JP3865636B2

JP3865636B2 - 半導体装置および半導体チップ

Info

Publication number: JP3865636B2
Application number: JP2002001959A
Authority: JP
Inventors: 理恵伊藤; 英明近藤; 俊郎藤井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2022-01-09
Also published as: JP2003203913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣカード用チップなど、ハイセキュリティの要求される半導体チップの内部本体がスクライブ領域のダイシングにより得られるウェハ状態の半導体装置およびその半導体チップに関し、特に、シールリングによるダイシング断面からチップ領域への水分や可動イオンなどの汚染物質侵入の阻止およびダイシング時の応力緩和と、チップ領域内部回路検査用の端子をスクライブ領域に配置することによる耐タンパ性向上とを両立させる対策に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＩＣカードでは、その半導体チップ内に個人情報や金銭情報などの重要データが格納されることが予想されるようになってきた。このような重要データを許可なく変更および改竄することを防ぐための技術は、耐タンパ技術と呼ばれていて、非常に重要になってきている。
【０００３】
そのような技術の一つとしては、図１１に示すように、各チップ領域７１０の内部回路７１６の検査時に用いられる検査用パッド７６，７６，…をチップ領域７１０外側のスクライブ領域に配置し、ダイシング時にパッド７６，７６，…をスクライブ領域と共に除去することで、それらパッド７６，７６，…による回路解析を不可能にするようにした技術（例えば、特開昭６２−７４６９６号公報）が一般に知られている。
【０００４】
一方、図１２に示すように、各チップ領域７１０の周縁に、リング状の防御壁であるシールリング７５を設け、このことで、ダイシング時の応力を緩和したり、ダイシング後を含めて水分や可動イオンなどの汚染物質が内部回路７１６に侵入することによる信頼性低下を防止するようにした技術（例えば、特開平９−２６６２０９号公報，特開平６−１８８２４０号公報，特開平６−１８８２３９号公報，特開平８−３７２８９号公報）も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のＩＣカード用チップの場合においても、ダイシングにより１チップずつ切り離すときに、シールリングによりダイシング時の応力を緩和できるようにすることは必要である。また、切り離された状態において、シールリングにより水分や可動イオンなどの汚染物質の侵入を阻止できるようにすることも必要である。
【０００６】
そこで、図１３に示すように、内部回路７１６およびパッド７６，７６，…を取り囲むようにシールリング７５を設けることが考えられる。しかしながら、その場合には、ダイシングしてもパッド７６，７６，…が除去されずに残ることになり、耐タンパ性を低下させる結果を招く。
【０００７】
つまり、ＩＣカード用チップなどの場合のように、スクライブ領域にパッドを配置するようにした半導体装置の場合には、シールリングにより汚染物質の侵入を阻止できるようにすることは困難であり、よって、ダイシング後のチップの信頼性を十分には確保できないという問題がある。
【０００８】
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、内部回路検査用の端子を備え、ダイシングされてＩＣカード用チップなどの半導体チップの内部本体となる半導体装置において、耐タンパ性を損なうことなく、シールリングによる内部回路への汚染物質の侵入阻止およびダイシング時の応力緩和を行って、信頼性の向上が図れるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、チップ領域外側のスクライブ領域に検査用端子を配置する一方、チップ領域の周縁にシールリングを配置し、このシールリングにより隔てられる検査用端子とチップ領域の内部回路とを、接続手段により接続するようにした。
【００１０】
具体的には、請求項１の発明に係る半導体装置では、各チップ領域の周縁に該チップ領域上の内部回路を取り囲むように設けられたシールリングと、各チップ領域外側のスクライブ領域に配置されていて、前記内部回路の検査時に用いられる検査用端子と、前記シールリングに交差するように配置されていて、前記検査用端子を前記内部回路に接続する接続手段とを備えるようにする。
【００１１】
この構成によれば、検査用端子がダイシング時にスクライブ領域と共に切り離される半導体装置においても、チップ領域周縁のシールリングにより、ダイシング時における応力の緩和が行われるとともに、ダイシング後に亘る水分や可動イオンなどの汚染物質の侵入の阻止が行われ、その結果、各チップ領域の内部回路の配線の腐食、絶縁膜の耐圧劣化、および素子の特性変動などに起因する信頼性の低下が防止される。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、シールリングの内部回路側に位置する接続手段の部分に、該接続手段を経由しての汚染物質の内部回路への侵入を防止する拡散抵抗部が設けられているものとする。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項１および２の発明において、シールリング内には、スクライブ領域側から内部回路側に至るくり抜き状部分が設けられているものとする。そして、接続手段は、前記くり抜き状部分を通るように配置されているものとする。
【００１４】
請求項４の発明では、請求項３の発明において、シールリングのくり抜き状部分に対応する内部回路側部分には、ダイシング時の応力による影響を緩和するための応力緩和部が設けられているものとする。
【００１５】
請求項５の発明では、請求項３および４の発明において、接続手段が複数で或る場合に、前記複数の接続手段は、シールリングの内部回路側における各接続手段の配列と、スクライブ領域側における各接続手段の配列とが相違するように、シールリング内において互いに交差する状態に配置されているものとする。
【００１６】
請求項６の発明では、請求項３〜５の発明において、シールリングのスクライブ領域側に、ダイシングにより接続手段と同様の切断状態を呈するように形成された突起状のダミーが設けられているものとする。
【００１７】
請求項７の発明に係る半導体チップでは、請求項１〜６の発明に係る半導体装置のスクライブ領域をダイシングして分割されたチップ領域を備えてなるものとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１および図２は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を示している。
【００２０】
図１ないし図２において、１１０はチップ領域であり、１１１はチップ領域１１０の外側に位置するスクライブ領域である。チップ領域１１０は、スクライブ領域１１１が切り取られた後に残る部分であって、ＩＣカード用チップなどの半導体チップの内部本体となる。１１６はチップ領域１１０に設けられた内部回路であり、１９はスクライブ中心線である。
【００２１】
また、１７，２０はそれぞれサブストレート領域１８上に設けられた素子分離領域および活性化領域である。１１はサブストレート領域１８上に図外の層間絶縁膜を介して設けられた第１の配線層であり、１２は第１配線層１１の上に図外の層間絶縁膜を介して設けられた第２の配線層であり、１３は第２配線層１３の上に図外の層間絶縁膜を介して設けられた第３の配線層であり、１４は第３配線層１３の上に図外の層間絶縁膜を介して設けられた第４の配線層である。
【００２２】
１５は各チップ領域１１０毎に設けられたシールリングであり、このシールリング１５は、チップ領域１１０の最外周を取り囲むように配置されていて、半導体装置がダイシングされる際にチップ領域１１０への応力を緩和するとともに、ダイシングの後も含めて水分や可動イオンなどの汚染物質がチップ領域１１０の内部回路１１６に侵入するのを防止するようにリング状の壁をなしている。
【００２３】
具体的には、シールリング１５は、第１〜第３配線層１１〜１３および活性化領域２０により形成されている。活性化領域２０は、サブストレート領域１８がＮ型の場合にはＮ型不純物の注入がなされてなるものであり、サブストレート領域１８がＰ型の場合にはＰ型不純物の注入がなされてなるものである。活性化領域２０と、シールリング１５を形成する第１配線層１１の部分とは、コンタクトプラグにより互いに接続されている。各々、シールリング１１を形成する第１および第２配線層１１，１２の部分同士、並びに、各々、同じくシールリング１１を形成する第２および第３配線層１２，１３の部分同士は、それぞれ、ビアプラグにより互いに接続されていて、同電位になるようになされている。また、これら第１〜第３配線層１１〜１３のうちの少なくとも１つの配線層は、サブストレート領域１８と同電位になるように接続されており、例えば、サブストレート領域１８がＧＮＤ電位になるようになされる場合にはＧＮＤに接続されるようになっている。
【００２４】
１６は検査用のパッドであり、このパッド１６は、半導体装置の各内部回路１１６のプロービング検査にのみ用いられものであって、ＩＣカードに組み立てられた後の内部回路１１６の解析を防止するため、ダイシングの際にスクライブ領域１１１と同時に切り取られるように該スクライブ領域１１１に配置されている。このパッド１６は、第１〜第４配線層１１〜１４により形成されている。
【００２５】
そして、本実施形態では、内部回路１１６とパッド１６とを互いに接続する接続手段１２５が設けられている。
【００２６】
具体的には、前記接続手段１２５は、シールリング１５の上方では、該シールリング１５の上方に位置する配線層である第４配線層１４によりシールリング１５を跨ぐように形成されており、またシールリング１５の内部回路１１６側では、第１〜第４配線層１１〜１４により形成されている。
【００２７】
したがって、本実施形態によれば、各チップ領域１１０の周縁に該チップ領域１１０上の内部回路１１６を取り囲むようにシールリング１５を設けるとともに、このシールリング１５外側のスクライブ領域１１１に検査用端子１６を設け、この検査用端子１６と内部回路１１６とを接続手段１２５により接続するようにしたので、シールリング１５によるダイシング後に亘る水分や可動イオンなどの汚染物質侵入の阻止およびダイシング時における応力の緩和と、検査用端子１６をスクライブ領域１１１に配置することとを共に行うことができ、よって、シールリング１５および検査用端子１６のうちの何れか一方しか設けられない従来の場合に比べて、高い信頼性を得ることができる。
【００２８】
なお、上記の実施形態では、配線層が４層であるプロセスを用いる場合について説明しているが、配線層が１層（第１配線層１１）のみであるプロセスを用いるとともに、その第１配線層１１により接続手段を形成する場合には、その接続手段に対応するシールリング１５の部分は、活性化領域２０のみにより形成するようにしてもよい。
【００２９】
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を示しており、本実施形態は、実施形態１の半導体装置に改良を加えたものである。なお、実施形態１の場合と同じ要素には同じ符号を付している。
【００３０】
実施形態１の半導体装置では、内部回路１１６およびパッド１６間の接続手段のダイシングによる断面が、ダイシング後に剥き出し状態になることから、もしもそのままであれば、水分や可動イオンなどの汚染物質が接続手段１２５を経由してチップ内部に侵入することになり、内部回路１１６の配線の腐食、絶縁膜の耐圧劣化、および、素子の特性変動などを引き起こす虞れがある。
【００３１】
これを防止するために、本実施形態では、内部回路１１６およびパッド１６間の接続手段のシールリング１５よりも内部回路１１６側の部分に、汚染物質防止用の拡散抵抗部１１２を設けている。
【００３２】
具体的には、接続手段１２５は、スクライブ領域１１１上のパッド１６から第４配線層１４に沿ってシールリング１５を越えて内部回路１１６側に入り、第３配線層１３および第２配線層１２を経由して第１配線層１１に達した後、コンタクトプラグ１２９を経由して活性化領域２０に接続し、次いで、コンタクトプラグ１２９を経由して再び第１配線層１１に接続されてなっており、接続手段１２５の途中部分に活性化領域２０を介在させ、この活性化領域２０を利用して拡散抵抗部１１２を構成するようになされている。なお、その他の構成は実施形態１の場合と同じであるので説明は省略する。
【００３３】
したがって、本実施形態によれば、実施形態１の半導体装置において、シールリング１５よりも内部回路１１６側に位置する接続手段１２５の部分に、拡散抵抗部１１２を設けるようにしたので、ダイシング後に検査用端子１６の断面から汚染物質が接続手段１２５を経由して内部回路１１６に入るのを防ぐことができ、信頼性を向上できる。
【００３４】
（実施形態３）
図４〜図６は、本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を示しており、本実施形態は、実施形態１の半導体装置に別の改良を加えたものである。なお、実施形態１および２の場合と同じ要素には同じ符号を付している。
【００３５】
実施形態１の半導体装置のように、シールリング１５よりも上層の配線層（実施形態１の場合には、第４配線層１４）を用いて内部回路１１６とパッド１６とを接続すると、ＩＣカードになった状態では、配線通過の有無の確認や、配線へのプロービング、保護膜上へのＦＩＢを用いた解析用パッド形成が容易に行われる虞れがある。
【００３６】
そこで、本実施形態では、パッド１６と内部回路１１６とを接続する接続手段１２５を、第２配線層１２により形成し、その接続手段１２５をシールリング１５の中を通すようにした。
【００３７】
具体的には、シールリング１５は、第１〜第４の４つの配線層１１〜１４により形成されており、シールリング１５における接続手段１２５との交差部分のうち、図６に示すように、第２配線層１２により形成される部分およびその周り部分をくり抜いて、くり抜き部１１４を形成し、そのくり抜き部１１４に、くり抜かれた配線層と同じ第２配線層１２により接続手段１２５を形成するようになされている。
【００３８】
したがって、本実施形態によれば、第２配線層１２により形成した接続手段１２５を、上層の配線層である第３および第４配線層１３，１４や層間膜、カバーガラスにより覆い隠して保護することができるので、プロービングや、保護膜上へのＦＩＢを用いた解析用パッドの形成ができなくなり、ＩＣカードに組み立てた後の解析を困難にすることができる。
【００３９】
（実施形態４）
図７および図８は、本発明の実施形態４に係る半導体装置の構成を示しており、本実施形態は、実施形態３の半導体装置に改良を加えたものである。なお、実施形態３の場合と同じ要素には同じ符号を付して示している。
【００４０】
同各図において、１１２は拡散抵抗部であり、１１３は配線引込み部分のみに形成された応力緩和部であり、１１４はシールリング１５における第２配線層１２の部分をくり抜いて形成されたくり抜き部である。
【００４１】
実施形態３の半導体装置では、シールリング１５にくり抜き部１１４を形成したことにより、ダイシング時の応力がこのくり抜き部１１４を素通りして直接にかかることになり、その結果、応力の影響を緩和することができなくて信頼性の低下する虞れがある。
【００４２】
そこで、本実施形態では、シールリング１５のくり抜き部１１４に対応する内部回路１１６側の部分に、応力を緩和する新たな応力緩和部１１３を追加するようにした。
【００４３】
具体的には、くり抜き部１１４の内部回路１１６側に、第１〜第４配線層１１〜１４を、それぞれ、シールリング１５の幅寸法Ｗ_０（図８の左右方向の寸法）と同じ長さＷ（Ｗ＝Ｗ_０）の範囲に亘り、くり抜き部１１４の幅寸法Ｌ_０（同図の上下方向の寸法）以上の寸法Ｌ（Ｌ≧Ｌ_０）に拡幅して応力緩和部１１３を形成する。なお、その際に、第３および第４配線層１３，１４と第２配線層１２とは、それら第３および第４配線層１３，１４が内部回路１１６に接続されないように、前記と同様に耐タンパ性の向上を目的として電気的な接続はしない。但し、第３配線層１３と第４配線層１４とは、他の領域でシールリング１５と同様の電位になるように接続されている。
【００４４】
したがって、本実施形態によれば、シールリング１５のくり抜き部１１４により直接にかかる応力を、応力緩和部１１３により緩和することができるために、くり抜き部１１４を形成することに起因するダイシング時の応力による信頼性低下は無くなる。
【００４５】
（実施形態５）
図９は、本発明の実施形態５に係る半導体装置の構成を示しており、本実施形態は、実施形態２の改良に関する。なお、実施形態２の場合と同じ要素には同じ符号を付して示している。
【００４６】
実施形態４の半導体装置では、パッド１６と内部回路１１６とを接続する接続手段１２５の全体のうち、シールリング１５よりも外側の部分をダイシング時に完全に取り除くことはできず、このために、内部領域１１０とスクライブ領域１１１との境界部にある配線端に、ＦＩＢなどを用いて解析用のパッドを形成することが可能である。これを防ぐには、シールリング１５の外側の残った部分が内部回路１１６のどの部分に接続されているかを判らなくする必要がある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、シールリング１５内における接続手段１２５，１２５の物理的な位置の入替えを行い、接続手段１２５，１２５による接続経路を直接に観察できないようにする。
【００４８】
具体的には、例えば２つの相隣る接続手段１２５，１２５がそれぞれシールリング１５を貫通するように第２配線層１２により形成される場合に、一方の接続手段１２５（図９に示す例では、Ａで示す接続手段）の経路を、シールリング１５内で、一旦、第２配線層１２からビアプラグ１３０，１３０，…を経由して第３配線層１３に変更する。さらに、他方の接続手段１２５（図示する例では、Ｂで示す接続手段）の上方を跨ぎ終わった位置で、再び、ビアプラグ１３０，１３０，…を経由して第２配線層１２に変更し、そこから第２配線層１２によりシールリング１５の外側の部分を形成してパッド１６（同図下側のパッド）に接続する。
【００４９】
これにより、シールリング１５の内側において図９の上からＡ，Ｂの順に並ぶ接続手段１２５，１２５は、シールリング１５の外側では、その端部はＢ，Ａの順に並べ替えられることになる。
【００５０】
したがって、本実施形態によれば、複数の接続手段１２５，１２５，…をシールリング１５内において互いに交差させるように配置して、シールリング１５の内外における配置を入れ替えるようにしたので、入れ替えていること自体の観察が不可能になるとともに、ＩＣカードに組み立てられた状態では、シールリング１５の外側における各接続手段１２５の部分が内部回路１１６のどの部分に接続されているのかが不明になり、チップの解析を行うことが難しく、よって、耐タンパ性が高まる。
【００５１】
（実施形態６）
図１０は、本発明の実施形態６に係る半導体装置の構成を示しており、本実施形態は、実施形態５の改良に関する。なお、実施形態５の場合と同じ要素には同じ符号を付している。
【００５２】
本実施形態では、実施形態５の半導体装置において、さらに解析を困難にするために、シールリング１５の外側に、ダイシングを行った際に、接続手段１２５の場合と同様の形状に端部が切断されるようにした突起状のダミー１１５を付加する。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、ダイシングの際にはスクライブ領域１１１が切り取られるために、ＩＣカード組立後は、シールリング１５の外側に残った部分が、真にパッド１６に接続されていた接続手段１２５のものであるのか、ダミー１１５のものであるのかの判別をできなくすることができ、よって、スクライブ領域１１１にどのようにパッド１６，１６，…を配置していたかが不明になり、解析が困難になる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダイシングされてＩＣカード用チップなどの半導体チップの内部本体となる半導体装置において、内部回路検査用の端子と、ダイシング後も含めて水分や可動イオンなどの汚染物質の内部回路への汚染物質の侵入を阻止するとともにダイシング時の応力を緩和するシールリングとを併設する際に、シールリングをチップ領域の周縁に配置するとともに、ダイシングにより切り取られるスクライブ領域に検査用端子を配置し、その検査用端子とチップ領域上の内部回路とを接続手段により接続するようにしたので、耐タンパ性を損なうことなく、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１のII−II線拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を示す図２相当図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を示す図１相当図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線拡大断面図である。
【図６】図４のVI−VI線拡大断面図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る半導体装置の構成を示す図２相当図である。
【図８】半導体装置の要部の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態５に係る半導体装置の構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施形態６に係る半導体装置の構成を示す図９相当図である。
【図１１】内部回路検査用の端子を備えた従来の半導体装置の構成を示す図１相当図である。
【図１２】シールリングを備えた従来の半導体装置の構成を示す図１相当図である。
【図１３】検査用端子およびシールリングを併設した場合の半導体装置の構成例を示す図１相当図である。
【符号の説明】
１５シールリング
１６パッド（検査用端子）
１１０チップ領域
１１１スクライブ領域
１１２拡散抵抗部
１１３応力緩和部
１１４くり抜き部（くり抜き状部分）
１１５ダミー
１１６内部回路
１２５接続手段

Claims

各チップ領域の周縁に該チップ領域上の内部回路を取り囲むように設けられたシールリングと、各チップ領域外側のスクライブ領域に配置され、前記内部回路の検査時に用いられる検査用端子と、前記シールリングに交差するように配置され、前記検査用端子を前記内部回路に接続する接続手段とを備えていることを特徴とする半導体装置。
請求項１記載の半導体装置において、シールリングの内部回路側に位置する接続手段の部分に、該接続手段を経由しての汚染物質の内部回路への侵入を防止する拡散抵抗部が設けられていることを特徴とする半導体装置。
請求項１または２記載の半導体装置において、シールリング内に、スクライブ領域側から内部回路側に至るくり抜き状部分が設けられ、接続手段は、前記くり抜き状部分を通るように配置されていることを特徴とする半導体装置。
請求項３記載の半導体装置において、シールリングのくり抜き状部分に対応する内部回路側部分に、ダイシング時の応力による影響を緩和するための応力緩和部が設けられていることを特徴とする半導体装置。
請求項３または４記載の半導体装置において、接続手段は、複数とされ、前記複数の接続手段は、シールリングの内部回路側における各接続手段の配列と、スクライブ領域側における各接続手段の配列とが相違するように、シールリング内において互いに交差する状態に配置されていることを特徴とする半導体装置。
請求項３，４または５記載の半導体装置において、シールリングのスクライブ領域側に、ダイシングにより接続手段と同様の切断状態を呈するように形成された突起状のダミーが設けられていることを特徴とする半導体装置。
請求項１，２，３，４，５または６記載の半導体装置のスクライブ領域をダイシングして分割されたチップ領域を備えてなることを特徴とする半導体チップ。