダイシングすることにより、個片化された半導体チップが得られる。ところが、ダイシングの際、チッピングまたは層間絶縁膜の剥離が発生することがある。従来、かかるチッピングや層間絶縁膜の剥離を検出すべく、ダイシング後の各半導体チップに対して、光学顕微鏡を用いた外観確認を実行していた。
しかしながら、ウエハ径の拡大およびチップサイズの縮小に伴い、時間的な制約から全数検査を行うことが困難になってきている。また、チッピング等が発生しているにも関わらず、光学顕微鏡の解像力の限界から、そのチッピング等を検出できないこともある。
これに対して、特許文献1〜3には、ダイシング後により生じたクラックを電気的に検出することが可能な半導体チップが開示されている。これらの文献においては、半導体チップの周縁部に、配線等の導電層が設けられている。半導体チップにクラックが発生すると、その導電層が切断されるため、クラックの発生を電気的な変化として検出することが可能である。
特開平7−193108号公報
特開2000−31230号公報
特開2005−277338公報
ところで、近年、層間絶縁膜が下層部と上層部とで相異なる絶縁材料によって形成されることがある。例えば、配線距離が比較的長く、それゆえに寄生容量の影響を受け易い上層部では、寄生容量を低減するために、低誘電率材料等、下層部よりも低い誘電率をもつ絶縁材料が用いられることがある。
このように相異なる絶縁材料によって形成された層間絶縁膜間の界面では、同一の絶縁材料によって形成された層間絶縁膜間の界面に比して、剥離が生じ易い。したがって、相異なる絶縁材料によって形成された複数の層間絶縁膜を備える半導体装置においては、ダイシングによって層間絶縁膜どうしの界面で発生する剥離を高い確度で検出することが要求される。
本発明による半導体装置は、回路形成領域を有する半導体装置であって、半導体基板と、上記半導体基板上に設けられ、第1の絶縁材料によって形成された第1の層間絶縁膜と、上記第1の層間絶縁膜上に設けられ、上記第1の絶縁材料とは異なる第2の絶縁材料によって形成された第2の層間絶縁膜と、上記回路形成領域の外側に設けられ、導電プラグを含んで構成された配線構造と、を備え、上記配線構造は、上記第1の層間絶縁膜と上記第2の層間絶縁膜との界面を貫通していることを特徴とする。
この半導体装置においては、回路形成領域の外側に剥離検知用の配線構造が設けられている。また、この剥離検知用の配線構造は、相異なる絶縁材料によって形成された第1および第2の層間絶縁膜の界面を貫通している。このため、当該界面で剥離が発生し、それにより剥離検知用の配線構造に亀裂や切断が生じると、その剥離を剥離検知用の配線構造の電気的な特性の変化に変換することができる。したがって、ダイシング等によって上記界面で剥離が発生しても、この配線構造の電気的な特性の変化を検知することにより、その剥離を高い確度で検出することが可能である。
本発明によれば、相異なる絶縁材料によって形成された層間絶縁膜間の界面で発生した剥離を高い確度で検出することが可能な半導体装置が実現される。
以下、図面を参照しつつ、本発明による半導体装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本発明による半導体装置の一実施形態を示す平面図である。図2は、図1のA−A'線に沿った断面を示す断面図である。図3は、図1のB−B'線に沿った断面を示す断面図である。図4は、図3のC−C'線に沿った断面を示す断面図である。図5は、図1のD−D'線に沿った断面を示す断面図である。
半導体装置1は、半導体基板10、層間絶縁膜20(第1の層間絶縁膜)、層間絶縁膜30(第2の層間絶縁膜)、および配線構造40を備えている。半導体基板10は、例えばシリコン基板である。
半導体基板10上には、層間絶縁膜20が設けられている。層間絶縁膜20は、第1の絶縁材料によって形成されている。層間絶縁膜20上には、層間絶縁膜30が設けられている。層間絶縁膜30は、第2の絶縁材料によって形成されている。ここで、第1および第2の絶縁材料は、相異なる絶縁材料である。本実施形態において第1および第2の絶縁材料は、相異なる誘電率を有する。第1および第2の絶縁材料は、例えば、それぞれ酸化シリコンおよび低誘電率材料である。
低誘電率材料は、比誘電率が3.3未満の絶縁材料である。低誘電率材料としては、例えば、SiOC、HSQ(ハイドロジェンシルセスキオキサン)、MSQ(メチルシルセスキオキサン)、またはMHSQ(メチル化ハイドロジェンシルセスキオキサン)等のポリオルガノシロキサン、ポリアリールエーテル(PAE)、ジビニルシロキサン−ビス−ベンゾシクロブテン(BCB)、またはSilk(登録商標)等の芳香族含有有機材料、SOG(spin on glass)、FOX(flowable oxide)等種々のものを用いることができる。また、低誘電率材料としては、ポーラス状のものを用いることができる。これにより、膜の比誘電率をさらに低くすることができる。
半導体装置1の外周領域には、配線構造40が形成されている。外周領域は、トランジスタ等の半導体素子が形成された回路形成領域D1(図1の点線で囲まれた領域)の外側の領域である。外周領域は、半導体装置1のダイシング面から100μm以内の領域であることが好ましい。すなわち、配線構造40は、半導体装置1のダイシング面から100μm以内の領域に設けられていることが好ましい。外周領域には、回路形成領域D1を包囲するようにシールリング50(ガードリング)も形成されている。配線構造40は、このシールリング50の外側に設けられている。
配線構造40は、導電プラグを含んで構成されている。導電プラグは、半導体基板10の拡散層12に接続されている。配線構造40は、層間絶縁膜20と層間絶縁膜30との界面を貫通している。配線構造40は、ビアチェーンとして構成されている。また、このビアチェーンは、回路形成領域D1の外周の略全体に渡って延在している。ただし、このビアチェーンには切れている箇所があり、その切れている箇所から回路形成領域D1内にあるパッド92に接続されている。図5に示すように、ビアチェーン(配線構造40)とパッド92とは、拡散層12を介して電気的に接続されている。一方、ビアチェーンとシールリング50とは、互いに電気的に分離されている。かかる構成により、配線構造40の抵抗値を半導体装置1の外部から測定することができる。
層間絶縁膜30上には、層間絶縁膜72、層間絶縁膜74および層間絶縁膜76が順に積層されている。本実施形態において各層間絶縁膜72,74,76の材料は、上記第2の絶縁材料である。
本実施形態の効果を説明する。半導体装置1においては、回路形成領域D1の外側の外周領域に配線構造40が設けられている。また、この配線構造40は、相異なる絶縁材料によって形成された層間絶縁膜20と層間絶縁膜30との界面を貫通している。このため、当該界面で剥離が発生し、それにより配線構造40に亀裂や切断が生じると、その剥離を電気的な特性の変化に変換することができる。電気的な特性の変化とは、配線構造40の抵抗値の変化または容量値の変化等である。
したがって、ダイシング等によって上記界面で剥離が発生しても、その剥離を高い確度で検出することが可能である。また、この検出は、製品としての半導体装置1の出荷前に限らず、出荷後に行うこともできる。よって、製造の際(特にダイシングの際)に生じた剥離に限らず、製造後に生じた剥離を検出することも可能である。
また、第1および第2の絶縁材料が相異なる誘電率を有している。このように誘電率が相異なる層間絶縁膜(層間絶縁膜20および層間絶縁膜30)どうしの界面では、剥離が生じ易い。それゆえ、当該界面で発生する剥離を高い確度で検出することが可能な半導体装置1が特に有用となる。
第1の絶縁材料が酸化シリコンであり、第2の絶縁材料が低誘電率材料である場合、層間絶縁膜20におけるパターニングの微細化と、層間絶縁膜30における寄生容量の低減とを両立することができる。
配線構造40がビアチェーンとして構成されている。これにより、簡易な構成で、回路形成領域D1の外周に沿って延在する配線構造40を実現することができる。特にこのビアチェーンは、回路形成領域D1の外周の略全体に渡って延在している。これにより、回路形成領域D1の外周のどの位置で剥離が生じても、その剥離を高い確度で検出することができる。
本発明による半導体装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては1層目の層間絶縁膜20が第1の絶縁材料で形成されるとともに2層目以上の層間絶縁膜30,72,74,76が第2の絶縁材料で形成された例を示した。しかし、図6に示すように、層間絶縁膜20,74aが第1の絶縁材料で形成されるとともに、層間絶縁膜30,72,76が第2の絶縁材料で形成されていてもよい。同図においては、層間絶縁膜20と層間絶縁膜30との界面、層間絶縁膜72と層間絶縁膜74aとの界面および層間絶縁膜74aと層間絶縁膜76との界面の全てを配線構造40が貫通している。あるいは、図7に示すように、層間絶縁膜20,30aが第1の絶縁材料で形成されるとともに、層間絶縁膜72,74,76が第2の絶縁材料で形成されていてもよい。同図においては、層間絶縁膜30aと層間絶縁膜72との界面を配線構造40が貫通している。
上記実施形態においては各層間絶縁膜(例えば層間絶縁膜20)が単層である場合を例示した。しかし、各層間絶縁膜が、相異なる絶縁材料によって形成された複数の絶縁膜からなる積層構造を有していてもよい。その場合も、それらの絶縁膜間の界面を配線構造40が貫通していることが好ましい。
上記実施形態においては配線構造40を構成する導電プラグが拡散層12に接続された例を示したが、図8に示すように、導電プラグはゲート電極68に接続されていてもよい。
上記実施形態においては配線構造40がパッド92に接続された例を示したが、配線構造40は、図9に示すように、回路形成領域D1内に形成された内部選別回路94に接続されてもよい。これらの配線構造40と内部選別回路94との間の接続は、図5で説明した、配線構造40とパッド92との間の接続と同様である。この内部選別回路94は、例えば、亀裂や切断により配線構造40の抵抗値がある値を超えているときにハイ(またはロー)信号を出力し、そうでないときにロー(またはハイ)信号を出力するものである。
上記実施形態においては配線構造40が回路形成領域D1の外周の略全体に設けられた例を示したが、配線構造40は回路形成領域D1の外周の一部のみに設けられていてもよい。配線構造40を回路形成領域D1の外周の一部のみに設ける場合は、コーナー部に設けることが特に好ましい。また、配線構造40がシールリング50の外側に設けられた例を示したが、配線構造40はシールリング50の内側、すなわち回路形成領域D1とシールリング50との間に設けられてもよい。ただし、シールリング50を設けることは必須ではない。
上記実施形態においては第1および第2の絶縁材料として相異なる誘電率を有するものを例示したが、第1および第2の絶縁材料は、相異なる絶縁材料であればどのような組合せであってもよい。例えば、組成が相異なる低誘電率材料どうしの組合せであってもよい。また、第1および第2の絶縁材料のうち一方が炭素原子(C)を含む材料であり、もう一方は炭素原子を含まない材料であってもよい。このように炭素原子を含む層間絶縁膜と含まない層間絶縁膜との界面でも剥離が生じ易いため、当該界面で発生する剥離を高い確度で検出することが可能な本発明が特に有用となる。
1 半導体装置
10 半導体基板
12 拡散層
20 層間絶縁膜
30 層間絶縁膜
30a 層間絶縁膜
40 配線構造
50 シールリング
68 ゲート電極
72 層間絶縁膜
74 層間絶縁膜
74a 層間絶縁膜
76 層間絶縁膜
92 パッド
94 内部選別回路
D1 回路形成領域
10 半導体基板
12 拡散層
20 層間絶縁膜
30 層間絶縁膜
30a 層間絶縁膜
40 配線構造
50 シールリング
68 ゲート電極
72 層間絶縁膜
74 層間絶縁膜
74a 層間絶縁膜
76 層間絶縁膜
92 パッド
94 内部選別回路
D1 回路形成領域
Claims (12)
- 回路形成領域を有する半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、第1の絶縁材料によって形成された第1の層間絶縁膜と、
前記第1の層間絶縁膜上に設けられ、前記第1の絶縁材料とは異なる第2の絶縁材料によって形成された第2の層間絶縁膜と、
前記回路形成領域の外側に設けられ、導電プラグを含んで構成された配線構造と、を備え、
前記配線構造は、前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜との界面を貫通していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1および第2の絶縁材料は、相異なる誘電率を有する半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記第1および第2の絶縁材料のうち一方のみが炭素原子を含む半導体装置。 - 請求項1乃至3いずれかに記載の半導体装置において、
前記第1の絶縁材料は酸化シリコンであり、
前記第2の絶縁材料は低誘電率材料である半導体装置。 - 請求項1乃至4いずれかに記載の半導体装置において、
前記配線構造は、当該半導体装置のダイシング面から100μm以内の領域に設けられている半導体装置。 - 請求項1乃至5いずれかに記載の半導体装置において、
前記配線構造は、前記回路形成領域の外周に沿って延在するビアチェーンとして構成されている半導体装置。 - 請求項6に記載の半導体装置において、
前記ビアチェーンは、前記回路形成領域の外周の略全体に渡って延在している半導体装置。 - 請求項1乃至7いずれかに記載の半導体装置において、
前記回路形成領域を包囲するシールリングを備え、
前記配線構造は、前記シールリングの外側に設けられている半導体装置。 - 請求項1乃至8いずれかに記載の半導体装置において、
前記配線構造を構成する前記導電プラグは、前記半導体基板の拡散層に接続されている半導体装置。 - 請求項1乃至8いずれかに記載の半導体装置において、
前記配線構造を構成する前記導電プラグは、前記半導体基板上のゲート電極に接続されている半導体装置。 - 請求項6に記載の半導体装置において、
前記ビアチェーンは、前記回路形成領域の外周の一部に設けられている半導体装置。 - 請求項11に記載の半導体装置において、
前記回路形成領域の外周の一部は、当該外周のコーナー部である半導体装置。
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JP2006131610A JP2007305739A (ja) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | 半導体装置 |
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