JP4814694B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、３層以上の配線層を有する半導体装置に関するものである。

デジタル化社会が進むにつれ、半導体装置の高機能化・高速化の要望が強まっている。この要望に応えるための半導体装置の大規模高集積化に伴い、配線の多層化さらには配線の微細化が進んでいる。また、近年、配線の微細化に起因して生じる寄生容量を抑制して半導体装置を高速化するために、従来のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの酸化物誘電体と比べてより誘電率の低い低誘電率誘電体材料（ Low-k材料）が層間絶縁膜に用いられるようになってきている。
特開２００３−２４３４０１号公報 特開２００４−１５３０１５号公報

低誘電率材料には、従来の酸化膜誘電体と比較して、ヤング率、硬度及び界面密着性が低く且つ熱膨張率が高いという物理的特性の著しい違いが存在する。このため、低誘電率誘電体材料を用いた半導体装置においては、ワイヤーボンディング時におけるパッド下側の層間絶縁膜界面での剥離若しくはクラックの発生、又は封止後の熱応力に起因するチップコーナー部での剥離若しくはクラックの発生等が問題となっている。このような層間絶縁膜のクラックや剥離等は配線間のリークや断線を引き起こし、半導体装置に致命的ダメージを及ぼす。

それに対して、近年、半導体基板（ウェハ）のチップ領域の外周部に形成されるシールリングとは別個に、チップ強度強化用構造体としてダミー配線構造を設ける技術が用いられているが、応力が大きい場合等においてはこれによっても層間絶縁膜のクラックや剥離等を十分には防止できない場合がある。

前記に鑑み、本発明は、ヤング率、硬度及び界面密着性が低く且つ熱膨張率が高い低誘電率誘電体材料などからなる層間絶縁膜を用いた多層配線構造を有する半導体装置において、機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等を確実に防止することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本願発明者らは、従来のチップ強度強化用構造体によって層間絶縁膜の剥離等を十分に防止できない理由を検討した結果、以下のような知見を得た。すなわち、従来のチップ強度強化用構造体であるダミー配線構造は、シールリングと同様に、層間絶縁膜中において最上層の配線層から最下層の配線層（又は半導体基板表面部に設けられる不純物層）まで連続的に形成されている。このため、応力に関係する係数（例えばヤング率等：以下、応力係数と称する）についての配線材料と層間絶縁膜材料との間の違いに起因してダミー配線構造が縮むこととなり、その結果、ダミー配線構造の形成箇所において応力集中が生じて層間絶縁膜の剥離等が起こる。

本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上の層間絶縁膜中に積層された少なくとも３層以上の配線層を有する半導体装置であって、前記半導体基板のチップ領域の外周部に設けられたシールリングと、前記チップ領域における前記シールリングの近傍に設けられたチップ強度強化用構造体とを備え、前記チップ強度強化用構造体は複数のダミー配線構造から構成されており、前記複数のダミー配線構造はそれぞれ、最下層及び最上層の配線層のいずれか一方のみを含むか又はいずれも含まない２層以上の配線層に亘ってビア部を介して連続的に形成されている。

尚、本願において、ダミー配線とは、半導体集積回路に含まれない配線、つまりデバイスの電気的特性に関係のない配線を意味する。

また、本発明の半導体装置において、最下層の配線層は、半導体基板の表面部に設けられた不純物層であってもよい。

また、本発明の半導体装置において、複数のダミー配線構造に代えて、当該各ダミー配線構造と同様にレイアウトされており且つ信号線又は電源線として使用される配線構造を用いてもよい。

また、本発明の半導体装置において、前記複数のダミー配線構造のうちの少なくとも２つのダミー配線構造はそれぞれ、少なくとも１層の同一の配線層に形成されている部分を有していてもよいし、又は前記複数のダミー配線構造のうちの一対のダミー配線構造の少なくとも一方は、他方が形成されていない配線層に形成されている部分を有していてもよい。

また、本発明の半導体装置において、前記複数のダミー配線構造のうちの少なくとも２つのダミー配線構造はそれぞれ、最下層の配線層に形成されている部分を有することが好ましい。

また、本発明の半導体装置において、前記複数のダミー配線構造のうちの少なくとも１つのダミー配線構造は、少なくとも１層の配線層において一の方向に延びる一の部分と、当該配線層において当該一の部分と接続されており且つ他の方向に延びる他の部分とを有することが好ましい。

また、本発明の半導体装置において、前記複数のダミー配線構造は、第１のダミー配線構造と、前記第１のダミー配線構造の最上部よりも下側に最上部を有する第２のダミー配線構造とを含み、前記第１のダミー配線構造と前記第２のダミー配線構造とはそれぞれ、少なくとも２層の同一の配線層に形成されている部分を有し、前記少なくとも２層の同一の配線層のうちの一の配線層に形成されている前記第１のダミー配線構造の一部分と、前記少なくとも２層の同一の配線層のうちの他の配線層に形成されている前記第２のダミー配線構造の一部分とは、平面的に見て互いに重なり合っていることが好ましい。この場合、前記第２のダミー配線構造は３層以上の配線層に亘ってビア部を介してリング状に形成されており、前記第１のダミー配線構造の一部分は、リング状の前記第２のダミー配線構造の内側に配置されていることが好ましい。また、前記第１のダミー配線構造も３層以上の配線層に亘ってビア部を介してリング状に形成されており、前記第２のダミー配線構造の一部分が、リング状の前記第１のダミー配線構造の内側に配置されていることがさらに好ましい。

また、本発明の半導体装置において、前記複数のダミー配線構造はそれぞれ銅を含んでいてもよい。

さらに、本発明の半導体装置において、前記複数のダミー配線構造は、前記チップ領域のコーナー部における前記シールリングの外側に設けられていてもよいし、又は前記チップ領域のコーナー部における前記シールリングの外側及び内側にそれぞれ設けられていてもよい。また、前記複数のダミー配線構造は、前記チップ領域のコーナー部における前記シールリングの外側及び内側並びに前記チップ領域のコーナー部以外の外周部における前記シールリングの外側にそれぞれ設けられていてもよいし、又は前記チップ領域のコーナー部における前記シールリングの内側に設けられていてもよい。

本発明によると、多層配線構造の層間絶縁膜として、ヤング率、硬度及び界面密着性が低く且つ熱膨張率が高い低誘電率誘電体材料等を用いた場合にも、ダミー配線構造からなるチップ強度強化用構造体がシールリングとは別個に設けられているため、ダミー配線構造周辺の層間絶縁膜の機械的強度、特に厚さ方向の強度を増加させることができる。また、チップ強度強化用構造体として、最下層及び最上層の配線層のいずれか一方のみを含むか又はいずれも含まない２層以上の配線層に亘ってそれぞれ形成されている複数のダミー配線構造を用いるため、配線材料と層間絶縁膜材料との間の応力係数の違いに起因するダミー配線形成箇所での応力集中を緩和することができる。言い換えると、応力発生部位を分散させることができる。従って、パッケージ組立時等における機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等を確実に防止でき、それによって不良の発生を防止することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１は第１の実施形態に係る半導体装置、具体的には、配線構造体が設けられた半導体チップの平面図であり、図２は図１の領域Ｒ（チップ領域の左上コーナー部）の拡大図である。

まず、始めに、本実施形態に係る半導体装置の構造について図１及び図２を参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、半導体基板となるウェハ上に複数のチップ領域（ダイシング後に個片の半導体チップとなる領域）１が設けられている。各チップ領域１はスクライブ領域２によって区画されている。また、各チップ領域１の周縁部には、回路領域を囲むようにシールリング４が設けられていると共に、当該回路領域の周縁部には、半導体チップと外部回路との電気的な接続を行うためのアルミパッド３が設けられている。シールリング４は、ビア部４ｂと、ビア部４ｂ上に形成された配線部４ａとから構成されるリング状（平面的に見て）のパターンを積層することによって構成されている。

前述のように、層間絶縁膜として低誘電率誘電体材料等を用いた半導体装置においては、ワイヤーボンディング時におけるパッド下側の層間膜界面での剥離若しくはクラックの発生、又は封止後における熱応力に起因するチップコーナー部の剥離若しくはクラックの発生等が懸念されている。

それに対して、以下、本実施形態では、層間絶縁膜の破壊を防止できる半導体装置の構造について、本発明のチップ強度強化用構造体を、チップ領域１の周縁部に設けられるシールリング４の近傍に配置する場合を例として説明する。

具体的には、本実施形態のチップ強度強化用構造体５は、チップ領域１のコーナー部におけるシールリング４の外側に設けられている。また、チップ強度強化用構造体５は複数のダミー配線構造（例えばダミー配線構造５Ａ〜５Ｃ等）から構成されている。

図３〜図１０は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図（図２のＡＡ’線の断面図と対応する）である。

まず、図３に示すように、例えばシリコンウェハであるシリコン基板（図示省略）上に例えばシリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜３１を形成した後、第１の絶縁膜３１の上に、配線溝パターンを持つレジストマスク（図示省略）をフォトリソグラフィー法により形成し、その後、当該レジストマスクを用いてドライエッチング法により第１の絶縁膜３１を部分的にエッチング除去して配線溝を形成する。

次に、前記配線溝が設けられた第１の絶縁膜３１の上に、例えばタンタルナイトライド膜とタンタル膜とが積層されてなる多層膜３２ａ及び例えば銅膜３２ｂを順次堆積する。

次に、図４に示すように、多層膜３２ａ及び銅膜３２ｂのそれぞれにおける前記配線溝からはみ出している部分を例えばＣＭＰ（chemical mechanical polishing ）法により除去すると共に前記配線溝に埋め込まれた銅膜３２ｂの表面を平坦化する。これにより、銅配線（第１層（最下層）配線）３２が形成される。続いて、銅配線３２上に例えばシリコン窒化炭化膜（ＳｉＣＮ膜）からなる厚さ約３０ｎｍの第２の絶縁膜３３Ａを堆積する。続いて、第２の絶縁膜３３Ａ上に例えばシリコン酸化炭化膜（ＳｉＣＯ膜）からなる厚さ約３０ｎｍの第３の絶縁膜３４Ａを堆積する。

次に、図５に示すように、第３の絶縁膜３４Ａの上に例えば炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）からなる厚さ約６００ｎｍの第４の絶縁膜３５Ａを堆積する。次に、第４の絶縁膜３５Ａを表面側から例えばＣＭＰ法により厚さ１００ｎｍ程度研磨して第４の絶縁膜３５Ａを平坦化する。次に、平坦化された第４の絶縁膜３５Ａ上に、例えばシリコン酸化膜からなる厚さ約５０ｎｍの第５の絶縁膜３６Ａを例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition ）法等により堆積する。

次に、図示は省略しているが、第５の絶縁膜３６Ａの表面に有機反射防止膜を塗布した後、当該有機反射防止膜上に、ホールパターンを持つレジストマスクをフォトリソグラフィ法により形成する。

次に、図６に示すように、前記レジストマスクを用いてドライエッチング法により前記有機反射防止膜、第５の絶縁膜３６Ａ及び第４の絶縁膜３５Ａを部分的にエッチング除去した後、アッシングにより前記レジストマスク及び前記有機反射防止膜を除去する。これにより、第５の絶縁膜３６Ａ及び第４の絶縁膜３５Ａにビアホール３７ａが形成される。

次に、図７に示すように、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により、第５の絶縁膜３６Ａ及び第４の絶縁膜３５Ａを部分的にエッチング除去して、ビアホール３７ａと接続する配線溝３７ｂを形成する。さらに、その後、ビアホール３７ａの下側の第３の絶縁膜３４Ａ及び第２の絶縁膜３３Ａが除去されて、ビアホール３７ａが銅配線３２に達する。

その後、ビアホール３７ａ及び配線溝３７ｂが設けられた第５の絶縁膜３６Ａの上に、例えばタンタルナイトライド膜とタンタル膜とが積層されてなる多層膜３８Ａ及び例えば銅膜３９Ａを順次堆積する。次に、多層膜３８Ａ及び銅膜３９Ａのそれぞれにおける配線溝３７ｂからはみ出している部分を例えばＣＭＰ法により除去すると共に配線溝３７ｂに埋め込まれた銅膜３９Ａの表面を平坦化する。これにより、図８に示すように、銅配線（第２層配線）４０Ａが形成される。このとき、第５の絶縁膜３６Ａも除去される。

続いて、以上に説明した工程（図４の第２及び第３の絶縁膜３３Ａ及び３４Ａの形成工程）を繰り返し行うことにより、図９に示すように、多層配線構造（本実施形態では第１層配線３２及び第２層配線４０Ａ並びに第３層配線４０Ｂ〜第７層配線４０Ｆからなる多層配線構造）を形成する。

その後、図１０に示すように、第７層配線４０Ｆの上に、例えばシリコン窒化膜からなる厚さ約２００ｎｍの第６の絶縁膜４２を例えばＣＶＤ法等により堆積した後、第６の絶縁膜４２の表面に有機反射防止膜（図示省略）を塗布し、その後、当該有機反射防止膜上に、ホールパターンを持つレジストマスク（図示省略）をフォトリソグラフィーにより形成する。次に、当該レジストマスクを用いてドライエッチ法により前記有機反射防止膜及び第６の絶縁膜４２を部分的にエッチング除去した後、アッシングにより前記レジストマスク及び前記有機反射防止膜を除去する。これにより、第６の絶縁膜４２に、第７層配線４０Ｆに達するコンタクトホールが形成される。その後、当該コンタクトホールが設けられた第６の絶縁膜４２の上に、例えばチタン膜とチタンナイトライド膜とが積層されてなる多層膜（図示省略）及びアルミニウム膜を順次堆積した後、当該各膜をパターニングしてキャップ４１を形成する。

以上の工程によって、各チップ領域１の周縁部には、第１層（最下層）配線３２、第２層配線４０Ａ〜第７層配線４０Ｆ及びキャップ４１からなるシールリング４が形成される。また、チップ領域１のコーナー部におけるシールリング４の外側には、複数のダミー配線構造（例えばダミー配線構造５Ａ〜５Ｅ等）からなるチップ強度強化用構造体５が形成される。ここで、各ダミー配線構造はそれぞれ、最下層及び最上層の配線層のいずれか一方のみを含むか又はいずれも含まない２層以上の配線層に亘ってビア部を介して連続的に形成されている。また、各ダミー配線構造はそれぞれ、他のいずれかのダミー配線構造と同一の配線層（少なくとも１層）に形成されている部分を有する。また、少なくとも１つのダミー配線構造は、他のいずれかのダミー配線構造が形成されていない配線層に形成されている部分を有する。

具体的には、ダミー配線構造５Ａ及び５Ｃは第５層配線４０Ｄ〜第７層配線４０Ｆから構成されており、ダミー配線構造５Ｂは第３層配線４０Ｂ〜第６層配線４０Ｅから構成されており、ダミー配線構造５Ｄは第２層配線４０Ａ〜第４層配線４０Ｃから構成されており、ダミー配線構造５Ｅは第１層配線３２〜第４層配線４０Ｃから構成されている。

第１の実施形態によると、多層配線構造の層間絶縁膜として、ヤング率、硬度及び界面密着性が低く且つ熱膨張率が高い低誘電率誘電体材料等を用いた場合（本実施形態では例えば炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）からなる第４の絶縁膜３５Ａが該当する）にも、ダミー配線構造からなるチップ強度強化用構造体５がシールリング４とは別個に設けられているため、ダミー配線構造周辺の層間絶縁膜の機械的強度、特に厚さ方向の強度を増加させることができる。また、チップ強度強化用構造体５として、最下層及び最上層の配線層のいずれか一方のみを含むか又はいずれも含まない２層以上の配線層に亘ってそれぞれ形成されている複数のダミー配線構造を用いるため、言い換えると、チップ強度強化用構造体５として、最下層の配線層から最上層の配線層まで連続的に形成されているダミー配線構造を用いないため、配線材料と層間絶縁膜材料との間の応力係数の違いに起因するダミー配線形成箇所での応力集中を緩和することができる。すなわち、応力発生部位を分散させることができる。従って、パッケージ組立時等における機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等を確実に防止でき、それによって不良の発生を防止することができる。

尚、第１の実施形態において、チップ強度強化用構造体５を構成する複数のダミー配線構造のうちの一のダミー配線構造が他のダミー配線構造よりも上側に位置しており、且つ一のダミー配線構造と他のダミー配線構造とがそれぞれ、少なくとも２層の同一の配線層に形成されている部分を有する場合には、層間絶縁膜のクラック又は剥離等をより確実に防止するために、次の条件を満たすことが好ましい。すなわち、少なくとも２層の同一の配線層のうちの一の配線層に形成されている一のダミー配線構造の一部分と、少なくとも２層の同一の配線層のうちの他の配線層に形成されている他のダミー配線構造の一部分とは、平面的に見て互いに重なり合っていることが好ましい。具体的には、第１の実施形態においては、図１０に示すように、ダミー配線構造５Ａとダミー配線構造５Ｂ、ダミー配線構造５Ｃとダミー配線構造５Ｂ、ダミー配線構造５Ｂとダミー配線構造５Ｄ、及びダミー配線構造５Ｂとダミー配線構造５Ｅはそれぞれ、前述の条件を満たすように互いに重なり合っている。

また、第１の実施形態において、チップ強度強化用構造体５を構成する複数のダミー配線構造のうちの一のダミー配線構造と他のダミー配線構造とは、少なくとも１層の配線層において互いに分離しているならば、その他の配線層において互いに接続していてもよい。

（第１の実施形態の変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。

前述のように、第１の実施形態においては、ダミー配線構造５Ａとダミー配線構造５Ｂ、ダミー配線構造５Ｃとダミー配線構造５Ｂ、ダミー配線構造５Ｂとダミー配線構造５Ｄ、及びダミー配線構造５Ｂとダミー配線構造５Ｅはそれぞれ、互いに重なり合う部分（以下、オーバーラップ部と称する）を有していた。

それに対して、本変形例においては、これらのダミー配線構造のオーバーラップ部の全部又は一部を設けない。このようにすると、ダミー配線構造の配置面積を低減しつつ、パッケージ組立時等における機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等を十分に防止することができる。

（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及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１１は第２の実施形態に係る半導体装置、具体的には、配線構造体が設けられた半導体チップの断面図であり、図１０に示す第１の実施形態に係る半導体装置の断面図と対応するものである。尚、図１１においては、図１〜図１０に示す第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、説明を省略し又は簡略にする。

図１１に示すように、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態においても、各チップ領域１の周縁部に、第１層（最下層）配線３２、第２層配線４０Ａ〜第７層配線４０Ｆ及びキャップ４１からなるシールリング４が形成されている。また、チップ領域１のコーナー部におけるシールリング４の外側に、複数のダミー配線構造（例えばダミー配線構造５１Ａ〜５１Ｅ等）からなるチップ強度強化用構造体５が形成されている。ここで、各ダミー配線構造はそれぞれ、最下層及び最上層の配線層のいずれか一方のみを含むか又はいずれも含まない２層以上の配線層に亘ってビア部を介して連続的に形成されている。また、各ダミー配線構造はそれぞれ、他のいずれかのダミー配線構造と同一の配線層（少なくとも１層）に形成されている部分を有する。また、少なくとも１つのダミー配線構造は、他のいずれかのダミー配線構造が形成されていない配線層に形成されている部分を有する。

第２の実施形態の特徴は、複数のダミー配線構造のうちの少なくとも２つのダミー配線構造がそれぞれ、最下層の配線層に形成されている部分を有することである。

具体的には、ダミー配線構造５１Ａ及び５１Ｃは第５層配線４０Ｄ〜第７層配線４０Ｆから構成されており、ダミー配線構造５１Ｂは第１層配線３２〜第６層配線４０Ｅから構成されており、ダミー配線構造５１Ｄは第１層配線３２〜第４層配線４０Ｃから構成されており、ダミー配線構造５１Ｅは第１層配線３２〜第４層配線４０Ｃから構成されている。すなわち、ダミー配線構造５１Ｂ、５１Ｄ及び５１Ｅがそれぞれ、最下層の配線層に形成されている部分を有する。

第２の実施形態によると、第１の実施形態と同様の効果に加えて、次のような効果が得られる。第１層（最下層）配線３２上に形成されている、シリコン酸化炭化膜（ＳｉＣＯ膜）からなる第３の絶縁膜３４Ａと炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）からなる第４の絶縁膜３５Ａとの界面は、当該両絶縁膜の機械的性質が大きく異なるために、当該界面の密着性が他の界面と比べて劣ると考えられている。それに対して、本実施形態においては、ダミー配線構造５１Ｂ、５１Ｄ及び５１Ｅのそれぞれのビア部（第１層（最下層）配線３２と第２層配線４０Ａとを接続するビア部）によって、第３の絶縁膜３４Ａと第４の絶縁膜３５Ａとが接続されているため、当該両絶縁膜の界面の密着性を向上させることができる。従って、パッケージ組立時等における機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等をより確実に防止することができる。

尚、第２の実施形態において、チップ強度強化用構造体５を構成する複数のダミー配線構造のうちの一のダミー配線構造が他のダミー配線構造よりも上側に位置しており、且つ一のダミー配線構造と他のダミー配線構造とがそれぞれ、少なくとも２層の同一の配線層に形成されている部分を有する場合には、層間絶縁膜のクラック又は剥離等をより確実に防止するために、次の条件を満たすことが好ましい。すなわち、少なくとも２層の同一の配線層のうちの一の配線層に形成されている一のダミー配線構造の一部分と、少なくとも２層の同一の配線層のうちの他の配線層に形成されている他のダミー配線構造の一部分とは、平面的に見て互いに重なり合っていることが好ましい。具体的には、第２の実施形態においては、図１１に示すように、ダミー配線構造５１Ａとダミー配線構造５１Ｂ、ダミー配線構造５１Ｃとダミー配線構造５１Ｂ、ダミー配線構造５１Ｂとダミー配線構造５１Ｄ、及びダミー配線構造５１Ｂとダミー配線構造５１Ｅはそれぞれ、前述の条件を満たすように互いに重なり合っている。

また、第２の実施形態において、チップ強度強化用構造体５を構成する複数のダミー配線構造のうちの一のダミー配線構造と他のダミー配線構造とは、少なくとも１層の配線層において互いに分離しているならば、その他の配線層において互いに接続していてもよい。

（第２の実施形態の変形例）
以下、本発明の第２の実施形態の変形例に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。

前述のように、第２の実施形態においては、チップ強度強化用構造体５として、例えばダミー配線構造５１Ａ〜５１Ｅ等が設けられていた。

それに対して、本変形例においては、最下層の配線層に形成されている部分を持たないダミー配線構造、例えばダミー配線構造５１Ａ及び５１Ｃ等の全部又は一部を設けない。このようにすると、ダミー配線構造の配置面積を低減しつつ、パッケージ組立時等における機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等を十分に防止することができる。

尚、前述のように、第２の実施形態においては、ダミー配線構造５１Ａとダミー配線構造５１Ｂ、ダミー配線構造５１Ｃとダミー配線構造５１Ｂ、ダミー配線構造５１Ｂとダミー配線構造５１Ｄ、及びダミー配線構造５１Ｂとダミー配線構造５１Ｅはそれぞれ、互いに重なり合うオーバーラップ部を有していた。

それに対して、本変形例においては、これらのダミー配線構造のオーバーラップ部の全部又は一部を設けなくてもよい。このようにすると、ダミー配線構造の配置面積を低減しつつ、各種ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等を十分に防止することができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１２は第３の実施形態に係る半導体装置（具体的には配線構造体が設けられた半導体チップ）におけるチップ領域の左上コーナー部の拡大平面図であって、図１の領域Ｒ（チップ領域の左上コーナー部）の拡大図のバリエーションである。また、図１３は、図１２におけるＢＢ’線の断面図であり、図１４は、図１２におけるＣＣ’線の断面図である。尚、図１２〜図１４において、図１〜図１０に示す第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、説明を省略し又は簡略にする。

図１２〜図１４に示すように、第１の実施形態と同様に、第３の実施形態においても、各チップ領域１の周縁部に、第１層（最下層）配線３２、第２層配線４０Ａ〜第７層配線４０Ｆ及びキャップ４１からなるシールリング４が形成されている。また、チップ領域１のコーナー部におけるシールリング４の外側に、複数のダミー配線構造（例えばダミー配線構造６１及び６２等）からなるチップ強度強化用構造体５が形成されている。ここで、各ダミー配線構造はそれぞれ、最下層及び最上層の配線層のいずれか一方のみを含むか又はいずれも含まない２層以上の配線層に亘ってビア部を介して連続的に形成されている。また、各ダミー配線構造はそれぞれ、他のいずれかのダミー配線構造と同一の配線層（少なくとも１層）に形成されている部分を有する。また、少なくとも１つのダミー配線構造は、他のいずれかのダミー配線構造が形成されていない配線層に形成されている部分を有する。

第３の実施形態の第１の特徴は、チップ強度強化用構造体５を構成する複数のダミー配線構造が、ダミー配線構造６１と、ダミー配線構造６１の最上部よりも下側に最上部を有するダミー配線構造６２とを含み、ダミー配線構造６１及び６２が少なくとも２層（本実施形態では２層）の同一の配線層に形成されている部分を有し、当該２層の同一の配線層のうちの一の配線層に形成されているダミー配線構造６１の一部分と、当該２層の同一の配線層のうちの他の配線層に形成されているダミー配線構造６２の一部分とが、平面的に見て互いに重なり合っていることである。

また、第３の実施形態の第２の特徴は、ダミー配線構造６１及び６２が共に３層以上の配線層に亘ってビア部を介してリング状（断面的に見て）に形成されており、ダミー配線構造６１の一部分が当該リング状のダミー配線構造６２の内側に配置されていると共にダミー配線構造６２の一部分が当該リング状のダミー配線構造６１の内側に配置されていることである。図１５は、リング状のダミー配線構造６１とリング状のダミー配線構造６２とが互いに組み合わせられた様子を模式的に示している。尚、ダミー配線構造６１とダミー配線構造６２とは電気的に接続されていない。

具体的には、ダミー配線構造６１は第４層配線４０Ｃ〜第７層配線４０Ｆから構成されており、ダミー配線構造６２は第１層配線３２〜第５層配線４０Ｄから構成されている。そして、ダミー配線構造６１の第４層配線４０Ｃがリング状のダミー配線構造６２の内側に配置されていると共に、ダミー配線構造６２の第５層配線４０Ｄがリング状のダミー配線構造６１の内側に配置されている。すなわち、ダミー配線構造６１の第４層配線４０Ｃとダミー配線構造６２の第５層配線４０Ｄとは、平面的に見て互いに重なり合っている。

第３の実施形態によると、第１の実施形態と同様の効果に加えて、リング状のダミー配線構造同士を組み合わせることによって、パッケージ組立時等における機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等をより確実に防止することができる。

尚、第３の実施形態において、ダミー配線構造６１及び６２の両方をリング状に形成したが、いずれか一方のみをリング状に形成し且つ当該一方のリング状構造の内側に他方の一部分を配置した場合にも、各種ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等を十分に防止することができる。

また、第３の実施形態においては、ダミー配線構造６１を４層構成でリング状に形成すると共に、ダミー配線構造６２を５層構成でリング状に形成した。しかし、リング状のダミー配線構造を構成するための配線層の数（以下、設置層数と称する）は特に限定されるものではなく、当該ダミー配線構造の設置領域に応じて適宜変化させることができる。また、第３の実施形態においては、ダミー配線構造６１及び６２を共に１重の閉曲線リング状に形成した。しかし、各ダミー配線構造内におけるリング状構造（閉曲線）の数は特に限定されるものではなく、当該ダミー配線構造の設置領域又は設置層数に応じて適宜変化させることができる。すなわち、八の字型又ははしご型等の形状を持つダミー配線構造を設けてもよく、さらには、例えばはしご型の形状を持つダミー配線構造における各リング状構造に対して、その上側又は下側から、他のリング状のダミー配線構造を組み合わせてもよい。また、第３の実施形態においては、断面的に見てリング状に形成されたダミー配線構造同士を組み合わせた。しかし、これに代えて、断面的に見てリング状に形成されたダミー配線構造と、平面的に見てリング状に形成されたダミー配線構造（当該ダミー配線構造については設置層数を１としてもよい）とを組み合わせてもよい。このように、第３の実施形態については種々の変形が可能である。

また、第３の実施形態において、ダミー配線構造６１とダミー配線構造６２とは、少なくとも１層の配線層において互いに分離しているならば、その他の配線層において互いに接続していてもよい。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１６は第４の実施形態に係る半導体装置（具体的には配線構造体が設けられた半導体チップ）におけるチップ領域の左上コーナー部の拡大平面図であって、図１の領域Ｒ（チップ領域の左上コーナー部）の拡大図のバリエーションである。尚、図１６においては、図１〜図１０に示す第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、説明を省略し又は簡略にする。

図１６に示すように、第１の実施形態と同様に、第４の実施形態においても、チップ領域１の周縁部には、回路領域を囲むようにシールリング４が設けられている。シールリング４は、ビア部４ｂと、ビア部４ｂ上に形成された配線部４ａとから構成されるリング状（平面的に見て）のパターンを積層することによって構成されている。また、チップ領域１のコーナー部におけるシールリング４の外側にチップ強度強化用構造体５が設けられている。チップ強度強化用構造体５は複数のダミー配線構造（例えばダミー配線構造５Ａ〜５Ｃ等）から構成されている。尚、チップ強度強化用構造体５の各ダミー配線構造の断面構成は、図１０に示す第１の実施形態と同様であるとする。

第４の実施形態の特徴は、チップ強度強化用構造体５と同様の複数のダミー配線構造から構成されるチップ強度強化用構造体６が、チップ領域１のコーナー部におけるシールリング４の内側（つまり回路領域）に設けられていることである。

第４の実施形態によると、第１の実施形態と同様の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、チップ強度強化用構造体５のダミー配線構造周辺の層間絶縁膜の機械的強度に加えて、チップ強度強化用構造体６のダミー配線構造周辺の層間絶縁膜の機械的強度、特に厚さ方向の強度を増加させることができる。また、配線材料と層間絶縁膜材料との間の応力係数の違いに起因する応力発生部位をチップコーナー部のみならず回路領域にも分散させることができる。従って、パッケージ組立時等における機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等をより確実に防止することができる。

尚、第４の実施形態において、チップ強度強化用構造体５及び６の各ダミー配線構造の断面構成として、図１０に示す第１の実施形態と同様の断面構成を用いた。しかし、これに代えて、他の断面構成、例えば図１１に示す第２の実施形態又は図１３及び図１４に示す第３の実施形態と同様の断面構成を用いてもよい。また、チップ強度強化用構造体６のダミー配線構造の断面構成が、チップ強度強化用構造体５のダミー配線構造の断面構成と異なっていてもよい。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１７は第５の実施形態に係る半導体装置（具体的には配線構造体が設けられた半導体チップ）におけるチップ領域の左上コーナー部の拡大平面図であって、図１の領域Ｒ（チップ領域の左上コーナー部）の拡大図のバリエーションである。尚、図１７においては、図１〜図１０に示す第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、説明を省略し又は簡略にする。

図１７に示すように、第１の実施形態と同様に、第５の実施形態においても、チップ領域１の周縁部には、回路領域を囲むようにシールリング４が設けられている。シールリング４は、ビア部４ｂと、ビア部４ｂ上に形成された配線部４ａとから構成されるリング状（平面的に見て）のパターンを積層することによって構成されている。また、チップ領域１のコーナー部におけるシールリング４の外側にチップ強度強化用構造体５が設けられている。チップ強度強化用構造体５は複数のダミー配線構造（例えばダミー配線構造５Ａ〜５Ｃ等）から構成されている。尚、チップ強度強化用構造体５の各ダミー配線構造の断面構成は、図１０に示す第１の実施形態と同様であるとする。

第５の実施形態の特徴は、チップ強度強化用構造体５と同様の複数のダミー配線構造から構成されるチップ強度強化用構造体６が、チップ領域１のコーナー部におけるシールリング４の内側（つまり回路領域）に設けられていることと、チップ強度強化用構造体５と同様の複数のダミー配線構造から構成されるチップ強度強化用構造体７が、チップ領域１のコーナー部以外の外周部におけるシールリング４の外側に設けられていることである。

第５の実施形態によると、第１の実施形態と同様の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、チップ強度強化用構造体５のダミー配線構造周辺の層間絶縁膜の機械的強度に加えて、チップ強度強化用構造体６及び７のそれぞれのダミー配線構造周辺の層間絶縁膜の機械的強度、特に厚さ方向の強度を増加させることができる。また、配線材料と層間絶縁膜材料との間の応力係数の違いに起因する応力発生部位をチップコーナー部のみならず回路領域及びチップ外周部にも分散させることができる。従って、パッケージ組立時等における機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等をより確実に防止することができる。

尚、第５の実施形態において、チップ強度強化用構造体５〜７の各ダミー配線構造の断面構成として、図１０に示す第１の実施形態と同様の断面構成を用いた。しかし、これに代えて、他の断面構成、例えば図１１に示す第２の実施形態又は図１３及び図１４に示す第３の実施形態と同様の断面構成を用いてもよい。また、チップ強度強化用構造体５〜７のダミー配線構造の断面構成として２種類以上の異なる断面構成を用いてもよい。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１８は第６の実施形態に係る半導体装置（具体的には配線構造体が設けられた半導体チップ）におけるチップ領域の左上コーナー部の拡大平面図であって、図１の領域Ｒ（チップ領域の左上コーナー部）の拡大図のバリエーションである。尚、図１８においては、図１〜図１０に示す第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、説明を省略し又は簡略にする。

図１８に示すように、第１の実施形態と同様に、第６の実施形態においても、チップ領域１の周縁部には、回路領域を囲むようにシールリング４が設けられている。シールリング４は、ビア部４ｂと、ビア部４ｂ上に形成された配線部４ａとから構成されるリング状（平面的に見て）のパターンを積層することによって構成されている。

第６の実施形態の特徴、つまり第１の実施形態と異なっている点は、チップ強度強化用構造体５が、チップ領域１のコーナー部におけるシールリング４の内側に設けられていることである。尚、チップ強度強化用構造体５は複数のダミー配線構造（例えばダミー配線構造５Ａ〜５Ｃ等）から構成されていると共に、チップ強度強化用構造体５の各ダミー配線構造の断面構成は、図１０に示す第１の実施形態と同様であるとする。

ところで、パッケージ組立時等における層間絶縁膜の剥離等は、チップコーナー部を起点として生じる場合が多いが、本実施形態のように、チップコーナー部におけるシールリング４の内側にチップ強度強化用構造体５を設けた場合にも、当該剥離等の不具合を十分に防止することができる。すなわち、第１の実施形態と同様に、ダミー配線構造周辺の層間絶縁膜の機械的強度、特に厚さ方向の強度を増加させることができると共に、配線材料と層間絶縁膜材料との間の応力係数の違いに起因する応力発生部位を分散させることができる。従って、パッケージ組立時等における機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等を確実に防止でき、それによって不良の発生を防止することができる。

尚、第６の実施形態において、チップ強度強化用構造体５の各ダミー配線構造の断面構成として、図１０に示す第１の実施形態と同様の断面構成を用いた。しかし、これに代えて、他の断面構成、例えば図１１に示す第２の実施形態又は図１３及び図１４に示す第３の実施形態と同様の断面構成を用いてもよい。

また、第１〜第６の実施形態及びそれらの変形例において、最下層配線３２に代えて、半導体基板の表面部に設けられた不純物層を用いてもよい。

また、第１〜第６の実施形態及びそれらの変形例において、チップ強度強化用構造体５〜７を構成する複数のダミー配線構造に代えて、当該各ダミー配線構造と同様にレイアウトされており且つ信号線又は電源線として使用される配線構造を用いてもよい。

また、第１〜第６の実施形態及びそれらの変形例において、層間絶縁膜のクラック又は剥離等をより確実に防止するために、チップ強度強化用構造体５〜７を構成する複数のダミー配線構造のうちの少なくとも１つのダミー配線構造は、少なくとも１層の配線層において一の方向に延びる一の部分と、当該配線層において当該一の部分と接続されており且つ他の方向に延びる他の部分とを有することが好ましい。

以上に説明したように、本発明は、３層以上の配線層を有する半導体装置に関し、特に、低誘電率誘電体材料などからなる層間絶縁膜を用いた多層配線構造を有する半導体装置に適用した場合には、機械的ストレス又は熱的ストレスに起因する層間絶縁膜のクラック又は剥離等を確実に防止できるという効果が得られ、非常に有用である。

図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図２は図１の領域Ｒ（チップ領域の左上コーナー部）の拡大図である。 図３は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図４は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図５は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図６は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図７は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図８は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図９は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図１０は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図１１は本発明の第２実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図１２は本発明の第３実施形態に係る半導体装置におけるチップ領域の左上コーナー部の拡大平面図である。 図１３は図１２におけるＢＢ’線の断面図である。 図１４は図１２におけるＣＣ’線の断面図である。 図１５は本発明の第３実施形態に係る半導体装置のチップ強度強化用構造体を構成するリング状のダミー配線構造同士を組み合わせた様子を模式的に示す図である。 図１６は本発明の第４実施形態に係る半導体装置におけるチップ領域の左上コーナー部の拡大平面図である。 図１７は本発明の第５実施形態に係る半導体装置におけるチップ領域の左上コーナー部の拡大平面図である。 図１８は本発明の第６実施形態に係る半導体装置におけるチップ領域の左上コーナー部の拡大平面図である。

符号の説明

１ チップ領域
２ スクライブ領域
３ アルミパッド
４ シールリング
４ａ 配線部
４ｂ ビア部
５〜７ チップ強度強化用構造体
５Ａ〜５Ｅ、５１Ａ〜５１Ｅ、６１、６２ ダミー配線構造
３１ 第１の絶縁膜
３２、４０Ａ〜４０Ｆ 銅配線
３２ａ、３８Ａ〜３８Ｆ 多層膜
３２ｂ、３９Ａ〜３９Ｆ 銅膜
３３Ａ〜３３Ｆ 第２の絶縁膜
３４Ａ〜３４Ｆ 第３の絶縁膜
３５Ａ〜３５Ｆ 第４の絶縁膜
３６Ａ〜３６Ｆ 第５の絶縁膜
３７ａ ビアホール
３７ｂ 配線溝
４１ キャップ
４２ 第６の絶縁膜

Claims (13)

1. 半導体基板上の層間絶縁膜中に積層された少なくとも３層以上の配線層を有する半導体装置であって、
   前記半導体基板のチップ領域の外周部に設けられたシールリングと、
   前記チップ領域における前記シールリングの近傍に設けられたチップ強度強化用構造体とを備え、
   前記チップ強度強化用構造体は複数のダミー配線構造から構成されており、
   前記複数のダミー配線構造はそれぞれ、最下層及び最上層の配線層のいずれか一方のみを含むか又はいずれも含まない２層以上の配線層に亘ってビア部を介して連続的に形成されており、
   前記複数のダミー配線構造のうちの一対のダミー配線構造の少なくとも一方は、他方が形成されていない配線層に形成されている部分を有することを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記複数のダミー配線構造のうちの少なくとも２つのダミー配線構造はそれぞれ、少なくとも１層の同一の配線層に形成されている部分を有することを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１又は２に記載の半導体装置において、
   前記層間絶縁膜は、シリコン窒化炭化膜と、前記シリコン窒化炭化膜の上側に形成された炭素含有シリコン酸化膜とを含むことを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記複数のダミー配線構造のうちの少なくとも２つのダミー配線構造はそれぞれ、最下層の配線層に形成されている部分を有することを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記複数のダミー配線構造のうちの少なくとも１つのダミー配線構造は、少なくとも１層の配線層において一の方向に延びる一の部分と、当該配線層において当該一の部分と接続されており且つ他の方向に延びる他の部分とを有することを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記複数のダミー配線構造は、第１のダミー配線構造と、前記第１のダミー配線構造の最上部よりも下側に最上部を有する第２のダミー配線構造とを含み、
   前記第１のダミー配線構造と前記第２のダミー配線構造とはそれぞれ、少なくとも２層の同一の配線層に形成されている部分を有し、
   前記少なくとも２層の同一の配線層のうちの一の配線層に形成されている前記第１のダミー配線構造の一部分と、前記少なくとも２層の同一の配線層のうちの他の配線層に形成されている前記第２のダミー配線構造の一部分とは、平面的に見て互いに重なり合っていることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項６に記載の半導体装置において、
   前記第２のダミー配線構造は３層以上の配線層に亘ってビア部を介して断面的に見てリング状に形成されており、
   前記第１のダミー配線構造の一部分は、リング状の前記第２のダミー配線構造の内側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項７に記載の半導体装置において、
   前記第１のダミー配線構造は３層以上の配線層に亘ってビア部を介して断面的に見てリング状に形成されており、
   前記第２のダミー配線構造の一部分は、リング状の前記第１のダミー配線構造の内側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記複数のダミー配線構造はそれぞれ銅を含むことを特徴とする半導体装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記複数のダミー配線構造は、前記チップ領域のコーナー部における前記シールリングの外側に設けられていることを特徴とする半導体装置。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記複数のダミー配線構造は、前記チップ領域のコーナー部における前記シールリングの外側及び内側にそれぞれ設けられていることを特徴とする半導体装置。
12. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記複数のダミー配線構造は、前記チップ領域のコーナー部における前記シールリングの外側及び内側並びに前記チップ領域のコーナー部以外の外周部における前記シールリングの外側にそれぞれ設けられていることを特徴とする半導体装置。
13. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記複数のダミー配線構造は、前記チップ領域のコーナー部における前記シールリングの内側に設けられていることを特徴とする半導体装置。

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