JP2016072413A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高信頼性を有し、かつチップ面積の小さい半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板上に形成されたデバイス領域ＤＲと、デバイス領域ＤＲを囲むように形成されている周辺領域ＰＲとを備え、周辺領域ＰＲには、デバイス領域ＤＲを囲むように非周期的パターンＡＰが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にチッピングの発生が抑制されている半導体装置およびその製造方法に関する。

半導体装置は、投影露光装置などを用いたウエハプロセスにより半導体基板上に複数のデバイス構造を形成した後に、半導体基板をダイシングすることにより作製される。一般的に、半導体装置の表面は、物理的な保護および素子動作の高速性の観点から、低誘電率の保護膜により覆われている。

しかし、ダイシングによって保護膜にクラックや膜剥がれが発生する場合がある。この場合、大気中の水分やダイシング工程において使用される水がクラックや膜剥がれが生じた部分から半導体チップ内部に侵入し、銅（Ｃｕ）などの金属配線の腐食やデバイス性能の劣化が引き起こされる場合がある。

このような問題に対処するため、特開２００７−１９０８０号公報には、シールリングと呼ばれる金属パターンがデバイス領域を囲うように形成されている半導体装置が記載されている。

また、特開２０１１−９７９５号公報には、シールリングによるクラック耐性を高めるため、シールリングをチップコーナー近傍において閉ループ形の内側に凸形状とした半導体装置が記載されている。

特開２００７−１９０８０号公報

しかしながら、従来のシールリング構造によりクラック耐性を高め、信頼性向上を図るには、デバイス領域の周囲に形成されるシールリング領域をより広く形成する必要がある。この場合、シールリング領域の拡大に伴い、半導体装置のチップ面積が大きくなる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態に係る半導体装置は、半導体基板上に形成されたデバイス領域と、前記デバイス領域を囲むように形成されている周辺領域とを備え、前記周辺領域には、前記デバイス領域を囲むように非周期的パターンが形成されている。

一実施の形態によれば、高信頼性を有し、かつチップ面積の小さい半導体装置およびその製造方法を提供することができる。

本実施の形態に係る半導体装置を説明するための図である。 図１中の矢印ＩＩから見た断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置における非周期的パターンを説明するための図である。 実施の形態１に係る半導体装置の変形例を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。 実施の形態１に係る半導体装置の変形例を説明するための図である。 実施の形態２に係る半導体装置を説明するための図である。 図７中の領域ＶＩＩＩの拡大図である。 図７中の矢印ＩＸから見た断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置における非周期的パターンを説明するための図である。 実施の形態４に係る半導体装置における非周期的パターンを説明するための図である。 ベンローズタイルを説明するための図である。 実施の形態５に係る半導体装置における非周期的パターンを説明するための図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法において非周期的パターンの設計方法を説明するためのフローである。

以下、図面に基づいて実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１〜図３を参照して、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥについて説明する。半導体装置ＳＥはデバイス領域ＤＲと、周辺領域ＰＲと、最外周領域ＯＲとを備え、各領域は半導体基板上に形成されている。半導体装置ＳＥは、半導体基板ＳＵＢに複数形成されていたチップが個片化（ダイシング）されたものである。

デバイス領域ＤＲには、半導体装置ＳＥの用途に応じて特定の機能を有した電子素子や光素子などが形成されている。デバイス領域ＤＲには、任意のデバイス構造が形成されていればよいが、たとえば液晶表示素子、撮像素子（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｕｐｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）や薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスが形成されている。半導体基板ＳＵＢを構成する材料は、任意の半導体材料とすることができるが、たとえば珪素（Ｓｉ）などの単一元素からなる半導体や、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの化合物半導体である。なお、図２には、半導体基板ＳＵＢに形成されている上記デバイス構造は示さない。

半導体装置ＳＥを平面視したときのデバイス領域ＤＲの平面形状は、任意の形状であればよいが、たとえば方形状である。デバイス領域ＤＲは、半導体基板ＳＵＢ上に層間絶縁膜ＩＦ、配線層（図示しない）やパッド層ＰＤが形成され、特定のデバイス構造が形成されているとともに外部と電気的に接続可能に設けられている。パッド層ＰＤや配線層を構成する材料は、導電性を有する任意の材料とすればよいが、たとえば銅（Ｃｕ）である。層間絶縁膜ＩＦはたとえば酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含む。

周辺領域ＰＲは、デバイス領域ＤＲを囲むように形成されている。つまり、周辺領域ＰＲは、内周においてデバイス領域ＤＲの外周と接している。また、周辺領域ＰＲは、外周において少なくとも一部が最外周領域ＯＲと接していてもよく、たとえば最外周領域ＯＲにより囲まれている。最外周領域ＯＲは、半導体基板上において、ダイシング領域として形成されていた領域であり、たとえばレーザーダイシング法によりダイシングされる際などに半導体装置ＳＥの最外周において残存したものである。つまり、周辺領域ＰＲは、デバイス領域ＤＲと最外周領域ＯＲとに挟まれている領域である。

周辺領域ＰＲには、半導体基板上に保護膜ＰＦが形成されている。保護膜ＰＦは、外部からデバイス領域ＤＲを物理的に保護し、あるいは電気的に絶縁することなどを目的として形成されており、いわゆるパッシベーション膜である。保護膜ＰＦを構成する材料は、たとえばシランを原料ガスとして形成される酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、またはポリイミドなどを含む。

ここで、図１および図２を参照して、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥにおける周辺領域ＰＲは、保護膜ＰＦがパッド層ＰＤの外周側からパッド層ＰＤ上に迫り出すように形成されている場合には、パッド層ＰＤ上に保護膜ＰＦが迫り出している領域も含めてもよい。この場合のデバイス領域ＤＲは、周辺領域ＰＲに囲まれている領域であって、パッド層ＰＤ上において保護膜ＰＦが迫り出している領域に囲まれている領域としてもよい。

周辺領域ＰＲには、デバイス領域ＤＲを囲むように非周期的パターンＡＰが形成されている。言い換えると、非周期的パターンＡＰは、周辺領域ＰＲにおいて、デバイス領域ＤＲの全周に渡って隙間無く形成されている。非周期的パターンＡＰは、たとえば保護膜ＰＦに形成されており、より具体的には保護膜ＰＦの表面における凹凸形状として形成されている。

図１および図２を参照して、非周期的パターンＡＰは、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な方向（幅方向Ａ）において、保護膜ＰＦ上の少なくとも一部に形成されていればよい。また、非周期的パターンＡＰは、周辺領域ＰＲから最外周領域ＯＲ上にまで延在するように形成されていてもよい。たとえば、保護膜ＰＦが、パッド層ＰＤ上から周辺領域ＰＲを跨いで最外周領域ＯＲ上にまで形成されている場合には、当該保護膜ＰＦの全体に非周期的パターンＡＰが形成されていてもよい。

図３を参照して、非周期的パターンＡＰは、構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２が非周期的に配置されて形成されている。具体的には、非周期的パターンＡＰは、少なくともデバイス領域ＤＲの外形の延在方向に交差する方向における並進対称性を有していないように形成されている。ここで、非周期的パターンＡＰが並進対称性を有していないとは、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に交差する方向に沿って並進操作をさせたときに非周期的パターンＡＰを構成する構造物ＳＳ１同士が重ならないことをいう。より具体的には、非周期的パターンＡＰは、周辺領域ＰＲを平面視したときに、互いに異なる平面形状を有する複数の構造物ＳＳ１，ＳＳ２が隙間無く敷き詰められて配置された１群の構造物として構成されている。デバイス領域ＤＲの外形の延在方向についても、非周期的パターンは並進対称性を有しないように形成されていてもよいが、デバイス領域ＤＲの外形に沿って図３に示す非周期的パターンＡＰが複数個繰り返し配置されていてもよい。

構造物ＳＳ１と構造物ＳＳ２とは、保護膜ＰＦの表面上に凹凸形状として形成されている。構造物ＳＳ１は、たとえば保護膜ＰＦの膜厚方向において構造物ＳＳ２に対する凸部として複数形成されている。他方、構造物ＳＳ２は、たとえば保護膜ＰＦの膜厚方向において構造物ＳＳ１に対する凹部として形成されている。また、複数の構造物ＳＳ１において、一部が構造物ＳＳ２に対する凸部として形成されており、残りが構造物ＳＳ２に対する凹部として形成されていてもよい。言い換えると、保護膜ＰＦにおいて、構造物ＳＳ１が形成されている領域は、構造物ＳＳ２が形成されている領域よりも膜厚が厚い領域と薄い領域とを含んでいてもよい。なお、図２に示すように、構造物ＳＳ２は、たとえば保護膜ＰＦに部分的に形成された空隙部として構成されていてもよい。つまり、構造物ＳＳ２は、層間絶縁膜ＩＦが表出している部分として構成されていてもよい。この場合、構造物ＳＳ１は保護膜ＰＦと同一の材料で構成されている。また、図４に示すように、構造物ＳＳ２は、たとえば保護膜ＰＦの膜厚が部分的に減じられており、構造物ＳＳ１よりも膜厚の薄い薄膜部として構成されていてもよい。この場合、構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２は保護膜ＰＦと同一の材料で構成されている。なお、保護膜ＰＦは半導体装置ＳＥにおいて最表面を構成していてもよいが、半導体基板ＳＵＢをダイシング後のアセンブリ工程（たとえば樹脂封止工程）において構造物ＳＳ２による保護膜ＰＦの凹部分が樹脂等により充填されていてもよい。

構造物ＳＳ２は、たとえば複数の構造物ＳＳ１を囲うように形成されている。複数の構造物ＳＳ１の各々の平面形状は、互いに異なっている。そのため、構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２からなる非周期的パターンＡＰは、任意の方向において並進対称性を有していない。

複数の構造物ＳＳ１は、たとえばデバイス領域ＤＲの外形の延在方向に沿う方向またはこれに垂直な方向に延びるように形成されている。しかし、非周期的パターンＡＰにおいて、特定の平面形状を有する構造物ＳＳ１は複数形成されていない。つまり、非周期的パターンＡＰには、互いに平面形状の異なる複数の構造物ＳＳ１が形成されていることから、当該中央領域は任意の方向における並進対称性を有していない。

複数の構造物ＳＳ１の各々の平面形状は、任意に選択することができ、正方形状、長方形状、階段形状、十字形状、Ｌ字形状、Ｔ字形状、Ｕ字形状などから選択され得る。構造物ＳＳ１の平面寸法は、半導体装置ＳＥの製造に用いられるステッパなどの投影露光装置による加工限界寸法以上である限りにおいて、任意の大きさとすればよいが、たとえば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度とすることができる。

構造物ＳＳ１と構造物ＳＳ２との間における、保護膜ＰＦの膜厚差は、たとえば０．５μｍ以上１０．０μｍ以下である。

非周期的パターンＡＰにおいて、構造物ＳＳ１は、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な幅方向に複数形成されていればよいが、好ましくは少なくとも５つ形成されている。

なお、図３に示す非周期的パターンＡＰは、構造物ＳＳ２のみが形成されている最外周部を有しているが、このような最外周部を挟まずに、図３に示す非周期的パターンＡＰの一方の端部側に位置する構造物ＳＳ１と他方の端部側に位置する構造物ＳＳ１とが連なるように連続して形成されていてもよい。

非周期的パターンＡＰは、デバイス領域ＤＲを囲むように形成されているため、デバイス領域ＤＲの平面形状に角部が形成されている場合には、当該角部を囲むように非周期的パターンＡＰの平面形状に角部あるいは湾曲部が形成されている。また、非周期的パターンＡＰの平面形状に角部が形成されている場合であっても、直角を成す当該角部が１つ形成されている場合に限られず、たとえばほぼ等しい鈍角を成す当該角部が２つ、非周期的パターンＡＰにおいてデバイス領域ＤＲの外形の延在方向に平行に形成されている領域に対し傾斜している部分を挟んで連なるように形成されていてもよい。

最外周領域ＯＲは、ウエハ状であった半導体基板においてダイシング領域として形成されていた領域が、レーザーダイシングなどによりダイシングされることで削り代が抑えられ、周辺領域ＰＲの外周囲に残された領域である。最外周領域ＯＲの外周端部Ｅ３は、半導体装置ＳＥの外周端部を成している。

最外周領域ＯＲには、ＴＥＧ（ｔｅｓｔ ｅｌｅｍｅｎｔ ｇｒｏｕｐ）３０などが形成されている。

次に、図１〜図５を参照して、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板を準備する工程（Ｓ１０）と、半導体基板の表面上に、ダイシング領域で区分されたデバイス領域ＤＲを形成する工程（Ｓ２０）と、半導体基板のダイシング領域をダイシングする工程（Ｓ３０）とを備える。

はじめに、半導体基板を準備する（工程（Ｓ１０））。半導体基板を構成する材料は、上述のように、任意の半導体材料であればよく、たとえばＳｉやＧａＮなどである。半導体基板は、たとえばエピタキシャル基板である。

次に、半導体基板の表面上に、ダイシング領域（図示しない）で区分されたデバイス領域ＤＲを形成する（工程（Ｓ２０））。デバイス領域ＤＲは、半導体基板上において複数形成される。デバイス領域ＤＲは、任意の方法により形成され得るが、たとえばステッパなどの投影露光装置などが用いられる。たとえば、感光性材料が塗布された半導体基板の表面に対して同一のマスクパターン（レチクルパターン）を複数回投影露光させることにより、半導体基板上に所定の形状のマスクパターンを複数形成する。当該マスクパターンを用いて半導体基板やその表面に成膜された薄膜などに対して加工を行うことで、半導体基板上に所定のデバイス領域ＤＲを複数形成する。

さらに、本工程（Ｓ２０）は、デバイス領域ＤＲを囲んでおり、ダイシング領域に囲まれている周辺領域ＰＲにデバイス領域ＤＲを囲むように非周期的パターンＡＰを形成する工程（Ｓ２１）を含んでいる。たとえば、上記投影露光装置とデバイス領域ＤＲを形成する際に用いたマスクパターンと異なるマスクパターンとを用いて、複数のデバイス領域ＤＲの各々を囲む周辺領域ＰＲにそれぞれ非周期的パターンＡＰを形成する。これにより、図３に示すような非周期的パターンＡＰが各々の周辺領域ＰＲに形成される。複数のデバイス領域ＤＲの各々は、互いに所定の間隔を隔てて半導体基板上に形成されるが、各デバイス領域ＤＲは周辺領域ＰＲおよびダイシング領域で区分されている。この場合、非周期的パターンＡＰは、マスクパターン上においてデバイス領域ＤＲを囲むように表されている。

本工程（Ｓ２０）では、ＴＥＧ３０を形成する工程をさらに含んでいる。具体的には、ＴＥＧ３０は、隣り合う周辺領域ＰＲに挟まれている領域に形成される。ＴＥＧ３０は、デバイス領域ＤＲに形成されている半導体素子や周辺領域ＰＲに形成されている非周期的パターンＡＰなどを間接的に評価するための評価用素子として形成されている。

また、本工程で形成される非周期的パターンＡＰの幅Ｗ１は、非周期的パターンＡＰを構成する個々の構造物ＳＳ１の寸法が投影露光装置の性能などに起因した半導体装置の製造方法の加工限界の寸法を超えない範囲で任意に決めることができる。たとえば、投影露光装置の最小線幅が１００ｎｍ程度である場合、構造物ＳＳ１の寸法を２００ｎｍ程度として構造物ＳＳ１が５つ以上並んで配置された非周期的パターンＡＰの幅Ｗ１は、２μｍ以下とすることができる。

次に、半導体基板のダイシング領域をダイシングする（工程（Ｓ３０））。本工程（Ｓ３０）は、ブレードダイシングやレーザーダイシングなど任意のダイシング方法により行うことができるが、たとえばレーザーダイシングにより行われる。レーザーダイシングでは、半導体基板の内部においてレーザーが集光されることによりその焦点近傍で半導体基板を構成する半導体材料（たとえばＳｉ単結晶）をアモルファス化する。レーザーをダイシング領域内で走査させることにより、半導体基板のダイシング領域内において半導体材料がアモルファス化した領域が形成され、半導体基板の内部に応力が生じる。さらに外部から力を加えることにより当該領域を起点として半導体基板が劈開される。

半導体基板がダイシング領域内において劈開されることにより、ダイシング領域により囲まれているデバイス領域ＤＲおよび周辺領域ＰＲは個片化される。その結果、デバイス領域ＤＲの周囲に周辺領域ＰＲが形成されており、さらに周辺領域ＰＲを囲むように最外周領域ＯＲを含む半導体装置ＳＥが製造される。半導体装置ＳＥの外周端部Ｅ３は半導体基板の劈開面を有している。

次に、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥおよび半導体装置の製造方法の作用効果について説明する。

実施の形態１に係る半導体装置ＳＥは、半導体基板上に形成されたデバイス領域ＤＲと、デバイス領域ＤＲを囲むように形成されている周辺領域ＰＲとを備え、周辺領域ＰＲには、デバイス領域ＤＲを囲むように非周期的パターンＡＰが形成されている。

このようにすれば、半導体基板をダイシングして個々の半導体装置ＳＥを得る際に、ダイシング領域において半導体基板に劈開が生じたり、該半導体基板上に形成されている保護膜ＰＦにクラックが生じた場合であっても、当該劈開やクラック等がデバイス領域ＤＲを囲む周辺領域ＰＲを跨いでデバイス領域ＤＲにまで伝播することを抑制することができる。

具体的には、劈開やクラック等は、その近傍に形成されているパターン形状に沿って進展しやすい。デバイス領域ＤＲ上に形成されているパッシべーション膜などの保護膜ＰＦに劈開やクラックが生じた場合には、大気中の水分が半導体装置ＳＥの内部に侵入してＣｕなどの金属配線を腐食させたり、デバイス特性を劣化させるといった問題が引き起こされる。そのため、従来の半導体装置においても、ダイシング領域からデバイス領域に向かう方向への劈開やクラック等の進展を抑制するために、デバイス領域の周囲にシールリング（「ガードリング」ともいう。）と呼ばれるパターンやシランスリットと呼ばれるパターンが形成されている。シールリングは、たとえば金属材料からなる多層の配線層の各層に形成された各溝部内を金属材料で接続して金属の壁のように構成し、これを平面視したときに閉ループ状となるように配置されている。また、シランスリットは、たとえば保護膜（パッシベーション膜）を貫通し、その下層に形成されている層間絶縁膜に達する溝であり、デバイス領域あるいはシールリングが形成されている場合にはシールリングの全周を取り囲むように形成されている。従来のシールリングは、一般に延在方向に対して垂直な方向における幅が２０μｍ程度である。

しかし、従来のシールリングやシランスリットでは、半導体装置が熱サイクルを受けたときに応力が集中しやすい角部などでクラックが生じる場合があった。このようなクラックを十分に抑制するには、その発生頻度や侵入深さを考慮して、シールリングやシランスリットの数を増やすことが適切であると考えられる。特に、近年の高集積回路に採用されている低誘電率の層間絶縁膜は、一般に吸湿性が高いが機械的強度が低く、また配線層を構成する金属材料との密着性が低いという特徴を有しているため、このような層間絶縁膜におけるクラックを従来のシールリングやシランスリットを用いて抑制するにはシールリングやシランスリットの数を増やす必要がある。

しかしながら、シールリングやシランスリットの形成領域の大面積化は半導体基板におけるデバイス領域の小面積化（採れ数の低減）を招く。つまり、従来のシールリングやシランスリットが形成された半導体装置は、高信頼性を実現するためにはシールリング領域の大面積化に伴うチップ面積の増大を招き、一枚の半導体基板からの採れ数が低減する。

これに対し、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥには、シールリングやシランスリットは形成されておらず、これらに代えて周辺領域ＰＲに非周期的パターンＡＰが形成されている。そのため、ダイシング領域や周辺領域ＰＲにおいて保護膜ＰＦに劈開やクラックが生じた場合であっても、当該クラック等の進展は非周期的パターンＡＰにより妨げられるため、周辺領域ＰＲを横断してデバイス領域ＤＲに達することが抑制されている。その結果、半導体装置ＳＥは、保護膜ＰＦのクラック等に起因した異常発生が十分に抑制されているため、高信頼性を有している。

さらに、非周期的パターンＡＰは、たとえば投影露光装置の加工限界を超えない範囲で微細なパターンとして形成することができる。非周期的パターンＡＰによる保護膜ＰＦに生じたクラック等の進展抑制能は、非周期的パターンＡＰを構成する構造物ＳＳ１や構造物ＳＳ２の寸法には依らず、これらの数に依る。つまり、非周期的パターンＡＰを構成する構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２の寸法を十分に小さくして、これらを数多く形成することにより、非周期的パターンＡＰによるクラック等に対する進展抑制能を高めることができる。これにより、従来のシールリングやシランスリットなどでは、クラック等の進展を十分に抑制するためにはその幅を２０μｍ程度とする必要があったのに対し、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥにおいて非周期的パターンＡＰの幅は上述のようにたとえば２μｍ程度あるいはそれ以下とすることができる。その結果、半導体装置ＳＥは、高い信頼性を有しながら、そのチップ面積を小さくすることができる。

非周期的パターンＡＰは、並進対称性を有していない。具体的には、非周期的パターンＡＰは、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な方向に沿って並進操作をさせたときに非周期的パターンＡＰを構成する構造物ＳＳ１同士が重ならないように形成されている。そのようにすれば、保護膜ＰＦなどに生じたクラックはパターン形状に沿って進展し易いが、非周期的パターンＡＰには構造物ＳＳ１が並進対称性を有さずに非周期的に配置されているため、当該垂直な方向におけるクラック等の進展を効果的に抑制することができる。

また、非周期的パターンＡＰは、周辺領域ＰＲを平面視したときに、互いに異なる平面形状を有する複数の構造物ＳＳ１，ＳＳ２が隙間無く敷き詰められて配置された１群の構造物として構成されている。

このようにすれば、構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２を隙間無く敷き詰められているため、周辺領域ＰＲに生じたクラックは進展する際により多くの構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２と交わることになるため、より効果的にクラックの進展を抑制することができる。また、半導体装置ＳＥにおいて非周期的パターンＡＰが形成されている領域を小さくしても、効果的にクラックの進展を抑制することができる。

非周期的パターンＡＰにおいて、構造物ＳＳ１は、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な幅方向に少なくとも５つ形成されているのが好ましい。このようにすれば、周辺領域ＰＲに生じたクラックは進展する際により多くの構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２と交わることになるため、より効果的にクラックの進展を抑制することができる。なお、上述のように、非周期的パターンＡＰによるクラック進展抑制能は、構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２の寸法によらずそれらの数に依るため、構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２の寸法をたとえば数１００ｎｍ程度と小さくしながらもこれらを５つ以上形成することにより、デバイス領域の外形の延在方向に垂直な方向における幅が２０μｍ程度として形成されていた従来のシールリングやシランスリットと比べて、周辺領域ＰＲを十分に小さくすることができる。その結果、半導体装置ＳＥのチップ面積を十分に小さくすることができる。

図６を参照して、半導体装置ＳＥは最外周領域ＯＲを備えていなくてもよい。この場合、半導体装置ＳＥの外周端部Ｅ２は周辺領域ＰＲにおいて形成されている。あるいは、最外周領域ＯＲは、周辺領域ＰＲよりも外周側において部分的に形成されていてもよい。これらは、たとえば半導体基板のダイシング領域をダイシングする工程（Ｓ３０）においてブレードダイシングを行うことにより、ダイシング領域が全て切削された場合や、ダイシングによって周辺領域ＰＲ上に形成されている保護膜ＰＦに劈開やクラック等が進展した場合などに生じ得るが、劈開やクラック等は非周期的パターンＡＰによりデバイス領域ＤＲへの進展が抑制されている。このとき、半導体装置ＳＥの外周端部Ｅ２と保護膜ＰＦの内周側端部Ｅ１との間隔Ｗ２は、ダイシング前にウエハ状の半導体基板において非周期的パターンＡＰが形成されている領域の幅方向Ａにおける間隔Ｗ１（図１参照）よりも短くてもよい。

また、周辺領域ＰＲには、所定の数からなる一群の構造物ＳＳ１，ＳＳ２で構成された全体として１つの非周期的パターンＡＰが形成されていてもよいが、図６を参照して、たとえばより少ない数からなる一群の構造物ＳＳ１，ＳＳ２で構成された複数の非周期的パターンＡＰがそれぞれデバイス領域ＤＲを囲むように形成されていてもよい。

この場合、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な方向において隣り合う非周期的パターンＡＰの各々は、上記のような構造物ＳＳ２のみが形成されている最外周部を有していてもよいが、最外周部が当該垂直な方向において同一線上に並ばないように形成されているのが好ましい。このようにすれば、一の非周期的パターンＡＰに上記最外周部が形成されている場合であっても、周辺領域ＰＲの全周に渡って構造物ＳＳ１がデバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な幅方向に少なくとも５つ形成されている非周期的パターンＡＰを形成することができる。

また、非周期的パターンＡＰは、保護膜ＰＦに形成されている。つまり、非周期的パターンＡＰを構成している構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２は、互いに膜厚の異なる保護膜ＰＦの領域として形成されている。これにより、保護膜ＰＦにクラックが生じた場合にも、当該クラックは非周期的パターンＡＰを跨いで進展することは困難であるため、デバイス領域ＤＲに達するような当該クラックの進展をより効果的に防止することができる。

実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板を準備する工程（Ｓ１０）と、半導体基板の表面上に、ダイシング領域で区分されたデバイス領域ＤＲを形成する工程（Ｓ２０）と、半導体基板のダイシング領域をダイシングする工程（Ｓ３０）とを備え、デバイス領域ＤＲを形成する工程（Ｓ２０）は、デバイス領域ＤＲを囲んでおり、ダイシング領域に囲まれている周辺領域ＰＲにデバイス領域ＤＲを囲むように非周期的パターンＡＰを形成する工程（Ｓ２１）を含む。これにより、ダイシングする工程（Ｓ３０）前に非周期的パターンＡＰを形成する工程（Ｓ２１）が実施されて非周期的パターンＡＰが形成されているため、ダイシング時にダイシング領域から周辺領域ＰＲにまで進展するクラック等が生じた場合でも、周辺領域ＰＲに形成されている非周期的パターンＡＰによりクラック等が周辺領域ＰＲを跨いでデバイス領域ＤＲにまで進展することを抑制することができる。

（実施の形態２）
次に、図７〜図９を参照して、実施の形態３に係る半導体装置ＳＥについて説明する。実施の形態３に係る半導体装置ＳＥは、基本的には実施の形態１に係る半導体装置ＳＥと同様の構成を備えるが、最外周領域ＯＲには周期パターンＰＰが形成されている点で異なる。

周期パターンＰＰは、周辺領域ＰＲを平面視したときの周辺領域ＰＲの外形に沿う方向に延びるように形成されている。たとえば、周辺領域ＰＲの平面形状が方形である場合、周期パターンＰＰは、周辺領域ＰＲの外形を構成している各辺と平行に４つのパターンが形成されており、そのうち互いに直交する２つのパターンが周辺領域ＰＲの平面形状の角部の近傍において互いに接続されて構成されている。

周期パターンＰＰは、ＴＥＧ３０に対して半導体装置ＳＥの内周側に形成されていてもよいし、外周側に形成されていてもよいが、好ましくは内周側に形成されている。

周期パターンＰＰは、たとえば層間絶縁膜ＩＦ中に多層配線として構成されている配線層の各層に、周辺領域ＰＲを平面視したときの周辺領域ＰＲの外形に沿う方向に沿って延びるように形成されている構造物ＳＳ３を含む。周期パターンＰＰは、並進対称性を有している部分が組み合わされて形成されている。たとえば、デバイス領域ＤＲの平面形状が方形である場合、デバイス領域ＤＲの外形の一辺と平行に延びる溝部構造物ＳＳ３は、当該一辺の延在方向において並進対称性を有しており、周期パターンＰＰはこのような４つの構造物ＳＳ３によりデバイス領域ＤＲを囲うように構成されている。周期パターンＰＰは、配線層における同一配線層上に複数形成されていてもよい。

デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な方向における周期パターンＰＰの幅は、ダイシング領域内に形成可能な限りにおいて任意の広さを有していればよいが、たとえば５０μｍ以上１００μｍ以下である。

実施の形態２に係る半導体装置の製造方法では、デバイス領域ＤＲを形成する工程（Ｓ２０）は周期パターンＰＰを形成する工程をさらに有している。具体的には、周期パターンＰＰは、ＴＥＧ３０と同様に、隣り合う周辺領域ＰＲに挟まれている領域に形成される。ＴＥＧ３０は、デバイス領域ＤＲに形成されている半導体素子や周辺領域ＰＲに形成されている非周期的パターンＡＰなどを間接的に評価するための評価用素子として形成されている。

周期パターンＰＰは、たとえばデバイス領域ＤＲに配線層を形成する際に同時にダイシング領域に形成された配線層上に、投影露光装置を用いてマスクパターンを形成し、当該マスクパターンを介してエッチング等加工することにより形成される。

このようにすれば、半導体基板をダイシングして個々の半導体装置ＳＥを得る際に、ダイシング領域において半導体基板および該半導体基板上に形成されている保護膜ＰＦに劈開やクラックが生じた場合であっても、当該劈開やクラック等がデバイス領域ＤＲを囲む周辺領域ＰＲを跨いでデバイス領域ＤＲにまで伝播することをより効果的に抑制することができる。

一般的に、ダイシング領域においてＴＥＧ３０が形成されている領域とＴＥＧ３０が形成されていない領域とではダイシングの際に保護膜ＰＦに加えられる負荷（応力）が異なるためにこれらの領域の境界で保護膜ＰＦの剥離やクラックが確認されやすい。

これに対し実施の形態２に係る半導体装置ＳＥでは、周期パターンＰＰが、ＴＥＧ３０の有無に関わらず、周辺領域ＰＲを平面視したときの周辺領域ＰＲの外形に沿う方向に伸びるように形成されている。そのため、ＴＥＧ３０の有無に起因してダイシングの際に保護膜ＰＦに加えられる熱的あるいは機械的な負荷（応力）のバラつきを十分に低減することができる。その結果、ＴＥＧ３０が形成されている領域とＴＥＧ３０が形成されていない領域との境界付近においても、従来の半導体装置において観察されていたようなクラック等の発生を抑制することができる。

（実施の形態３）
次に、図１および図１０を参照して、実施の形態３に係る半導体装置ＳＥについて説明する。実施の形態３に係る半導体装置ＳＥは、基本的には実施の形態１に係る半導体装置ＳＥと同様の構成を備えるが、非周期的パターンＡＰがフィボナッチ数列の各項を一辺とする正方形状の平面形状を有する一群の構造物ＳＳ１で構成されている点で異なる。

具体的には、非周期的パターンＡＰは、正方形状の平面形状を有し、一辺の長さが互いに異なる複数の構造物ＳＳ１を有している。構造物ＳＳ１の各々は、それぞれ周囲を構造物ＳＳ２により囲まれている。複数の構造物ＳＳ２は、平面形状の外形がいずれも正方形であり、その一辺の長さが互いに異なっている。

非周期的パターンＡＰにおいて、複数の構造物ＳＳ１，ＳＳ２は、たとえばそれぞれの一片の長さがフィボナッチ数列{１，１，２，３，５，８，・・・}の各項を相対的な比率として形成されている。つまり、複数の構造物ＳＳ２において最小寸法の構造物ＳＳ２の外形Ｓ１の一片の長さを１としたときに、非周期的パターンＡＰは、外形の一辺の長さがそれぞれ{１，１，２，３，５，８，・・・}とフィボナッチ数列の各項となる各構造物ＳＳ２が螺旋状に隙間無く配置されて構成されている。このとき、各構造物ＳＳ２に囲まれている構造物ＳＳ１の各々は、外形Ｓ１の構造物ＳＳ２に囲まれている最小寸法の構造物ＳＳ１の一辺の長さを１としたときに、外形の一辺の長さがそれぞれ{１，１，２，３，５，８，・・・}とフィボナッチ数列の各項となるように形成されている。

このようにしても、非周期的パターンＡＰにおける構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２は周期的に配置されておらず並進対称性を有していない。そのため、実施の形態３に係る半導体装置ＳＥは、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥと同様の作用効果を奏することができる。

またこのとき、たとえば外形Ｓ２の構造物ＳＳ２に囲まれている構造物ＳＳ１は、外形Ｓ１と同一の面積を有するように形成され、外形Ｓ３の構造物ＳＳ２に囲まれている構造物ＳＳ１は、外形Ｓ２と同一の面積を有するように形成されていてもよい。言い換えると、外形Ｓ１の構造物ＳＳ２に囲まれている構造物ＳＳ１の一片の長さを１としたときに、外形Ｓ１の一片の長さは２となり、これと等しい一辺の長さを有する構造物ＳＳ１は一辺の長さが３の外形Ｓ２に囲まれていてもよい。つまり、外形における一辺の長さがフィボナッチ数列の各項に対応する構造物ＳＳ２に囲まれている構造物ＳＳ１の一片の長さは、フィボナッチ数列において当該構造物ＳＳ１を囲んでいる構造物ＳＳ２と対応関係にある項の１つ前の項に対応するように形成されていてもよい。このような非周期的パターンＡＰは自己相似性を有しており、非周期的パターンＡＰの形成領域の面積（外形Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・の面積の合計）において構造物ＳＳ１が占める割合（占有率）は黄金比に収束していく。

非周期的パターンＡＰにおいて、構造物ＳＳ１は、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な幅方向に少なくとも５つ形成されているのが好ましい。また、周辺領域ＰＲにおいて、非周期的パターンＡＰはデバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な方向に複数形成されていてもよい。また、複数の構造物ＳＳ１において、一部が構造物ＳＳ２に対する凸部として形成されており、残りが構造物ＳＳ２に対する凹部として形成されていてもよい。

（実施の形態４）
次に、図１および図１１を参照して、実施の形態４に係る半導体装置ＳＥについて説明する。実施の形態４に係る半導体装置ＳＥは、基本的には実施の形態１に係る半導体装置ＳＥと同様の構成を備えるが、非周期的パターンＡＰがカントール集合に基づいて配置された１群の構造物で構成されている点で異なる。

非周期的パターンＡＰは，たとえば複数の構造物ＳＳ１ａ，ＳＳ１ｂ，ＳＳ１ｃ，ＳＳ１ｄを有しており、各構造物ＳＳ１ａ，ＳＳ１ｂ，ＳＳ１ｃ，ＳＳ１ｄがカントール集合に基づいて配置されている。

具体的には、複数の構造物ＳＳ１において最も大きい構造物ＳＳ１ａはデバイス領域ＤＲの外形の延在方向に延びるように形成されている。当該延在方向に垂直な方向において構造物ＳＳ１ａと隣接する構造物ＳＳ１ｂは、構造物ＳＳ１ａから構造物ＳＳ１ａを３等分したときの中央の分割部を取り除いた形状を有している。つまり、構造物ＳＳ１ｂは、上記延在方向において間隔Ｗ３を隔てて２つ形成されている。

さらに、当該延在方向に垂直な方向において構造物ＳＳ１ｂと隣接する構造物ＳＳ１ｃは、各々の構造物ＳＳ１ｂから構造物ＳＳ１ｂを３等分したときの中央の分割部を取り除いた形状を有している。つまり、構造物ＳＳ１ｃは、上記延在方向において間隔Ｗ４を隔てて４つ形成されている。

さらに、当該延在方向に垂直な方向において構造物ＳＳ１ｂと隣接する構造物ＳＳ１ｄは、各々の構造物ＳＳ１ｃから構造物ＳＳ１ｃを３等分したときの中央の分割部を取り除いた形状を有している。つまり、構造物ＳＳ１ｄは、上記延在方向において間隔Ｗ５を隔てて８つ形成されている。

ここで、間隔Ｗ５の３倍が間隔Ｗ４であり、間隔Ｗ４の３倍が間隔Ｗ３である。つまり、非周期的パターンＡＰにおいて、構造物ＳＳ１ｂ，ＳＳ１ｃ，ＳＳ１ｄは、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向における間隔がそれぞれ間隔Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５と異なっている。

このようにしても、非周期的パターンＡＰにおける構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２は周期的に配置されておらず並進対称性を有していない。そのため、実施の形態４に係る半導体装置ＳＥは、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥと同様の作用効果を奏することができる。

また、実施の形態４における非周期的パターンＡＰにおいて、複数の構造物ＳＳ１ａ，ＳＳ１ｂ，ＳＳ１ｃ，ＳＳ１ｄの各々は、その外形の一部がデバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な方向において揃うように形成されている。たとえば、非周期的パターンＡＰは、当該垂直な方向における構造物ＳＳ１ｂ，ＳＳ１ｃ，ＳＳ１ｄの各々の端部が当該垂直な方向に揃うように形成されている部分を有している。そのため、このような部分では他の部分と比べてクラックが進展しやすくなることから、クラックの進展はこのような部分に制限され、当該他の部分へのクラックの進展は抑制される。

なお、非周期的パターンＡＰは、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な幅方向に４つ構造物ＳＳ１ａ，ＳＳ１ｂ，ＳＳ１ｃ，ＳＳ１ｄを有しているが、構造物ＳＳ１は当該幅方向に少なくとも５つ形成されているのが好ましい。

なお、非周期的パターンＡＰは、カントール集合の他にも、構造物ＳＳ１，ＳＳ２が自己相似性を有しているフラクタルとして形成されていてもよい。このようにしても、非周期的パターンＡＰにおける構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２は並進対称性を有していない。そのため、実施の形態３に係る半導体装置ＳＥは、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥと同様の作用効果を奏することができる。

（実施の形態５）
次に、図１および図１３を参照して、実施の形態５に係る半導体装置ＳＥについて説明する。実施の形態５に係る半導体装置ＳＥは、基本的には実施の形態１に係る半導体装置ＳＥと同様の構成を備えるが、非周期的パターンＡＰがペンローズタイルにおける５回対称性を有するポイント上に互いに間隔を隔てて配置された１群の構造物で構成されている点で異なる。

図１２を参照して、ベンローズタイルとは、２種類の菱形が平面充填された非周期的なパターンであり、５回対称性を有している。２種類の菱形のうち、一方の菱形は鋭角が７２°で鈍角が１０８°であり、他方の菱形は鋭角が３６°で鈍角が１４４°である。図１１では、５回対称性を有するポイントＣを黒いドットで表している。

図１３を参照して、非周期的パターンＡＰにおいて、構造物ＳＳ１はベンローズタイルにおける５回対称性を有するポイントＣ（図１２参照）上に形成されている。好ましくは、構造物ＳＳ１の中心が当該ポイントＣ（図１２参照）と重なるように形成されている。つまり、構造物ＳＳ１は、周辺領域ＰＲ上において非周期的に形成されている。構造物ＳＳ１の平面形状は、任意の形状とすればよいが、たとえば正方形である。また、構造物ＳＳ２は、非周期的パターンＡＰにおいて構造物ＳＳ１が形成されていない領域に形成されている。

このようにしても、非周期的パターンＡＰにおける構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２は周期的に配置されておらず並進対称性を有していない。そのため、実施の形態５に係る半導体装置ＳＥは、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥと同様の作用効果を奏することができる。

また、非周期的パターンＡＰにおいて、構造物ＳＳ１は、デバイス領域ＤＲの外形の延在方向に垂直な幅方向に少なくとも５つ形成されているのが好ましい。

なお、図１４を参照して、実施の形態１〜実施の形態５に係る半導体装置ＳＥにおいて、構造物ＳＳ１には微小非周期的パターンＭＡＰが形成されていてもよい。微小非周期的パターンＭＡＰとは、図３、図１０、図１１、図１３に示す各非周期的パターンＡＰの縮尺を小さくして（縮尺の分母を大きくして）、構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２の寸法比はそのままにそれぞれの寸法値を小さくした一群の微小構造物で構成されている非周期的パターンである。つまり、実施の形態１〜実施の形態５における非周期的パターンＡＰを構成する構造物ＳＳ１自体が、実施の形態１〜実施の形態５のいずれかの非周期的パターンＡＰとして形成されていてもよい。

たとえば、実施の形態５に係る半導体装置ＳＥにおいて、非周期的パターンＡＰを構成する構造物ＳＳ１の少なくとも一部がペンローズタイルにおける５回対称性を有するポイント上に互いに間隔を隔てて配置された１群の微小構造物で構成されていてもよい。この場合には、非周期的パターンＡＰと微小非周期的パターンＭＡＰとは、自己相似性を有している。

また、たとえば実施の形態５に係る半導体装置ＳＥにおいて、非周期的パターンＡＰを構成する構造物ＳＳ１の少なくとも一部は、フィボナッチ数列の各項を一辺とする正方形状の平面形状を有する１群の構造物が螺旋状に配置されて構成されていてもよい。言い換えると、実施の形態５における非周期的パターンＡＰを構成する構造物ＳＳ１自体が、実施の形態３における非周期的パターンＡＰとして形成されていてもよい。

このようにしても、非周期的パターンＡＰにおける構造物ＳＳ１および構造物ＳＳ２は周期的に配置されておらず並進対称性を有していないため、実施の形態１に係る半導体装置ＳＥと同様の作用効果を奏することができる。

また、図１４を参照して、実施の形態１〜実施の形態５に係る半導体装置の製造方法において、非周期的パターンＡＰを形成するために用いられるマスクパターン（レチクルパターン）の製造方法について説明する。

はじめに、半導体装置ＳＥに関するレイアウトルールが決定される。次に、レイアウトルールに従って、デバイス設計を行うとともに（製品側）、ダイシング領域に形成されるアライメントマークや各種ＴＥＧの設計を行う（アートワーク側）。デバイス設計においては、レイアウトルールに従って設計された各種機能モジュールのレイアウト形状が最小寸法などのデザインルールを満たしているか否かをＤＲＣ（Design Rule Checking）やＬＶＳ（Layout Versus Schematic）などにより検証した上で、検証が済んだレイアウトをライブラリ化する。次に、製品仕様に基づいて各種機能モジュールを適宜配置してＬＳＩ製品を設計する。次に、設計したＬＳＩ製品についてチップレベル検証を行う。

一方、アートワーク側では、レイアウトルールに従って設計されたアライメントマーク、各種ＴＥＧのレイアウト形状が最小寸法などのデザインルールを満たしているか否かをＤＲＣやＬＶＳなどにより検証した上で、検証が済んだレイアウトをライブラリ化する。次に、製品仕様に基づいてアライメントマークや各種ＴＥＧを適宜配置してダイシング領域を設計する。次に、アライメントマークや各種ＴＥＧの配置検証を行う。

次に、製品仕様に基づき、非周期的パターンＡＰを設計する。さらに非周期的パターンＡＰを含めたチップ全体のレイアウトを構築する。さらに、構築したチップレイアウトにダミーパターンを付加し、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction）をする。次に、ＯＰＣ後のレイアウトから描画データを作成し、マスクを描画する。このようにして、非周期的パターンＡＰを形成可能なマスクパターンを製造することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

ＤＲ デバイス領域、ＰＲ 周辺領域、ＯＲ 最外周領域、ＩＦ 層間絶縁膜、ＰＤ パッド層、ＰＦ 保護膜、ＳＥ 半導体装置、ＡＰ 非周期的パターン、ＳＳ１，ＳＳ１ａ，ＳＳ１ｂ，ＳＳ１ｃ，ＳＳ１ｄ，ＳＳ２ 構造物、ＰＰ 周期パターン。

Claims (13)

1. 半導体基板上に形成されたデバイス領域と、
   前記デバイス領域を囲むように形成されている周辺領域とを備え、
   前記周辺領域には、前記デバイス領域を囲むように非周期的パターンが形成されている、半導体装置。
2. 前記非周期的パターンは、並進対称性を有していない、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記非周期的パターンは、ペンローズタイルにおける５回対称性を有するポイント上に互いに間隔を隔てて配置された１群の構造物で構成されている、請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記非周期的パターンは、カントール集合に基づいて配置された１群の構造物で構成されている、請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記非周期的パターンは、フィボナッチ数列の各項を一辺とする正方形状の平面形状を有する１群の構造物が螺旋状に配置されて構成されている、請求項２に記載の半導体装置。
6. 前記非周期的パターンは、前記周辺領域を平面視したときに、互いに異なる平面形状を有する複数の構造物が敷き詰められて配置された１群の構造物として構成されている、請求項２に記載の半導体装置。
7. 前記非周期的パターンにおいて、前記構造物は、前記デバイス領域の外形の延在方向に垂直な幅方向に少なくとも５つ形成されている、請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記非周期的パターンにおいて、前記構造物には微小非周期的パターンが形成されている、請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記周辺領域上に形成された保護膜をさらに備え、
   前記非周期的パターンは、前記保護膜に形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
10. 前記周辺領域を囲むように形成されている最外周領域をさらに備え、
    前記最外周領域には、周期パターンが形成されており、
    前記周期パターンは、前記周辺領域を平面視したときの前記周辺領域の外形に沿う方向に延びるように形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
11. 半導体基板を準備する工程と、
    前記半導体基板の表面上に、ダイシング領域で区分されたデバイス領域を形成する工程と、
    前記半導体基板の前記ダイシング領域をダイシングする工程とを備え、
    前記デバイス領域を形成する工程は、前記デバイス領域を囲むとともに、前記ダイシング領域に囲まれている周辺領域に前記デバイス領域を囲むように非周期的パターンを形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。
12. 前記デバイス領域を形成する工程は、前記ダイシング領域に周期パターンを形成する工程をさらに含む、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記ダイシングする工程では、前記ダイシング領域の一部が残るように前記ダイシング領域をダイシングする、請求項１１または請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。

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