JP2011134824A - 半導体ウエハ、半導体ウエハの製造方法、および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒューズ素子形成領域の配線を露出させることなく、クラックストップトレンチとボンディングパッド開口部を同時に形成する半導体ウエハ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板と多層配線構造とを少なくとも具備してなり、前記多層配線構造がチップ領域Aとヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cとに渡って形成されてなる半導体ウエハにおいて、前記チップ領域に位置する前記多層配線構造上には、前記配線で構成されたボンディングパッド170が形成される一方、前記ダイシング領域には、前記多層配線構造が一部除去されることによって形成された二本以上が並行して並ぶダミーリングおよび、前記ダミーリング間に形成された、クラックストップトレンチ152となる溝部が設けられていることを特徴とする半導体ウエハを採用する。
【選択図】図3
【解決手段】半導体基板と多層配線構造とを少なくとも具備してなり、前記多層配線構造がチップ領域Aとヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cとに渡って形成されてなる半導体ウエハにおいて、前記チップ領域に位置する前記多層配線構造上には、前記配線で構成されたボンディングパッド170が形成される一方、前記ダイシング領域には、前記多層配線構造が一部除去されることによって形成された二本以上が並行して並ぶダミーリングおよび、前記ダミーリング間に形成された、クラックストップトレンチ152となる溝部が設けられていることを特徴とする半導体ウエハを採用する。
【選択図】図3
Description
本発明は半導体ウエハ、半導体ウエハの製造方法、および半導体装置に関する。
近年、多層配線構造の半導体装置が数多く製造されている。このような半導体装置では、各層の面内に配線が縦横に形成され、また、前記配線を上下方向に連結するとともに各層の配線を電気的に接続するコンタクトプラグが複数形成された構成となっている。このような半導体装置においては、各配線が高密度に形成された構成であるため、その製造工程は複雑なものとなっている。
図1に従来の多層配線構造の半導体ウエハ2の代表的な製造方法を示す。この半導体ウエハ2には、チップ領域Aおよびヒューズ素子形成領域Bとからなる領域を区画するダイシング領域Cとが設けられている。
まず、シリコンからなる基板200上にMOSトランジスタ201a、キャパシタ201d等の半導体素子を複数形成する。次いで、その上を覆うように一層以上の層間絶縁膜201bを積層することにより、フロントエンド(Front End Of Line構造)201を形成する。なお、本例の半導体ウエハ2としては上記要件および、配線構造に不良チップ救済の為のヒューズ素子を備えている点を満たせば、DRAM構造に限られず、SRAM、EEPROM等のメモリー素子、ロジック回路等であっても構わない。
まず、シリコンからなる基板200上にMOSトランジスタ201a、キャパシタ201d等の半導体素子を複数形成する。次いで、その上を覆うように一層以上の層間絶縁膜201bを積層することにより、フロントエンド(Front End Of Line構造)201を形成する。なお、本例の半導体ウエハ2としては上記要件および、配線構造に不良チップ救済の為のヒューズ素子を備えている点を満たせば、DRAM構造に限られず、SRAM、EEPROM等のメモリー素子、ロジック回路等であっても構わない。
次いで、ヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cの層間絶縁膜201bを最上層から積層方向に貫通する構成となるように、TiやWといった導電材からなるコンタクトプラグ201cを形成する。また、このコンタクトプラグ201cは、MOSトランジスタ201aと後述する多層配線構造221(第一の配線構造210と第二の配線構造220および第三の配線構造230)とを接続する構成とする。
次いで、チップ領域Aとヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cのコンタクトプラグ201c上面および最上層の層間絶縁膜201bを覆うように、第一のシリコン窒化膜202と、主にSi、C、O等からなる第一のLow−K膜から構成される層間膜203を順次積層する。このとき、コンタクトプラグ201c上面を第一のLow−K膜で覆う理由は、第一の層間膜203の容量成分に、コンタクトプラグ201cの信号遅延を防ぐ効果があるためである。また、本明細で定義するLow-K膜とは、純粋なシリコン酸化膜より誘電率が低い膜を指し、具体的には比誘電率K値が3.9未満の膜を示す。また、層間膜203はLow-K膜単層でなく、CMP時の吸湿やキズ対策として上面側にプラズマCVD法により薄いシリコン酸化膜を成膜する積層構造にしてもよい。
次いで、チップ領域Aとヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cのコンタクトプラグ201c上面および最上層の層間絶縁膜201bを覆うように、第一のシリコン窒化膜202と、主にSi、C、O等からなる第一のLow−K膜から構成される層間膜203を順次積層する。このとき、コンタクトプラグ201c上面を第一のLow−K膜で覆う理由は、第一の層間膜203の容量成分に、コンタクトプラグ201cの信号遅延を防ぐ効果があるためである。また、本明細で定義するLow-K膜とは、純粋なシリコン酸化膜より誘電率が低い膜を指し、具体的には比誘電率K値が3.9未満の膜を示す。また、層間膜203はLow-K膜単層でなく、CMP時の吸湿やキズ対策として上面側にプラズマCVD法により薄いシリコン酸化膜を成膜する積層構造にしてもよい。
次いで、第一のシリコン窒化膜202と第一の層間膜203を貫通する構成の第一のコンタクトホール204aを形成した後、第一のコンタクトホール204aを充填し、かつ、第一のLow−K膜を含む層間膜203を覆うように、Ti、Ta、Mn等からなるバリアメタル膜および銅を順次積層する。このバリアメタル膜は、銅が層間絶縁膜201b中へ拡散するのを防ぐ効果がある。これにより、後述する第一の配線204と隣接配線のショートが防がれる。
次いで、第一の層間膜203上のバリアメタル膜および銅をCMP法により研磨し、第一の配線204(Cu配線)を形成する。
以上により、第一のシリコン窒化膜202と第一の層間膜203と第一の配線204からなる第一の配線構造210が形成される。
以上により、第一のシリコン窒化膜202と第一の層間膜203と第一の配線204からなる第一の配線構造210が形成される。
次いで、第一の配線構造210形成工程と同様に、第一の拡散防止絶縁膜205と第二の層間絶縁膜206と第二の配線207とを形成する。これにより、第一の配線構造210上に、第一の拡散防止絶縁膜205と第二の層間絶縁膜206と第二の配線207からなる第二の配線構造220が形成される。このうち、第一の拡散防止絶縁膜205は、後述する第二の配線構造220中への銅拡散を防止する効果がある。第一の拡散防止絶縁膜205の材料としてはたとえばシリコン窒化膜が使用可能であるが、誘電率を下げる目的でCを含むシリコン窒化膜を用いても良い。また、第一の配線204と第二の配線207とはデュアルダマシン法により一括で接続されるが、既知の方法であるため、その詳細は省略する。
次いで、第二の配線構造220上を覆うように第二の拡散防止絶縁膜208と第三の層間絶縁膜209を成膜する。次いで、第二の配線207を露出するように、第三の層間絶縁膜209を貫通する第三のコンタクトホール211aを形成する。次いで、第三のコンタクトホール211aへTiおよびWを埋設するか、もしくは、Alを高温のリフロースパッタ法により埋設することによりプラグを形成する。このプラグの形成方法は本発明の構成と関係しないため、その詳細は省略する。また、この従来例および後述する実施形態の図面中ではリフロースパッタ法を用いた工程について記している。
次いで、スパッタ法、あるいはリフロースパッタ法により、第三のコンタクトホール211a内を充填するようにAlからなる第三の配線211(Al配線)を形成する。第三の配線211は、その下部(第三の配線下部211b)が、第三の層間絶縁膜209および第二の拡散防止絶縁膜208を貫通し、その上部(第三の配線上部211c)が第三の層間絶縁膜209表面から突出する構成となっている。
ここで、第三の配線211の材料としてAlを用いる理由としては、後述するボンディング工程との親和性が高いためである。これにより、第二の拡散防止絶縁膜208と第三の層間絶縁膜209と第三の配線下部211bからなる第三の配線構造230が形成される。
以上により、第一の配線構造210と第二の配線構造220および第三の配線構造230からなる多層配線構造221が形成される。
ここで、第三の配線211の材料としてAlを用いる理由としては、後述するボンディング工程との親和性が高いためである。これにより、第二の拡散防止絶縁膜208と第三の層間絶縁膜209と第三の配線下部211bからなる第三の配線構造230が形成される。
以上により、第一の配線構造210と第二の配線構造220および第三の配線構造230からなる多層配線構造221が形成される。
次いで、第三の層間絶縁膜209および第三の配線上部211c上を覆うように、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜あるいはその積層膜からなるカバー絶縁膜212を形成する。次いでチップ表面側のカバー絶縁膜212上を覆うように、ポリイミド層213を形成する。このポリイミド層213はチップの緩衝材として機能する。以上により、チップ領域Aおよびダイシング領域Cに、第三の配線上部211cとカバー絶縁膜212およびポリイミド層213からなるダイシールリング240が形成される。その後、図示しないボンディングパッド部を開口することにより製品前工程が完了する。
このような多層配線構造の半導体装置を形成する方法としては、ダイシングクラック防止のための溝を形成する工程と、パッドの開口を形成する工程とを同時に行う方法が開示されている文献がある(特許文献1)。
しかし、このような半導体装置を形成する工程においては、以下のような問題が生じている。以下、従来の実施形態の問題点について図2を用いて説明する。
製品後工程においてウエハからチップを切り出す際、通常は図中右端のダイシング領域Cにダイシングブレードもしくはレーザー光を当てることにより分離加工を行う。この分離加工の際、切断面でクラックKが発生し、ヤング率の異なる第一の層間膜203と第一の拡散防止絶縁膜205との間を伝播する。このクラックKがダイシールリング箇所を超えてチップ領域Aまで伝播すると、チップの耐湿性が低下し、半導体装置の不良の原因となる。
このような問題に対し、チップ外周にあるダイシールリング240近傍のダイシング領域中に図示しない深い溝(クラックストップトレンチ)を設けることにより、ダイシング領域Cの第一の層間膜203と第一の拡散防止絶縁膜205との界面を分離する方法がしばし用いられる。
従来の製造方法では、ボンディングパッド開口部およびボンディングパッドを形成する工程において、特定の領域のポリイミド層213およびカバー絶縁膜212をエッチング除去することにより、第三の配線上部211cの上面部を露出させる。
また、この工程においては同時に、図1に示すようにヒューズ素子形成領域B上およびダイシング領域C上の第二の層間絶縁膜206を、ヒューズ素子形成領域B上に一部残るよう、エッチング除去する。
また、この工程においては同時に、図1に示すようにヒューズ素子形成領域B上およびダイシング領域C上の第二の層間絶縁膜206を、ヒューズ素子形成領域B上に一部残るよう、エッチング除去する。
このとき、ボンディングパッド開口部形成と同時に図示しないクラックストップトレンチを設けることが望ましい。ボンディングパッド開口部形成と同時に、ダイシング領域Cの第一の層間膜203を分断することにより、工程を簡略化できるためである。しかし、クラックストップトレンチを設けるために図1の状態から更にエッチングを進行させると、ヒューズ素子形成領域Bの第一の配線204(ヒューズ素子)も露出してしまう。そのため、半導体ウエハ2の耐湿性が低下し、半導体装置の不良の原因となる。
また、これを防ぐためには、少なくともヒューズ素子形成領域Bとクラックストップトレンチを各々別のマスクで加工することが必要となる。つまり、ヒューズ素子形成領域Bの第二の層間絶縁膜206をエッチングするための工程と、クラックストップトレンチを形成するための工程とを別工程にする必要があるが、これは工程数増加や製造コストの増加を招くこととなるため好ましくない。そのため、ボンディングパッド開口工程において、ヒューズ素子(第一の配線204)を露出させることなく、同時にクラックストップトレンチを形成させることは困難とされていた。
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
本発明の半導体ウエハは、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された多層配線構造とを少なくとも具備してなり、前記多層配線構造がチップ領域とヒューズ素子形成領域およびダイシング領域とに渡って形成されてなる半導体ウエハにおいて、前記多層配線構造が、Low−K膜を含む層間絶縁膜および複数の配線とから少なくとも構成され、前記チップ領域に位置する前記多層配線構造上には、前記配線で構成されたボンディングパッドが形成される一方、前記ダイシング領域には、前記多層配線構造が一部除去されることによって形成された二本以上が並行して並ぶダミーリングおよび、前記ダミーリング間に形成された、クラックストップトレンチとなる溝部が設けられていることを特徴とする。
本発明の半導体ウエハは、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された多層配線構造とを少なくとも具備してなり、前記多層配線構造がチップ領域とヒューズ素子形成領域およびダイシング領域とに渡って形成されてなる半導体ウエハにおいて、前記多層配線構造が、Low−K膜を含む層間絶縁膜および複数の配線とから少なくとも構成され、前記チップ領域に位置する前記多層配線構造上には、前記配線で構成されたボンディングパッドが形成される一方、前記ダイシング領域には、前記多層配線構造が一部除去されることによって形成された二本以上が並行して並ぶダミーリングおよび、前記ダミーリング間に形成された、クラックストップトレンチとなる溝部が設けられていることを特徴とする。
本発明においては、ダイシング領域C上に平行して並ぶ、二本以上の凸部を形成する。これら凸部をマスクとして、ダイシング領域Cの層間膜をエッチングすることにより、ヒューズ素子形成領域の配線を露出させることなく、クラックストップとなる溝部(クラックストップトレンチ)と、ボンディングパッド開口部を同時に形成することが可能となる。
本実施形態においては、凸部同士の間の層間膜が、逆マイクロローディング効果により、ヒューズ素子形成領域上の層間膜よりも早いレートでエッチングされる。このため、ボンディングパッド開口部よりも深いクラックストップトレンチを、ボンディングパッド開口部と同時に自己整合的に形成することができる。
これにより、工程数や製造コストを増やすことなく、半導体装置の耐湿性低下および品質の低下を防ぐことが可能となる。
これにより、工程数や製造コストを増やすことなく、半導体装置の耐湿性低下および品質の低下を防ぐことが可能となる。
以下、本発明の半導体ウエハ1について図3を参照にして説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
『半導体ウエハ1』
図3に、本実施形態の半導体ウエハ1を示す。本実施形態の半導体ウエハ1は、基板100(半導体基板)およびフロントエンド101と、多層配線構造121(第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130)と、ダイシールリング140と、ダミーリング150と、クラックストップトレンチ(第二の溝152)と、ボンディングパッド部170と、から概略構成されている。
図3に、本実施形態の半導体ウエハ1を示す。本実施形態の半導体ウエハ1は、基板100(半導体基板)およびフロントエンド101と、多層配線構造121(第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130)と、ダイシールリング140と、ダミーリング150と、クラックストップトレンチ(第二の溝152)と、ボンディングパッド部170と、から概略構成されている。
また、図3に示すように、半導体ウエハ1には、チップ領域Aおよびヒューズ素子形成領域Bとからなる領域を区画するダイシング領域Cが設けられている。チップ領域Aは、半導体ウエハ1から半導体チップが切り分けられたときの半導体チップの主要部をなす領域であり、このチップ領域Aに位置する基板100およびフロントエンド101に、MOSトランジスタ101a等の半導体素子やメモリセルが集積されている。
また、ダイシング領域Cは、このチップ領域Aおよびヒューズ素子形成領域Bを囲むように配置されており、その周縁部には図示しないダイシングラインが規定されている。このダイシングラインに沿って半導体ウエハ1をダイシングすることで、チップ領域Aを有する半導体チップが切り出される。以下、それぞれの構成について詳細を説明する。
また、ダイシング領域Cは、このチップ領域Aおよびヒューズ素子形成領域Bを囲むように配置されており、その周縁部には図示しないダイシングラインが規定されている。このダイシングラインに沿って半導体ウエハ1をダイシングすることで、チップ領域Aを有する半導体チップが切り出される。以下、それぞれの構成について詳細を説明する。
<基板100、フロントエンド101>
基板100はシリコンからなり、図示しない素子分離構造が形成されている。
フロントエンド101は、MOSトランジスタ101aとキャパシタ101d等の半導体素子、それらの上を覆う一層以上の層間絶縁膜101b、層間絶縁膜101bを貫通する構成のコンタクトプラグ101cとから構成されている。
基板100はシリコンからなり、図示しない素子分離構造が形成されている。
フロントエンド101は、MOSトランジスタ101aとキャパシタ101d等の半導体素子、それらの上を覆う一層以上の層間絶縁膜101b、層間絶縁膜101bを貫通する構成のコンタクトプラグ101cとから構成されている。
MOSトランジスタ101a、キャパシタ101d等の半導体素子は基板100上に形成されており、また、それらの上を覆うように一層以上の層間絶縁膜101bが積層した構成となっている。MOSトランジスタ101aおよびキャパシタ101dの構成は従来のものと同様であるため、ここではその詳細を省略する。
なお、半導体ウエハ1が例えば、DRAMを有する半導体チップを備えたものである場合は、フロントエンド101には、例えばMOSトランジスタ101aおよびキャパシタ101dからなるメモリセルが複数成された構成となる。
なお、半導体ウエハ1が例えば、DRAMを有する半導体チップを備えたものである場合は、フロントエンド101には、例えばMOSトランジスタ101aおよびキャパシタ101dからなるメモリセルが複数成された構成となる。
コンタクトプラグ101cはTiやWといった導電材からなり、ヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cの層間絶縁膜101bを、最上層から積層方向に貫通する構成で形成されている。また、このコンタクトプラグ101cは、フロントエンド101と、後述する多層配線構造121とを接続する構成となっている。
<多層配線構造121>
多層配線構造121は、第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130からなる。第一の配線構造110と第二の配線構造120は、いわゆるダマシン法によって形成されたものである。また、それらはチップ領域Aとヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cにわたって構成されている。以下、それぞれの詳細について説明する。
多層配線構造121は、第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130からなる。第一の配線構造110と第二の配線構造120は、いわゆるダマシン法によって形成されたものである。また、それらはチップ領域Aとヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cにわたって構成されている。以下、それぞれの詳細について説明する。
(第一の配線構造110)
第一の配線構造110は、第一のシリコン窒化膜102とLow-K膜を含む第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜)と第一の配線104(Cu配線)から構成されている。
第一のシリコン窒化膜102はコンタクトプラグ101c上および最上層の層間絶縁膜101b上を覆うように形成されている。また、その上にはSi、C、O等からなるLow-K膜を含む第一の層間膜103が、第一のシリコン窒化膜102上を覆うように形成されている。
第一の配線構造110は、第一のシリコン窒化膜102とLow-K膜を含む第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜)と第一の配線104(Cu配線)から構成されている。
第一のシリコン窒化膜102はコンタクトプラグ101c上および最上層の層間絶縁膜101b上を覆うように形成されている。また、その上にはSi、C、O等からなるLow-K膜を含む第一の層間膜103が、第一のシリコン窒化膜102上を覆うように形成されている。
第一の配線104(Cu配線)はTi、Ta、Mn等からなるバリアメタル膜および銅からなり、第一の層間膜103と第一のシリコン窒化膜102を貫通する構成となっている。また、その下部において、コンタクトプラグ101cの上部と接続する構成となっている。
(第二の配線構造120)
第二の配線構造120は、第一の拡散防止絶縁膜105と第二の層間絶縁膜106と第二の配線107(Cu配線)から構成されている。また、第二の配線構造120はチップ領域Aおよびダイシング領域Cにわたって形成された構成となっており、ヒューズ素子形成領域Bには形成されていないことが望ましい。
第二の配線構造120は、第一の拡散防止絶縁膜105と第二の層間絶縁膜106と第二の配線107(Cu配線)から構成されている。また、第二の配線構造120はチップ領域Aおよびダイシング領域Cにわたって形成された構成となっており、ヒューズ素子形成領域Bには形成されていないことが望ましい。
第一の拡散防止絶縁膜105は、シリコン窒化膜またはCを含むシリコン窒化膜からなり、第一の配線104およびLow-K膜を含む第一の層間膜103上を覆うように形成されている。第一の拡散防止絶縁膜105の材料としては、シリコン窒化膜、Cを含むシリコン窒化膜のどちらも用いることができるが、Cを含むシリコン窒化膜の方が誘電率を下げる効果が高い。また、この第一の拡散防止絶縁膜105は、第二の配線構造120中への銅拡散の防止効果を有する。
第二の層間絶縁膜106は第一の拡散防止絶縁膜105を覆うように形成されている。
また、第二の配線107は、Ti、Ta、Mn等からなるバリアメタル膜および銅からなり、第二の層間絶縁膜106と第一の拡散防止絶縁膜105を貫通する構成となっている。また、第二の配線107は、その下部において第一の配線104の上部と接続する構成となっている。
第二の層間絶縁膜106は第一の拡散防止絶縁膜105を覆うように形成されている。
また、第二の配線107は、Ti、Ta、Mn等からなるバリアメタル膜および銅からなり、第二の層間絶縁膜106と第一の拡散防止絶縁膜105を貫通する構成となっている。また、第二の配線107は、その下部において第一の配線104の上部と接続する構成となっている。
(第三の配線構造130)
第三の配線構造130は、第二の拡散防止絶縁膜108と第三の層間絶縁膜109および第三の配線下部111b(Al配線)から構成されている。また、第三の配線構造130はチップ領域Aおよびダイシング領域Cにわたって形成された構成となっており、ヒューズ素子形成領域Bには形成されていない。
第二の拡散防止絶縁膜108は、第二の層間絶縁膜106上を覆うように形成されている。この第二の拡散防止絶縁膜108は、第三の配線構造130への銅拡散の防止効果を有する。
第三の配線構造130は、第二の拡散防止絶縁膜108と第三の層間絶縁膜109および第三の配線下部111b(Al配線)から構成されている。また、第三の配線構造130はチップ領域Aおよびダイシング領域Cにわたって形成された構成となっており、ヒューズ素子形成領域Bには形成されていない。
第二の拡散防止絶縁膜108は、第二の層間絶縁膜106上を覆うように形成されている。この第二の拡散防止絶縁膜108は、第三の配線構造130への銅拡散の防止効果を有する。
第三の層間絶縁膜109は、第二の拡散防止絶縁膜108を覆うように形成されている。Alからなる第三の配線下部111b(Al配線)は、第三の層間絶縁膜109および第二の拡散防止絶縁膜108を貫通する構成となっており、その下部において、第二の配線107の上部と接続する構成となっている。なお、第三の配線111の材料としてAlを用いる理由は、ボンディング工程との親和性が高いためである。
以上により、第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130からなる多層配線構造121が構成される。この多層配線構造121中の配線(第一の配線104、第二の配線107、第三の配線111)は、フロントエンド101中の半導体素子の配線として機能する。
(ダイシールリング140)
ダイシールリング140は、第三の配線111(第三の配線上部111c)とカバー絶縁膜112およびポリイミド層113から構成されている。
第三の配線上部111cは第三の層間絶縁膜109からたとえば1000nm突出した構成となっている。また、第三の配線上部111cの上面と側面および第三の層間絶縁膜109上を覆うように、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜あるいはその積層膜からなるカバー絶縁膜112が、たとえば650nmの膜厚で形成されている。
ここで、カバー絶縁膜112の膜厚は、第三の配線上部111cの高さに応じて適宜設定する必要がある。具体的には、第三の配線上部111cの高さが1000nmである場合、カバー絶縁膜112は600nm以上の厚さが必要となる。
ダイシールリング140は、第三の配線111(第三の配線上部111c)とカバー絶縁膜112およびポリイミド層113から構成されている。
第三の配線上部111cは第三の層間絶縁膜109からたとえば1000nm突出した構成となっている。また、第三の配線上部111cの上面と側面および第三の層間絶縁膜109上を覆うように、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜あるいはその積層膜からなるカバー絶縁膜112が、たとえば650nmの膜厚で形成されている。
ここで、カバー絶縁膜112の膜厚は、第三の配線上部111cの高さに応じて適宜設定する必要がある。具体的には、第三の配線上部111cの高さが1000nmである場合、カバー絶縁膜112は600nm以上の厚さが必要となる。
また、ポリイミド層113はカバー絶縁膜112上を覆うように形成されている。このポリイミド層113はチップの緩衝材として機能する。これらにより、ダイシールリング140は半導体ウエハ1の表面のチップ領域Aおよびダイシング領域Cから突出する構成となっている。
(ダミーリング150)
Alからなる凸部114(第一の凸部114aおよび第二の凸部114b)と層間膜(第三の層間絶縁膜109、第二の拡散防止絶縁膜108、第二の層間絶縁膜106、第一の拡散防止絶縁膜105、Low-K膜を含む第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜)、第一のシリコン窒化膜102)からなるダミーリング150は、半導体ウエハ1の表面から板状に突出するとともに、ダイシング領域C内のダイシールリング140の外周部を囲む構成となっている。
Alからなる凸部114(第一の凸部114aおよび第二の凸部114b)と層間膜(第三の層間絶縁膜109、第二の拡散防止絶縁膜108、第二の層間絶縁膜106、第一の拡散防止絶縁膜105、Low-K膜を含む第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜)、第一のシリコン窒化膜102)からなるダミーリング150は、半導体ウエハ1の表面から板状に突出するとともに、ダイシング領域C内のダイシールリング140の外周部を囲む構成となっている。
また、ダミーリング150は二本以上あり、それぞれが互いに並行に並ぶ構成となっている。ここでは、ダミーリング150のうち、ダイシールリング140側のものを第一のダミーリング150a、ダイシングライン側のものを第二のダミーリング150bとする。
また、第一のダミーリング150aと第二のダミーリング150bの間隔は、カバー絶縁膜112の厚みに応じて適宜設定する必要があり、第一のダミーリング150aと第二のダミーリング150bの間隔が第一のダミーリング150aと第二のダミーリング150bを構成する第三の配線上部111cの高さに対して0.5倍〜2.5倍で形成されていることが望ましい。具体的には、第三の配線上部111cが1000nmの厚みである場合、第一のダミーリング150aと第二のダミーリング150bの間は、500nm〜2500nm程度の間隔が必要となる。
第一のダミーリング150aは、ダイシールリング140と第二のダミーリング150bに挟まれた構成となっており、ダイシールリング140と第一のダミーリング150aの間には第一の溝151が形成されている。この第一の溝151は、少なくとも第三の層間絶縁膜109が露出した構成となっている。
また、第一のダミーリング150aと第二のダミーリング150bの間には、第一の溝151よりも深い第二の溝152が形成されている。また、第二のダミーリング150bの外周側は層間膜が除去された凹状の構成となっており、その底部は第二の溝152よりも上の位置に構成されている。
また、第一のダミーリング150aと第二のダミーリング150bの間には、第一の溝151よりも深い第二の溝152が形成されている。また、第二のダミーリング150bの外周側は層間膜が除去された凹状の構成となっており、その底部は第二の溝152よりも上の位置に構成されている。
(クラックストップトレンチ(第二の溝152)
第二の溝152はクラックストップトレンチとなるものであって、第一のダミーリング150aと第二のダミーリング150bの間の層間膜(少なくとも第三の層間絶縁膜109と第二の拡散防止絶縁膜108と第二の層間絶縁膜106と第一の拡散防止絶縁膜105と第一の層間膜103)が除去されることにより形成されたものである。
これにより、クラックストップトレンチ(第二の溝152)は少なくとも第一の層間膜103を分断する構成となっている。
第二の溝152はクラックストップトレンチとなるものであって、第一のダミーリング150aと第二のダミーリング150bの間の層間膜(少なくとも第三の層間絶縁膜109と第二の拡散防止絶縁膜108と第二の層間絶縁膜106と第一の拡散防止絶縁膜105と第一の層間膜103)が除去されることにより形成されたものである。
これにより、クラックストップトレンチ(第二の溝152)は少なくとも第一の層間膜103を分断する構成となっている。
このクラックストップトレンチ(第二の溝152)により、第三の層間絶縁膜109と第二の拡散防止絶縁膜108と第二の層間絶縁膜106と第一の拡散防止絶縁膜105およびLow-K膜を含む第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜)は、ダイシング領域Cにおいて分離された構成となっている。
また、クラックストップトレンチ(第二の溝152)はダイシールリング140の外周を取り囲む構成となっており、その外周側には図示しないダイシングラインが規定されている。
本実施形態の半導体チップは、半導体ウエハ1が、このダイシングラインに沿ってダイシングされた構成となっている。また、この半導体チップにより、半導体装置が形成される。
本実施形態の半導体チップは、半導体ウエハ1が、このダイシングラインに沿ってダイシングされた構成となっている。また、この半導体チップにより、半導体装置が形成される。
本実施形態の半導体チップは、ダイシングライン周辺の多層配線構造121内にクラックが形成されている場合がある。また、同様に、ダイシングライン周辺の第一の層間膜103と第一の拡散防止絶縁膜105とが相互に剥離している場合がある。
しかし、本実施形態により、ダイシング領域Cにクラックストップトレンチ(第二の溝152)が構成されていることによって、クラックや剥離の伝搬がクラックストップトレンチ(第二の溝152)で阻止される。そのため、チップ領域Aおよびヒューズ素子形成領域Bに位置する配線構造(第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130)に、クラックや剥離が生じるおそれがない。
しかし、本実施形態により、ダイシング領域Cにクラックストップトレンチ(第二の溝152)が構成されていることによって、クラックや剥離の伝搬がクラックストップトレンチ(第二の溝152)で阻止される。そのため、チップ領域Aおよびヒューズ素子形成領域Bに位置する配線構造(第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130)に、クラックや剥離が生じるおそれがない。
(ボンディングパッド部170)
チップ領域Aの周縁部のポリイミド層113およびカバー絶縁膜112は一部除去され、ボンディングパッド開口部170aが設けられている。このボンディングパッド開口部170aから第三の配線上部111c(Al配線)上面部が露出し、ボンディングパッド部170を構成している。ボンディングパッド部170はAlからなり、その上面部には図示しないボンディングワイヤが接続される。
チップ領域Aの周縁部のポリイミド層113およびカバー絶縁膜112は一部除去され、ボンディングパッド開口部170aが設けられている。このボンディングパッド開口部170aから第三の配線上部111c(Al配線)上面部が露出し、ボンディングパッド部170を構成している。ボンディングパッド部170はAlからなり、その上面部には図示しないボンディングワイヤが接続される。
『半導体ウエハ1の製造方法』
次に、本発明の半導体ウエハ1の製造方法について説明する。図3〜8に半導体ウエハ1の製造工程を説明する工程図を示す。図3〜8に示す半導体ウエハ1の製造方法は、基板100準備工程と、フロントエンド101形成工程と、多層配線構造121(第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130)形成工程と、ダイシールリング140形成工程と、ダミーリング150およびクラックストップトレンチ(第二の溝152)形成工程と、ボンディングパッド部170形成工程と、から概略構成されている。以下、各工程についてその詳細を説明する。なお、図中に示すとおり、半導体ウエハ1には、チップ領域Aおよびヒューズ素子形成領域Bとからなる領域を区画するダイシング領域Cが設けられている。
なお、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
次に、本発明の半導体ウエハ1の製造方法について説明する。図3〜8に半導体ウエハ1の製造工程を説明する工程図を示す。図3〜8に示す半導体ウエハ1の製造方法は、基板100準備工程と、フロントエンド101形成工程と、多層配線構造121(第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130)形成工程と、ダイシールリング140形成工程と、ダミーリング150およびクラックストップトレンチ(第二の溝152)形成工程と、ボンディングパッド部170形成工程と、から概略構成されている。以下、各工程についてその詳細を説明する。なお、図中に示すとおり、半導体ウエハ1には、チップ領域Aおよびヒューズ素子形成領域Bとからなる領域を区画するダイシング領域Cが設けられている。
なお、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
<フロントエンド101形成工程>
フロントエンド101形成工程は、基板100(チップ領域Aとヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cとを有する半導体基板)準備工程と、図示しない素子分離構造形成工程と、MOSトランジスタ101aおよびキャパシタ101d等の半導体素子形成工程と、一層以上の層間絶縁膜101b形成工程と、コンタクトプラグ101c形成工程と、から構成されているが、その工程は従来のものと同様であるため、その詳細については省略する。
フロントエンド101形成工程は、基板100(チップ領域Aとヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cとを有する半導体基板)準備工程と、図示しない素子分離構造形成工程と、MOSトランジスタ101aおよびキャパシタ101d等の半導体素子形成工程と、一層以上の層間絶縁膜101b形成工程と、コンタクトプラグ101c形成工程と、から構成されているが、その工程は従来のものと同様であるため、その詳細については省略する。
このとき、半導体ウエハ1を例えば、DRAMを有する半導体チップを備えたものとする場合は、フロントエンド101には例えばMOSトランジスタ101aおよびキャパシタ101dからなるメモリセルを複数形成すればよい。
次いで、TiやWといった導電材からなるコンタクトプラグ101cを、ヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cの層間絶縁膜101bを、最上層から積層方向に貫通する構成で形成する。これにより、コンタクトプラグ101cは、MOSトランジスタ101aと、後述する多層配線構造121とを接続する構成となる。
次いで、TiやWといった導電材からなるコンタクトプラグ101cを、ヒューズ素子形成領域Bおよびダイシング領域Cの層間絶縁膜101bを、最上層から積層方向に貫通する構成で形成する。これにより、コンタクトプラグ101cは、MOSトランジスタ101aと、後述する多層配線構造121とを接続する構成となる。
<多層配線構造121形成工程>
次いで、図4に示すように多層配線構造121を形成する。多層配線構造121形成工程は、第一の配線構造110形成工程と、第二の配線構造120形成工程と、第三の配線構造130形成工程と、から構成されている。
次いで、図4に示すように多層配線構造121を形成する。多層配線構造121形成工程は、第一の配線構造110形成工程と、第二の配線構造120形成工程と、第三の配線構造130形成工程と、から構成されている。
(第一の配線構造110形成工程)
まず、はじめに、フロントエンド101上を覆うように第一のシリコン窒化膜102とLow-K膜を含む第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜)をこの順で積層する。次いで、第一の層間膜103と第一のシリコン窒化膜102を貫通し、コンタクトプラグ101cを露出する構成の第一のコンタクトホール104aを形成する。
まず、はじめに、フロントエンド101上を覆うように第一のシリコン窒化膜102とLow-K膜を含む第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜)をこの順で積層する。次いで、第一の層間膜103と第一のシリコン窒化膜102を貫通し、コンタクトプラグ101cを露出する構成の第一のコンタクトホール104aを形成する。
次いで、第一のコンタクトホール104a内を充填し、かつ第一の層間膜103上を覆うようにTi、Ta、Mn等からなるバリアメタル膜および銅を順次積層する。次いで、第一の層間膜103上のバリアメタル膜および銅をCMP法により研磨し、第一の配線104(Cu配線)を形成する。また、これにより、ヒューズ素子形成領域Bにヒューズ素子(第一の配線104)が形成される。
(第二の配線構造120形成工程)
次いで、第一の配線104上面および第一の層間膜103を覆うようにシリコン窒化膜またはCを含むシリコン窒化膜からなる第一の拡散防止絶縁膜105を形成する。
このとき、第一の拡散防止絶縁膜105の材料としては、シリコン窒化膜、Cを含むシリコン窒化膜のどちらも用いることができるが、Cを含むシリコン窒化膜の方が誘電率を下げる効果が高い。この第一の拡散防止絶縁膜105は、第二の配線構造120中への銅拡散を防止する効果を有する。
次いで、第一の配線104上面および第一の層間膜103を覆うようにシリコン窒化膜またはCを含むシリコン窒化膜からなる第一の拡散防止絶縁膜105を形成する。
このとき、第一の拡散防止絶縁膜105の材料としては、シリコン窒化膜、Cを含むシリコン窒化膜のどちらも用いることができるが、Cを含むシリコン窒化膜の方が誘電率を下げる効果が高い。この第一の拡散防止絶縁膜105は、第二の配線構造120中への銅拡散を防止する効果を有する。
次いで、チップ領域Aおよびダイシング領域Cの第一の拡散防止絶縁膜105を覆うように、第二の層間絶縁膜106を形成する。次いで、第二の層間絶縁膜106および第一の拡散防止絶縁膜105を貫通し、第一の配線104を露出する構成の第二のコンタクトホール107aを、チップ領域Aおよびダイシング領域Cにそれぞれ形成する。
次いで、第二のコンタクトホール107a内を充填し、かつ第二の層間絶縁膜106上を覆うようにTi、Ta、Mn等からなるバリアメタル膜および銅を順次積層した後にCMPによる研磨処理を行う。これにより、第一の配線104と接続する構成の第二の配線107が、チップ領域Aおよびダイシング領域Cにそれぞれ形成される。
このように、ヒューズ素子形成領域Bにおいては、第二の配線107を形成しないことが好ましい。多層配線構造121のうち、半導体ウエハ1の表面側から見て最も深い位置である第一の配線構造110にのみ配線(ヒューズ素子としての第一の配線104)を形成することにより、後述するダミーリング150およびクラックストップトレンチ(第二の溝152)形成工程において、ヒューズ素子形成領域Bでの配線(ヒューズ素子である第一の配線104)の露出を確実に防ぐためである。また、同様の理由で、ヒューズ素子形成領域Bにおいては第三の配線111を形成しない。
(第三の配線構造130形成工程)
次いで、第二の配線107上面および第二の層間絶縁膜106を覆うように第二の拡散防止絶縁膜108を形成する。この状態を図4に示す。
次いで、第二の拡散防止絶縁膜108上を覆うように、第三の層間絶縁膜109を形成する。次いで、図5に示すように、ダイシング領域Cの第三の層間絶縁膜109および第二の拡散防止絶縁膜108を貫通し、第二の配線107を露出する構成の第三のコンタクトホール111aを形成する。
次いで、第二の配線107上面および第二の層間絶縁膜106を覆うように第二の拡散防止絶縁膜108を形成する。この状態を図4に示す。
次いで、第二の拡散防止絶縁膜108上を覆うように、第三の層間絶縁膜109を形成する。次いで、図5に示すように、ダイシング領域Cの第三の層間絶縁膜109および第二の拡散防止絶縁膜108を貫通し、第二の配線107を露出する構成の第三のコンタクトホール111aを形成する。
次いで、第三のコンタクトホール111a内を充填し、かつ第三の層間絶縁膜109上を覆うようにTi、Alからなる積層膜を、たとえば厚さ1000nmの膜厚で成膜する。次いで、ドライエッチングにより、Ti、Alからなる積層膜のパターニングを行う。
これにより、チップ領域Aの第三の層間絶縁膜109上にAlからなる第三の配線上部111c(Al配線)がたとえば1000nmの高さで形成される。また、ダイシング領域Cには、第三の配線下部111bおよび第三の配線上部111cからなる第三の配線111と、凸部114が形成される。このとき、図示しないプラグ形成方法としては、CVD−Wを埋設した後に分離し、第三の配線111を形成することもできる。この状態を図6に示す。
これにより、チップ領域Aの第三の層間絶縁膜109上にAlからなる第三の配線上部111c(Al配線)がたとえば1000nmの高さで形成される。また、ダイシング領域Cには、第三の配線下部111bおよび第三の配線上部111cからなる第三の配線111と、凸部114が形成される。このとき、図示しないプラグ形成方法としては、CVD−Wを埋設した後に分離し、第三の配線111を形成することもできる。この状態を図6に示す。
このとき、Alからなる凸部114は、第三の配線上部111cと同じ高さの板状の構成で、第三の層間絶縁膜109の表面から突出する構成となる。また、凸部114は二本以上で形成され、それぞれが互いに並行に並ぶ構成となる。ここでは、たとえば、チップ領域A側の凸部114を第一の凸部114a、ダイシングライン側の凸部114を第二の凸部114bとする。
また、この凸部114はダイシング領域C内のダイシールリング140の外周部を囲む構成となる。凸部114はAlから構成されることにより、後述するクラックストップトレンチ(第二の溝152)形成工程において、エッチングの際のマスクとして用いることができる。
また、この凸部114はダイシング領域C内のダイシールリング140の外周部を囲む構成となる。凸部114はAlから構成されることにより、後述するクラックストップトレンチ(第二の溝152)形成工程において、エッチングの際のマスクとして用いることができる。
このとき、第一の凸部114aと第二の凸部114bの間隔は、後述する方法でクラックストップトレンチを形成する際に十分な逆マイクロローディング効果をもたらすため、第三の配線上部111cの高さの0.5倍〜2.5倍程度に設定される。ここではたとえば、第一の凸部114aと第二の凸部114bを、互いの間隔が500〜2500nm程度となるように形成する。また、トレンチ部分へ十分なエッチャントを供給するため、第一の凸部114aの幅および第二の凸部114bの幅は少なくとも凸部114の高さの0.5倍以上に設定されるのが望ましく、ここでは500nm以上となる。上限はチップ面積やダイシングの加工性に影響しない限り、任意の範囲で差し支えない。
これらにより、ダイシング領域Cの第三の配線111(Al配線)は、第二の配線107に接続する構成となる。また、第三の配線111はその下部(第三の配線下部111b)において第三の層間絶縁膜109および第二の拡散防止絶縁膜108を貫通し、また、その上部(第三の配線上部111c)は第三の層間絶縁膜109からたとえば1000nm突出する構成となる。なお、第三の配線111の材料としてAlを用いる理由は、後述するボンディング工程における親和性が高いためである。
以上により多層配線構造121が形成されるが、多層配線構造121中の配線(第一の配線104、第二の配線107、第三の配線111)は、フロントエンド101中の半導体素子の配線として機能する。また、ヒューズ素子形成領域Bおいては、第一の配線構造110にのみ、配線(ヒューズ素子としての第一の配線104)が形成された構成となる。
以上により多層配線構造121が形成されるが、多層配線構造121中の配線(第一の配線104、第二の配線107、第三の配線111)は、フロントエンド101中の半導体素子の配線として機能する。また、ヒューズ素子形成領域Bおいては、第一の配線構造110にのみ、配線(ヒューズ素子としての第一の配線104)が形成された構成となる。
<ダイシールリング140形成工程>
次いで、図7に示すように、第三の層間絶縁膜109と、チップ領域Aの第三の配線上部111c上と、凸部114上を覆うように、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜あるいはその積層膜からなるカバー絶縁膜112をたとえば650nmの膜厚で形成する。
次いで、図7に示すように、第三の層間絶縁膜109と、チップ領域Aの第三の配線上部111c上と、凸部114上を覆うように、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜あるいはその積層膜からなるカバー絶縁膜112をたとえば650nmの膜厚で形成する。
このとき、カバー絶縁膜112の膜厚は、第三の配線上部111cの高さの0.5倍以上の膜厚で形成することが好ましい。ここではたとえば、第三の配線上部111cの高さが1000nmであるので、カバー絶縁膜112は500nm以上の厚さが必要となる。カバー絶縁膜112の膜厚は第三の配線上部111cの高さに応じて適宜設定する。また、このカバー絶縁膜112は防湿効果、および、Na、Fe等の外部からの金属拡散を防止する効果がある。
このとき、カバー絶縁膜112の形成条件としては、TEOS(テトラエトキシシラン)あるいはSiH4を原料としたプラズマCVD法が好ましい。また、このプラズマCVD法の手法としては、平行平板あるいはHDP法を用いることができる。
次いで、カバー絶縁膜112を覆うようにポリイミド層113を形成する。このポリイミド層113はチップの緩衝材として機能する。
これらにより、半導体ウエハ1の表面のチップ領域Aおよびダイシング領域Cから突出する構成のダイシールリング140が形成される。
これらにより、半導体ウエハ1の表面のチップ領域Aおよびダイシング領域Cから突出する構成のダイシールリング140が形成される。
<ダミーリング150およびクラックストップトレンチ(第二の溝152)形成工程>
次いで、図8に示すように、ダミーリング150およびクラックストップトレンチ(第二の溝152)を形成する。
はじめに、リソグラフィにより、ボンディングパッド部170上とダイシング領域Cの凸部114上およびヒューズ素子形成領域B上のポリイミド層113を除去し、カバー絶縁膜112を露出する。次いで、ポリイミド層113と第一の凸部114aおよび第二の凸部114bをマスクにドライエッチングを行う。
次いで、図8に示すように、ダミーリング150およびクラックストップトレンチ(第二の溝152)を形成する。
はじめに、リソグラフィにより、ボンディングパッド部170上とダイシング領域Cの凸部114上およびヒューズ素子形成領域B上のポリイミド層113を除去し、カバー絶縁膜112を露出する。次いで、ポリイミド層113と第一の凸部114aおよび第二の凸部114bをマスクにドライエッチングを行う。
これにより、チップ領域Aではボンディングパッド部170上のカバー絶縁膜112がエッチング除去さる。また、ヒューズ素子形成領域Bでは、カバー絶縁膜112およびその下の層間膜(第三の層間絶縁膜109、第二の拡散防止絶縁膜108、第二の層間絶縁膜106、第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜))がエッチング除去される。
このとき、ダイシング領域Cでは、第一の凸部114aと第二の凸部114b間の間隔が、第三の配線上部111c同士の間隔よりも狭く形成されていることにより、マイクロローディング効果が生じる。これにより、第一の凸部114aと第二の凸部114b間の層間膜(第三の層間絶縁膜109と第二の拡散防止絶縁膜108と第二の層間絶縁膜106と第一の拡散防止絶縁膜105と第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜)および第一のシリコン窒化膜102)のエッチングは、凸部114の周囲よりも早く進行する。
また、第一の凸部114aと第二の凸部114b間のカバー絶縁膜112は他の部分よりも薄く形成されているため、第一の凸部114aと第二の凸部114b間の層間膜のエッチングは、ヒューズ素子形成領域Bの層間膜よりも早く開始される。
また、第一の凸部114aと第二の凸部114b間のカバー絶縁膜112は他の部分よりも薄く形成されているため、第一の凸部114aと第二の凸部114b間の層間膜のエッチングは、ヒューズ素子形成領域Bの層間膜よりも早く開始される。
これらにより、第一の凸部114aと第二の凸部114b間の層間膜(第三の層間絶縁膜109と第二の拡散防止絶縁膜108と第二の層間絶縁膜106と第一の拡散防止絶縁膜105とLow-K膜を含む第一の層間膜103(第一の層間絶縁膜)および第一のシリコン窒化膜102)も除去され、ダイシールリング140の外周部を取り囲む構成のクラックストップトレンチ(第二の溝152)が自己整合的に形成される。これにより、このクラックストップトレンチ(第二の溝152)の底部は、ヒューズ素子形成領域Bの表面よりも深い位置に構成され、また、少なくとも第一のシリコン窒化膜102までを分断する構成となる。
このように、第一の凸部114aと第二の凸部114b間および、それらの外側の層間膜が除去されることにより、第一のダミーリング150aおよび第二のダミーリング150bからなるダミーリング150が形成される。
これにより、ダミーリング150は、凸部114(第一の凸部114aと第二の凸部114b)と層間膜(第三の層間絶縁膜109と第二の拡散防止絶縁膜108と第二の層間絶縁膜106と第一の拡散防止絶縁膜105と第一の層間膜103および第一のシリコン窒化膜102)からなり、半導体ウエハ1の表面から板状に突出するとともに、ダイシング領域C内のダイシールリング140の外周部を囲む構成となる。
これにより、ダミーリング150は、凸部114(第一の凸部114aと第二の凸部114b)と層間膜(第三の層間絶縁膜109と第二の拡散防止絶縁膜108と第二の層間絶縁膜106と第一の拡散防止絶縁膜105と第一の層間膜103および第一のシリコン窒化膜102)からなり、半導体ウエハ1の表面から板状に突出するとともに、ダイシング領域C内のダイシールリング140の外周部を囲む構成となる。
このとき、ヒューズ素子形成領域Bの層間膜((第三の層間絶縁膜109、第二の拡散防止絶縁膜108、第二の層間絶縁膜106))もエッチングされるが、配線(ヒューズ素子である第一の配線104)上の層間膜のうち、少なくとも第一の拡散防止絶縁膜105は完全にエッチングされることなく残留する。そのため、ヒューズ素子形成領域Bの配線(ヒューズ素子である第一の配線104)を露出させることなく、クラックストップトレンチ(第二の溝152)を形成することができる。
本実施形態によるクラックストップトレンチ(第二の溝152)の底部の深さは、ヒューズ素子形成領域Bの表面よりも深くなるが、その深さの差を大きく解離させることはできない。そのため、ヒューズ素子形成領域Bにおいて、配線(ヒューズ素子である第一の配線104)を、多層配線構造121のうち、最も深い位置である第一の配線構造110にのみ形成することにより、その露出を確実に防ぐことができる。
このとき、ヒューズ素子形成領域Bの第二の配線構造120に第二の配線107を形成することも可能だが、ヒューズ素子形成領域Bの第二の配線107が露出しないような深さでエッチングすると、クラックストップトレンチ(第二の溝152)を十分な深さで形成することができない。そのため、クラックストップトレンチ(第二の溝152)により第一の層間膜103を分断することが困難となり、好ましくない。
また、それらと同時に、ダイシールリング140と第一の凸部114aの間に、クラックストップトレンチ(第二の溝152)よりも浅い第一の溝151が形成される。この第一の溝151は、少なくとも第三の層間絶縁膜109が除去された構成となる。
また、それらと同時に、第二のダミーリング150bの外周側の層間膜も除去され、凹状の構成となる。このとき、第二のダミーリング150bの外周側の底部は第二の溝152の底部よりも上の位置に構成される。
また、それらと同時に、第二のダミーリング150bの外周側の層間膜も除去され、凹状の構成となる。このとき、第二のダミーリング150bの外周側の底部は第二の溝152の底部よりも上の位置に構成される。
また、同様にボンディングパッド部170上のカバー絶縁膜112は除去され、ボンディングパッド開口部170aが形成される。このボンディングパッド開口部170aから露出する第三の配線上部111c上面が、ボンディングパッド部170となる。
<ボンディングパッド部170形成工程>
次いで、ボンディングパッド開口部170aから露出する第三の配線111(第三の配線上部111c)上面に図示しないボンディングワイヤを接続する。このとき、ボンディングパッド部170はAlからなるため、高い親和性でボンディングワイヤの接続(ボンディング工程)を行うことができる。これにより、ボンディングパッド部170が形成される。
次いで、ボンディングパッド開口部170aから露出する第三の配線111(第三の配線上部111c)上面に図示しないボンディングワイヤを接続する。このとき、ボンディングパッド部170はAlからなるため、高い親和性でボンディングワイヤの接続(ボンディング工程)を行うことができる。これにより、ボンディングパッド部170が形成される。
こののち、ダイシング領域中のダイシングラインに沿って半導体ウエハ1を分断することにより半導体チップが得られる。このとき、ダイシングライン側の多層配線構造121中には、図示しないクラックや、層間膜同士の剥離が生じる。しかし、これらクラックや剥離の伝搬は、クラックストップトレンチ(第二の溝152)において阻止される。そのため、チップ領域Aおよびヒューズ素子形成領域Bに位置する配線構造(第一の配線構造110と第二の配線構造120および第三の配線構造130)に、クラックや剥離による不具合が生じるおそれがない。
以上により、信頼性の高い半導体ウエハ1と半導体チップ、及びこの半導体チップを搭載した半導体装置を提供することができる。
以上により、信頼性の高い半導体ウエハ1と半導体チップ、及びこの半導体チップを搭載した半導体装置を提供することができる。
本実施形態においては、ダイシング領域C上に、二以上の凸部114(第一の凸部114aと第二の凸部114b)同士を、他の第三の配線上部111c同士と比べて狭く形成する。これにより、凸部114同士の間のカバー絶縁膜112を、他の部分よりも薄く形成することができ、第一の凸部114aと第二の凸部114b間の層間膜を、ヒューズ素子形成領域Bの層間膜よりも早くエッチングすることができる。
また、これら凸部114をマスクとして、ダイシング領域Cの層間膜をエッチングすることにより、マイクロローディング効果が生じ、第一の凸部114aと第二の凸部114bの間の層間膜のエッチングを、他の領域の層間膜と比べて早く進行させることができる。
また、これら凸部114をマスクとして、ダイシング領域Cの層間膜をエッチングすることにより、マイクロローディング効果が生じ、第一の凸部114aと第二の凸部114bの間の層間膜のエッチングを、他の領域の層間膜と比べて早く進行させることができる。
以上により、ヒューズ素子形成領域Bの配線(ヒューズ素子である第一の配線104)を露出させることなく、クラックストップトレンチ(第二の溝152)をボンディングパッド開口部170aと同時に形成することができる。
また、上記の製造方法によれば、凸部114(第一の凸部114aと第二の凸部114b)同士の間を、自己整合的にエッチングすることによってクラックストップトレンチ(第二の溝152)が設けられるため、クラックストップトレンチ(第二の溝152)の溝幅を、凸部114(第一の凸部114aと第二の凸部114b)同士の間隔と同程度の幅で形成することができる。これによりチップ領域Aの有効面積を減少させることなく、ウエハ1枚当たりから製造される半導体チップの個数低下を防止することができる。
また、上記の製造方法によれば、凸部114(第一の凸部114aと第二の凸部114b)同士の間を、自己整合的にエッチングすることによってクラックストップトレンチ(第二の溝152)が設けられるため、クラックストップトレンチ(第二の溝152)の溝幅を、凸部114(第一の凸部114aと第二の凸部114b)同士の間隔と同程度の幅で形成することができる。これによりチップ領域Aの有効面積を減少させることなく、ウエハ1枚当たりから製造される半導体チップの個数低下を防止することができる。
また、クラックストップトレンチ(第二の溝152)を設けることにより、ダイシングによって発生する割れ等がクラックストップトレンチ(第二の溝152)よりもチップ領域A側に伝搬することが無い。そのため、チップ領域A側の多層配線構造121では層間膜が相互に剥離することがなく、半導体チップの耐湿性低下を防ぐことができる。
また、本実施形態の半導体ウエハ1によれば、クラックストップトレンチ(第二の溝152)によってチップ領域Aが囲まれ、このクラックストップトレンチ(第二の溝152)の外周側にダイシングラインが規定される。これにより、クラックストップトレンチ(第二の溝152)をダイシング時のクラックストップとして有効に機能させることができる。
また、本実施形態の半導体ウエハ1によれば、クラックストップトレンチ(第二の溝152)によってチップ領域Aが囲まれ、このクラックストップトレンチ(第二の溝152)の外周側にダイシングラインが規定される。これにより、クラックストップトレンチ(第二の溝152)をダイシング時のクラックストップとして有効に機能させることができる。
また、クラックストップトレンチ(第二の溝152)は、二本以上のダミーリング150の間に構成される。このように、クラックストップトレンチ(第二の溝152)はダミーリング150でその内周および外周を囲まれた構成となるため、クラックストップトレンチ(第二の溝152)のみが形成された場合と比べて、ダイシング時の目印として効果的に機能する。
以上のように、従来の方法と比べて工程数や製造コストを増やすことなく、ボンディングパッド開口部170a形成と同一の工程で、クラックストップトレンチ(第二の溝152)を形成することができる。そのため、少ない工程で半導体装置の耐湿性低下および品質の低下を防ぐことが可能となる。なお、ダミーリング150の形状およびカバー絶縁膜112の膜厚は、製品の加工コストおよび信頼性を損ねない範囲内で調整可能である。
1…半導体ウエハ、100…基板、101b…層間絶縁膜、102…第一のシリコン窒化膜、103…第一の層間膜、104…第一の配線、105…第一の拡散防止絶縁膜、110…第一の配線構造、106…第二の層間絶縁膜、107…第二の配線、108…第二の拡散防止絶縁膜、120…第二の配線構造、109…第三の層間絶縁膜、111…第三の配線、111b…第三の配線下部、111c…第三の配線上部、121…多層配線構造、130…第三の配線構造、112…カバー絶縁膜、114…凸部、114a…第一の凸部、114b…第二の凸部、140…ダイシールリング、150…ダミーリング、150a…第一のダミーリング、150b…第二のダミーリング、151…第一の溝、152…第二の溝、170…ボンディングパッド、170a…ボンディングパッド開口部、A…チップ領域、B…ヒューズ素子形成領域、C…ダイシング領域
Claims (14)
- 半導体基板と、前記半導体基板上に形成された多層配線構造とを少なくとも具備してなり、前記多層配線構造がチップ領域とヒューズ素子形成領域およびダイシング領域とに渡って形成されてなる半導体ウエハにおいて、
前記多層配線構造が、Low−K膜を含む層間絶縁膜および複数の配線とから少なくとも構成され、
前記チップ領域に位置する前記多層配線構造上には、前記配線で構成されたボンディングパッドが形成される一方、前記ダイシング領域には、前記多層配線構造が一部除去されることによって形成された二本以上が並行して並ぶダミーリングおよび、前記ダミーリング間に形成された、クラックストップトレンチとなる溝部が設けられていることを特徴とする半導体ウエハ。 - 前記溝部が少なくとも前記Low−K膜を分断していることを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエハ。
- 前記多層配線構造の最上層の前記配線が、前記ダミーリングを構成する前記配線の高さの0.5倍以上の膜厚のカバー絶縁膜により覆われていることを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエハ。
- 前記ダミーリング同士の間隔が、前記ダミーリングを構成する前記配線の高さの0.5倍〜2.5倍であることを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエハ。
- 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の半導体ウエハのダイシング領域において分断された半導体チップが搭載された半導体装置。
- チップ領域とヒューズ素子形成領域およびダイシング領域とを有する半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板上の前記チップ領域と前記ヒューズ素子形成領域と前記ダイシング領域とに渡り、Low−K膜を含む層間絶縁膜および複数の配線とからなる多層配線構造を形成する工程と、
前記ダイシング領域の前記多層配線構造上に平行して並ぶ二本以上の凸部を形成する工程と、
前記凸部をマスクにして、前記多層配線構造をエッチングすることにより、前記ダイシング領域にクラックストップトレンチとなる溝部を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする半導体ウエハの製造方法。 - 前記多層配線構造をエッチングする工程において、少なくとも前記Low−K膜を除去することを特徴とする請求項6に記載の半導体ウエハの製造方法。
- 前記凸部を形成する工程において、前記凸部は、前記チップ領域上の前記多層配線構造上に形成されるボンディングパッドと同時に形成されることを特徴とする請求項6に記載の半導体ウエハの製造方法。
- 前記凸部上を覆うように、前記凸部の高さの0.5倍以上の膜厚のカバー絶縁膜を形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体ウエハの製造方法。
- 前記凸部同士の間隔を、前記凸部の高さの0.5倍〜2.5倍で形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体ウエハの製造方法。
- ヒューズ素子形成領域と、ダイシング領域とを有する半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板上に第一の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ヒューズ素子形成領域の前記第一の層間絶縁膜内にヒューズ素子を形成する工程と、
前記ヒューズ素子及び前記第一の層間絶縁膜上に第二の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ダイシング領域の前記第二の層間絶縁膜上に、所定の間隔で配置された第一及び第二の凸部を形成する工程と、
前記第一及び第二の凸部をエッチングマスクとして、前記ヒューズ素子形成領域の前記第二の層間絶縁膜の一部をエッチング除去すると共に、前記第一の凸部と前記第二の凸部との間に位置する前記第一の層間絶縁膜及び前記第二の層間絶縁膜をエッチング除去する工程と、を有することを特徴とする半導体ウエハの製造方法。 - 前記第一の層間絶縁膜は、Low-k膜あるいはシリコン酸化膜とLow-k膜の積層膜であることを特徴とする請求項11に記載の半導体ウエハの製造方法。
- 前記第一の凸部と前記第二の凸部の間隔は、前記第一及び前記第二の凸部の高さの0.5倍〜2.5倍であることを特徴とする請求項11に記載の半導体ウエハの製造方法。
- 前記第1及び第二の凸部を形成する工程の後に、前記第一及び第二の凸部を含む前記半導体基板上に、前記第一及び第二の凸部の高さの0.5倍以上の膜厚を有するカバー絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項11に記載の半導体ウエハの製造方法。
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