JP4855973B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、チップ領域の周囲を取り囲むように形成されたシールリングを有する半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having a seal ring formed so as to surround the periphery of a chip region and a method for manufacturing the same.
一般的に、半導体装置は、例えばシリコンなどの半導体ウェハ上に、複数の素子から構成され且つ所定の機能を有する多数のIC回路をマトリックス状に配置することによって作られる。 Generally, a semiconductor device is manufactured by arranging a large number of IC circuits composed of a plurality of elements and having a predetermined function on a semiconductor wafer such as silicon.
また、ウェハ上において多数配置されたチップ領域同士の間は、格子状に設けられたスクライブ領域(スクライブライン)によって隔てられている。半導体製造工程を経て1枚のウェハ上に多数のチップ領域を形成した後、該ウェハはスクライブ領域に沿って個々のチップにダイシングされ、それによって半導体装置が形成される。 Further, a large number of chip areas arranged on the wafer are separated from each other by a scribe area (scribe line) provided in a lattice shape. After a large number of chip regions are formed on a single wafer through a semiconductor manufacturing process, the wafer is diced into individual chips along the scribe region, thereby forming a semiconductor device.
しかし、ウェハをダイシングして個々のチップに分割する時、スクライブライン周辺のチップ領域が機械的衝撃を受け、その結果、分離されたチップつまり半導体装置のダイシング断面に部分的にクラックや欠けが生じる場合がある。 However, when the wafer is diced and divided into individual chips, the chip area around the scribe line is subjected to a mechanical shock, resulting in partial cracks and chipping in the dicing section of the separated chip, that is, the semiconductor device. There is a case.
この問題に対して特許文献1では、チップ領域の周囲にリング状の防御壁であるシールリングを設けることにより、ダイシング時にチップ領域をクラックが伝播することを防止する技術が提案されている。
With respect to this problem,
図19は、従来のシールリングを有する半導体装置(ウェハに作り込まれている状態)の断面構造を示している。 FIG. 19 shows a cross-sectional structure of a semiconductor device having a conventional seal ring (in a state of being built in a wafer).
図19に示すように、ウェハよりなる基板1上には、スクライブ領域3によって区画されたチップ領域2が設けられている。基板1上には複数の層間絶縁膜5〜10の積層構造が形成されている。基板1におけるチップ領域2には、素子を構成する活性層20が形成されている。層間絶縁膜5には、活性層20と接続するプラグ(ビア)21が形成され、層間絶縁膜6には、プラグ21と接続する配線22が形成され、層間絶縁膜7には、配線22と接続するプラグ23が形成され、層間絶縁膜8には、プラグ23と接続する配線24が形成され、層間絶縁膜9には、配線24と接続するプラグ25が形成され、層間絶縁膜10には、プラグ25と接続する配線26が形成されている。
As shown in FIG. 19, a chip region 2 partitioned by a scribe region 3 is provided on a
また、図19に示すように、チップ領域2の周縁部における複数の層間絶縁膜5〜10の積層構造には、該積層構造を貫通し且つチップ領域2を連続的に取り囲むシールリング4が形成されている。シールリング4は、例えば特許文献1に示すように、配線形成用マスクとビア形成用マスクとを交互に用いて形成される。具体的には、シールリング4は、基板1に形成された導電層30と、層間絶縁膜5に形成され且つ導電層30と接続するシールビア31と、層間絶縁膜6に形成され且つシールビア31と接続するシール配線32と、層間絶縁膜7に形成され且つシール配線32と接続するシールビア33と、層間絶縁膜8に形成され且つシールビア33と接続するシール配線34と、層間絶縁膜9に形成され且つシール配線34と接続するシールビア35と、層間絶縁膜10に形成され且つシールビア35と接続するシール配線36とから構成されている。尚、本願においては、シールリングのうち配線形成用マスクによって形成される部分をシール配線、シールリングのうちビア形成用マスクによって形成される部分をシールビアと称する。
Further, as shown in FIG. 19, in the laminated structure of the plurality of interlayer insulating films 5 to 10 at the peripheral portion of the chip region 2, a
さらに、図19に示すように、配線(22、24、26)とビア(21、23、25)とシールリング4とが設けられた、複数の層間絶縁膜5〜10の積層構造の上にはパッシベーション膜11が設けられている。パッシベーション膜11は、配線26上に開口部を有すると共に該開口部には配線26と接続するパッド27が形成されている。
Further, as shown in FIG. 19, on the laminated structure of a plurality of interlayer insulating films 5 to 10 provided with wirings (22, 24, 26), vias (21, 23, 25) and a
尚、特許文献1に示す半導体装置においては、シールリング上のパッシベーション膜も開口されており、それによりシールリング上部が露出している。
しかしながら、従来の半導体装置においては、ウェハのダイシング時の衝撃によってパッシベーション膜に剥がれが生じたり又は該衝撃がパッシベーション膜を伝搬してチップ領域の内部へ伝わったりするという問題があった。 However, the conventional semiconductor device has a problem that the passivation film is peeled off due to an impact when dicing the wafer, or the impact propagates through the passivation film and is transmitted to the inside of the chip region.
また、特許文献1に示す半導体装置のように、シールリング上のパッシベーション膜が開口されており、該開口部においてシールリング上部が露出している場合には、外部からの水分等が、シールリングにより囲まれた領域内に侵入することを十分に防ぐことができない。
In addition, as in the semiconductor device disclosed in
ところで、半導体素子及びそれらと接続する配線の微細化に伴う配線間容量の増大、つまり半導体装置の処理速度の低下を防ぐため、低誘電率の層間絶縁膜を用いて配線間容量の増大を防止する技術が開発されている。 By the way, in order to prevent an increase in inter-wiring capacitance accompanying the miniaturization of semiconductor elements and wirings connected thereto, that is, a reduction in the processing speed of a semiconductor device, an increase in inter-wiring capacitance is prevented by using a low dielectric constant interlayer insulating film. Technology has been developed.
しかし、一般的に低誘電率の層間絶縁膜の機械的強度が低いため、低誘電率の層間絶縁膜におけるダイシング時に生じる応力に対する耐性は、従来使用されてきた材料よりなる層間絶縁膜と比べて不十分である。その結果、低誘電率の層間絶縁膜はダイシング時により損傷を受けやすい。従って、このような低誘電率の層間絶縁膜を用いた半導体装置において、従来のようにビア形成用マスクと配線形成用マスクとを交互に用いてシールリングをチップ領域の周辺に設けたとしても、ダイシング時の衝撃を十分に防ぐことはできない。具体的には、ビア形成用マスクと配線形成用マスクとを交互に用いて形成された従来のシールリングは多数のパーツから構成されるため、パーツとパーツとのつなぎ目(例えばシールビアとシール配線とのつなぎ目)が多くなる。また、パーツ同士のつなぎ目が多くなるに従って、パーツ同士が接続されない箇所が生じやすくなる。その結果、これらのつなぎ目(又はパーツ同士が接続されない箇所)が衝撃の通り道となるので、ダイシング時に生じるクラック等がチップ領域内へ伝播することを防止することができない。 However, since the mechanical strength of the low dielectric constant interlayer insulating film is generally low, the resistance to stress generated during dicing in the low dielectric constant interlayer insulating film is higher than that of an interlayer insulating film made of a conventionally used material. It is insufficient. As a result, the low dielectric constant interlayer insulating film is more susceptible to damage during dicing. Therefore, in such a semiconductor device using an interlayer insulating film having a low dielectric constant, even if a seal ring is provided around the chip region by alternately using a via forming mask and a wiring forming mask as in the prior art. The impact during dicing cannot be sufficiently prevented. Specifically, since a conventional seal ring formed by alternately using a via formation mask and a wiring formation mask is composed of a large number of parts, the joint between the parts (for example, a seal via and a seal wiring) More joints). Further, as the number of joints between parts increases, a part where the parts are not connected to each other is likely to occur. As a result, these joints (or parts where the parts are not connected to each other) serve as a path of impact, so that it is impossible to prevent cracks and the like generated during dicing from propagating into the chip region.
前記に鑑み、本発明は、ウェハを個々のチップに分割する際のダイシングによってチップ(半導体装置)側面に生じる欠けや割れ等がチップ領域内に伝播することを防止し、それにより半導体装置の耐湿性及び信頼性の低下を防止することを目的とする。 In view of the above, the present invention prevents chipping or cracking that occurs on the side surface of a chip (semiconductor device) due to dicing when the wafer is divided into individual chips from being propagated into the chip region, thereby preventing moisture resistance of the semiconductor device. The purpose is to prevent deterioration of reliability and reliability.
前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、基板におけるチップ領域に形成された素子と、前記基板上に形成された複数の層間絶縁膜の積層構造と、前記チップ領域の周縁部における前記複数の層間絶縁膜の積層構造に該積層構造を貫通し且つ前記チップ領域を連続的に取り囲むように形成されたシールリングと、前記複数の層間絶縁膜の積層構造の上に形成された保護膜とを備え、前記保護膜は前記シールリング上に第1の開口部を有すると共に該第1の開口部には前記シールリングと接するキャップ層が形成され、前記シールリングは、前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つにおいて互いに隣り合う2以上のライン状構造のシールビアを含み、当該ライン状構造のシールビアのそれぞれは前記シールリングを構成している同一のシール配線に接続されている。ここで、前記チップ領域における前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つに形成された配線と、前記チップ領域における前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つに形成され且つ前記素子と前記配線とを接続するか又は前記配線同士を接続するプラグとをさらに備え、前記チップ領域における前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つには、前記配線と該配線に接続された前記プラグとが一体化した構造を持つデュアルダマシン配線が形成され、前記シールリングにおける前記デュアルダマシン配線が設けられている層間絶縁膜に形成されている部分は一体的に構成されていてもよい。また、前記保護膜は前記配線上に第2の開口部を有すると共に該第2の開口部には前記配線と接するパッド電極が形成されていてもよい。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes an element formed in a chip region of a substrate, a stacked structure of a plurality of interlayer insulating films formed on the substrate, and a peripheral edge of the chip region. A seal ring formed so as to penetrate the multilayer structure and continuously surround the chip region, and a multilayer structure of the plurality of interlayer insulating films. The protective film has a first opening on the seal ring, and a cap layer in contact with the seal ring is formed in the first opening. Two or more line-shaped seal vias adjacent to each other in at least one of the interlayer insulating films, and each of the line-shaped seal vias constitutes the seal ring Are connected to the same seal lines are. Here, the wiring formed in at least one of the plurality of interlayer insulating films in the chip region, the wiring formed in at least one of the plurality of interlayer insulating films in the chip region, and the element and the A plug connecting the wirings or connecting the wirings to each other, and at least one of the plurality of interlayer insulating films in the chip region includes the wirings and the plugs connected to the wirings. Dual damascene wiring having an integrated structure may be formed, and a portion of the seal ring formed in the interlayer insulating film provided with the dual damascene wiring may be integrally formed. The protective film may have a second opening on the wiring, and a pad electrode in contact with the wiring may be formed in the second opening.
本発明の半導体装置によると、パッシベーション膜等の保護膜がシールリング上に開口部を有するため、言い換えると、チップ領域の周縁部において保護膜が部分的に不連続に形成されているため、ウェハのダイシング時の衝撃によってチップ領域の保護膜まで連続的に剥がれてしまうことを防止することができる。また、チップ領域の外側で保護膜が受けた衝撃が該保護膜を伝搬してチップ領域の内部へ伝わることを防止することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the protective film such as a passivation film has an opening on the seal ring, in other words, the protective film is partially discontinuously formed at the peripheral portion of the chip region. It is possible to prevent the protective film in the chip area from being peeled off continuously due to the impact during dicing. Further, it is possible to prevent an impact received by the protective film outside the chip region from propagating through the protective film and being transmitted to the inside of the chip region.
また、シールリングの少なくとも一部分は、デュアルダマシン配線が設けられている層間絶縁膜において一体的に構成されているため、言い換えると、該一部分は「つなぎ目」のない構造を有するため、シールリング全体におけるパーツ同士の「つなぎ目」の数を低減することができる。従って、ダイシング時に生じるクラック等が「つなぎ目」を経由してチップ領域内へ伝播することを防止することができると共に、シールリングの外側からチップ領域内へ不純物等が侵入することを防止することができる。 In addition, since at least a part of the seal ring is integrally formed in the interlayer insulating film provided with the dual damascene wiring, in other words, the part has a structure without a “seam”, so that The number of “joints” between parts can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent cracks and the like generated during dicing from propagating into the chip region via the “joint” and to prevent impurities from entering the chip region from the outside of the seal ring. it can.
さらに、シールリング上の保護膜の開口部にはキャップ層(例えば導電体からなるキャップ層)が埋め込まれており、該キャップ層とシールリング本体との連続構造が形成されている。このため、キャップ層が設けられていない場合と比べて、ダイシングの際にスクライブ領域から侵入した水分や不純物がチップ領域周縁部つまりスクライブ領域近傍の保護膜の開口部を経由してチップ領域内に侵入することを防ぐことができる。 Further, a cap layer (for example, a cap layer made of a conductor) is embedded in the opening of the protective film on the seal ring, and a continuous structure of the cap layer and the seal ring body is formed. For this reason, compared to the case where no cap layer is provided, moisture and impurities that have entered from the scribe region during dicing may enter the chip region via the periphery of the chip region, that is, the opening of the protective film in the vicinity of the scribe region. Intrusion can be prevented.
また、本発明の半導体装置において、シールリングは、複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つにおいて互いに隣り合う2以上のライン状構造のシールビアを有するため、シールリングを構成するパーツ同士が、2以上の枝(各枝もシールリングのパーツとなる)を介して接続された構造が得られる。具体的には、ある層においてはこの部分的なシールリングの2重(又は3重以上)構造によってチップ領域が囲まれる。また、当該層では複数の枝の重ね合わせによって一体のシールリングが構成されるため、該シールリングは機械的に強固な構造を持つこととなる。従って、ダイシング時に生じる応力によってスクライブ領域の層間絶縁膜が破壊されたとしても、シールリングは、スクライブ領域での層間絶縁膜の破壊がチップ領域方向へ進行する際の防護壁として機能し又はダイシング時の衝撃がチップ領域の層間絶縁膜中を伝播することを防止する。 In the semiconductor device of the present invention, the seal ring has two or more line-shaped seal vias adjacent to each other in at least one of the plurality of interlayer insulating films. A structure connected through the above branches (each branch also becomes a part of the seal ring) is obtained. Specifically, in a certain layer, the chip region is surrounded by a double (or triple) structure of the partial seal ring. In addition, since the integral seal ring is formed by overlapping a plurality of branches in the layer, the seal ring has a mechanically strong structure. Therefore, even if the interlayer insulating film in the scribe region is broken due to stress generated during dicing, the seal ring functions as a protective wall when the breakdown of the interlayer insulating film in the scribe region proceeds toward the chip region or during dicing. Is prevented from propagating through the interlayer insulating film in the chip region.
本発明の半導体装置において、前記シールリングの少なくとも一部分は、前記複数の層間絶縁膜のうちの1つの層間絶縁膜又は互いに積層された少なくとも2層以上の層間絶縁膜に亘って設けられた凹部に埋め込まれており、前記凹部のアスペクト比は3以上であることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, at least a part of the seal ring is formed in a recess provided across one interlayer insulating film of the plurality of interlayer insulating films or at least two interlayer insulating films stacked on each other. It is embedded and it is preferable that the aspect ratio of the said recessed part is 3 or more.
このようにすると、シールリング全体におけるパーツ同士の「つなぎ目」の数を確実に低減することができる。 In this way, the number of “joints” between parts in the entire seal ring can be reliably reduced.
本発明の半導体装置において、前記シールリングは、前記チップ領域を2重以上に取り囲んでいることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the seal ring surrounds the chip region twice or more.
このようにすると、チップ領域とその周囲を囲むように形成されたスクライブ領域との間に、チップ領域を取り囲む第1のシールリング(内側のシールリング)と、第1のシールリングを取り囲み且つ第1のシールリングと電気的に絶縁された少なくとも1つのシールリング(外側のシールリング)とが形成される。よって、第1のシールリングの外側のシールリングが、ダイシング時にダイシング装置のブレードからの応力に起因して割れやクラック等の損傷を受けたとしても、チップ領域内へ衝撃が進行することを第1のシールリングによって防御することができる。また、仮に第1のシールリングの外側のシールリングが破壊されたとしても、該外側のシールリングに対して第1のシールリングが独立して配置されているため、チップ領域内へ水分や汚染物質が侵入することを第1のシールリングによって防止することができる。 In this case, the first seal ring (inner seal ring) that surrounds the chip region and the first seal ring that surrounds the chip region and the scribe region that is formed to surround the periphery of the chip region and the first seal ring One seal ring and at least one seal ring (outer seal ring) that are electrically insulated are formed. Therefore, even if the outer seal ring of the first seal ring is damaged due to stress from the blade of the dicing device during dicing, the impact will proceed into the chip region. It can be protected by one seal ring. Further, even if the outer seal ring of the first seal ring is destroyed, the first seal ring is disposed independently of the outer seal ring, so that moisture and contamination are introduced into the chip region. Intrusion of the substance can be prevented by the first seal ring.
シールリングが、チップ領域を2重以上に取り囲んでいる場合、前記保護膜は、前記2重以上のシールリングのうち最も外側のシールリング上のみに前記第1の開口部を有すると共に該第1の開口部には前記最も外側のシールリングと接する前記キャップ層が形成されていてもよい。或いは、前記2重以上のシールリングのそれぞれは、前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つにおいて互いに隣り合う2以上のライン状構造のシールビアを含み、当該ライン状構造のシールビアのそれぞれは、前記2重以上のシールリングのうち対応するシールリングを構成している同一のシール配線に接続されていてもよい。 When the seal ring surrounds the chip region twice or more, the protective film has the first opening only on the outermost seal ring of the double or more seal rings and the first opening. The cap layer in contact with the outermost seal ring may be formed in the opening. Alternatively, each of the two or more seal rings includes two or more line-shaped seal vias adjacent to each other in at least one of the plurality of interlayer insulating films, and each of the line-shaped seal vias includes: You may connect to the same seal wiring which comprises the corresponding seal ring among the said 2 or more seal rings.
本発明の半導体装置において、シールリングの側部に複数の突起部が設けられていることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that a plurality of protrusions are provided on the side of the seal ring.
このようにすると、ウェハのダイシング時にダイシング装置のブレードと保護膜等の膜とが接触することによって生じる衝撃及び応力並びにそれらに起因して生じたウェハのクラック等が、シールリングの側面(スクライブ領域と対向する面)に沿って進行することを防ぐことができる。 In this way, the impact and stress caused by the contact between the blade of the dicing device and the film such as the protective film at the time of dicing the wafer and the cracks of the wafer caused by the impact and stress are caused by the side surface of the seal ring (scribe region Can be prevented from proceeding along the surface).
本発明の半導体装置において、シールリングは、基板の上側から見て凹凸を有していることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the seal ring preferably has irregularities when viewed from above the substrate.
このようにすると、ウェハのダイシング時にダイシング装置のブレードと保護膜等の膜とが接触することによって生じる衝撃及び応力並びにそれらに起因して生じたウェハのクラック等が、シールリングの側面に沿って進行することを防ぐことができる。 In this way, the impact and stress caused by the contact between the blade of the dicing device and the film such as the protective film at the time of dicing the wafer and the cracks or the like of the wafer caused by them are caused along the side surface of the seal ring. It can be prevented from progressing.
本発明の半導体装置において、前記シールリングは、W、Al及びCuのうちの少なくとも1つから構成されていてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the seal ring may be composed of at least one of W, Al, and Cu.
本発明の半導体装置において、前記キャップ層はAlから構成されていると、シールリング(特にCuから構成されたシールリング)の腐食を確実に防止することができる。 In the semiconductor device of the present invention, when the cap layer is made of Al, corrosion of the seal ring (especially a seal ring made of Cu) can be reliably prevented.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板におけるチップ領域に素子を形成する工程(a)と、前記基板上に、前記チップ領域を連続的に取り囲むシールビア及びシール配線の少なくとも一方を有する層間絶縁膜が複数積層された複数の層間絶縁膜の積層構造と、前記シールビア及び前記シール配線の少なくとも一方からなり且つ前記複数の層間絶縁膜の積層構造を貫通するシールリングとを形成する工程(b)と、前記複数の層間絶縁膜の積層構造の上に保護膜を形成する工程(c)と、前記保護膜における前記シールリング上の領域に第1の開口部を形成すると共に、前記第1の開口部に前記シールリングと接するキャップ層を形成する工程(d)とを備え、前記工程(b)において、前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つにおいて互いに隣り合う2以上のライン状構造のシールビアを形成し、当該ライン状構造のシールビアのそれぞれを前記シールリングを構成している同一のシール配線に接続する。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming an element in a chip region on a substrate, and an interlayer insulation having at least one of a seal via and a seal wiring continuously surrounding the chip region on the substrate. (B) forming a stacked structure of a plurality of interlayer insulating films in which a plurality of films are stacked, and a seal ring that includes at least one of the seal via and the seal wiring and penetrates the stacked structure of the plurality of interlayer insulating films And (c) forming a protective film on the laminated structure of the plurality of interlayer insulating films, forming a first opening in a region on the seal ring in the protective film, and the first Forming a cap layer in contact with the seal ring at the opening, and in the step (b), at least one of the plurality of interlayer insulating films There forms a seal via two or more line-shaped structure adjacent to each other to connect the respective seal via of the line-like structure in the same seal lines constituting the seal ring.
すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前述の本発明の半導体装置を製造するための方法であるため、前述の本発明の半導体装置と同様の効果が得られる。 That is, since the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention, the same effects as those of the semiconductor device according to the present invention can be obtained.
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程(b)において、前記チップ領域における前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つに配線を形成すると共に、前記チップ領域における前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つに前記素子と前記配線とを接続するか又は前記配線同士を接続するプラグを形成し、前記チップ領域における前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つには、前記配線と該配線に接続された前記プラグとが一体化した構造を持つデュアルダマシン配線が形成され、前記デュアルダマシン配線が設けられている層間絶縁膜に形成されている前記シールビア及び前記シール配線の少なくとも一方は一体的に構成されていてもよい。また、前記工程(d)において、前記保護膜における前記配線上の領域に第2の開口部を形成すると共に、該第2の開口部に前記配線と接するパッド電極を形成してもよい。さらに、前記工程(b)において、前記シールリングを、前記チップ領域を2重以上に取り囲むように形成してもよい。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step (b), a wiring is formed in at least one of the plurality of interlayer insulating films in the chip region, and the plurality of interlayer insulations in the chip region. At least one of the plurality of interlayer insulating films in the chip region is formed by connecting a plug for connecting the element and the wiring to at least one of the films or connecting the wirings to each other. A dual damascene wiring having a structure in which the wiring and the plug connected to the wiring are integrated is formed, and at least the seal via and the seal wiring formed in the interlayer insulating film in which the dual damascene wiring is provided One may be integrally formed. In the step (d), a second opening may be formed in a region on the wiring in the protective film, and a pad electrode in contact with the wiring may be formed in the second opening. Furthermore, in the step (b), the seal ring may be formed so as to surround the chip region more than twice.
前記工程(b)において、前記シールリングを、前記チップ領域を2重以上に取り囲むように形成する場合、前記工程(d)において、前記2重以上のシールリングのうち最も外側のシールリング上の領域のみに前記第1の開口部を形成すると共に、該第1の開口部に前記最も外側のシールリングと接する前記キャップ層を形成してもよい。或いは、前記工程(b)において、前記2重以上のシールリングのそれぞれの構成要素として、前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つにおいて互いに隣り合う2以上のライン状構造のシールビアを形成し、当該ライン状構造のシールビアのそれぞれを、前記2重以上のシールリングのうち対応するシールリングを構成している同一のシール配線に接続してもよい。 In the step (b), when the seal ring is formed so as to surround the chip region twice or more, in the step (d), on the outermost seal ring of the double or more seal rings. The first opening may be formed only in the region, and the cap layer in contact with the outermost seal ring may be formed in the first opening. Alternatively, in the step (b), two or more line-shaped seal vias adjacent to each other in at least one of the plurality of interlayer insulating films are formed as respective components of the double or more seal rings. Each of the seal vias of the line structure may be connected to the same seal wiring constituting the corresponding seal ring among the two or more seal rings.
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、基板におけるチップ領域に形成された素子と、基板上に形成された複数の層間絶縁膜の積層構造と、チップ領域における複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つに形成された配線と、チップ領域における複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つに形成され且つ素子と配線とを接続するか又は配線同士を接続するプラグと、チップ領域の周縁部における複数の層間絶縁膜の積層構造に該積層構造を貫通し且つチップ領域を連続的に取り囲むように形成されたシールリングとを備えた半導体装置の製造方法であって、具体的には、複数の層間絶縁膜のうちの一の絶縁膜に該一の絶縁膜を貫通するように、プラグを埋め込むための第1の凹部、及びシールリングの一部分を埋め込むための第2の凹部を形成する工程と、一の絶縁膜の上部に、第1の凹部と接続し且つ配線を埋め込むための第3の凹部を形成する工程と、第1の凹部、第2の凹部及び第3の凹部に導電膜を埋め込むことによって、プラグと配線とが一体化した構造を持つデュアルダマシン配線、及びシールリングの一部分を形成する工程と、配線とプラグとシールリングとが設けられた複数の層間絶縁膜の積層構造の上に保護膜を形成する工程と、保護膜におけるシールリング上の領域に開口部を形成すると共に、開口部にシールリングと接続するキャップ層を形成する工程とを備えている。 Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an element formed in a chip region of a substrate, a stacked structure of a plurality of interlayer insulating films formed on the substrate, and a plurality of interlayer insulating films in the chip region. A wiring formed in at least one of the semiconductor chip, a plug formed in at least one of the plurality of interlayer insulating films in the chip region and connecting the element and the wiring or connecting the wirings, and a peripheral edge of the chip region And a seal ring formed so as to continuously penetrate the chip region and the chip region continuously in a laminated structure of a plurality of interlayer insulating films in the part, specifically, A first recess for embedding the plug and a second recess for embedding a part of the seal ring so as to penetrate one insulating film of the plurality of interlayer insulating films A step of forming, a step of forming a third recess for connecting to the first recess and embedding the wiring on the upper portion of the one insulating film, a first recess, a second recess, and a third recess A dual damascene wiring having a structure in which the plug and the wiring are integrated by embedding the conductive film in the substrate, a step of forming a part of the seal ring, and a plurality of interlayer insulating films provided with the wiring, the plug and the seal ring Forming a protective film on the laminated structure, and forming an opening in a region of the protective film on the seal ring and forming a cap layer connected to the seal ring in the opening.
すなわち、本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、前述の本発明の半導体装置を製造するための方法であるため、前述の本発明の半導体装置と同様の効果が得られる。 That is, since the other method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention, the same effects as those of the semiconductor device according to the present invention can be obtained.
本発明の他の半導体装置の製造方法において、第2の凹部のアスペクト比は3以上であると、シールリング全体におけるパーツ同士の「つなぎ目」の数を確実に低減することができる。 In another method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, when the aspect ratio of the second recess is 3 or more, the number of “joints” between parts in the entire seal ring can be reliably reduced.
本発明の他の半導体装置の製造方法において、複数の層間絶縁膜のうち一の絶縁膜と積層された他の絶縁膜に、前記シールリングの他の部分を埋め込むための第4の凹部を前記第2の凹部と接続するように形成する工程をさらに備えていてもよい。 In another method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a fourth recess for embedding another part of the seal ring in another insulating film laminated with one insulating film among a plurality of interlayer insulating films is provided. You may further provide the process formed so that it may connect with a 2nd recessed part.
以上に説明したように、本発明によると、チップ領域と、該チップ領域の周縁部に設けられ且つチップ領域の素子や配線層等の周囲を囲むシールリングとを備えた半導体装置において、パーツ同士の「つなぎ目」の少ないシールリングが設けられていると共に、シールリング上の保護膜が開口されて該開口部にキャップ層が設けられている。また、このような構造を持つシールリングは、部分的に枝分かれ構造(シールリングの途中を橋渡しする少なくとも2個の導電体)を有していてもよいし、又はチップ領域を2重以上に取り囲む構造(チップ領域の周縁部に形成された第1のシールリングと、該第1のシールリングの周囲を取り囲むように形成された少なくとも1つのシールリングとからなる構造)を有していてもよい。 As described above, according to the present invention, in a semiconductor device including a chip region and a seal ring that is provided at a peripheral portion of the chip region and surrounds the periphery of the elements, wiring layers, and the like in the chip region, A seal ring with few “joints” is provided, a protective film on the seal ring is opened, and a cap layer is provided in the opening. Further, the seal ring having such a structure may have a partially branched structure (at least two conductors that bridge the middle of the seal ring), or surround the chip region more than twice. It may have a structure (a structure comprising a first seal ring formed at the peripheral edge of the chip region and at least one seal ring formed so as to surround the periphery of the first seal ring). .
前述の本発明の特徴によって、ウェハから個々のチップ(半導体装置)を取り出す際のダイシングによって生じるウェハの欠けや割れ等がチップ領域内に至ることを防ぐことができ、それにより半導体装置の耐湿性及び信頼性の低下を防止することができる。 With the above-described features of the present invention, it is possible to prevent the chipping or cracking of the wafer caused by dicing when taking out individual chips (semiconductor devices) from the wafer from reaching the chip region, and thereby the moisture resistance of the semiconductor device. Further, it is possible to prevent a decrease in reliability.
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第1の特徴は、配線構造の形成と同じ工程においてシールリングを形成すると共にシールリングの形成工程においてもデュアルダマシン法を活用することである。これにより、シングルダマシン法を用いる場合と比べて、パーツ同士の「つなぎ目」の少ないシールリングを形成することができる。尚、本願において、配線とプラグ(配線同士又は配線と素子とを接続する)とが積層された構造を配線構造と称する。 The first feature of the present invention is that the seal ring is formed in the same process as the formation of the wiring structure and the dual damascene method is also used in the process of forming the seal ring. As a result, it is possible to form a seal ring with few “joints” between parts compared to the case of using the single damascene method. In the present application, a structure in which wirings and plugs (wirings or wirings and elements are connected) is referred to as a wiring structure.
また、本発明の第2の特徴は、シールリングの最上部を覆うパッシベーション膜(例えばSiN膜)を部分的に開口すると共に該開口部分にキャップを設けることである。これにより、ダイシング時にパッシベーション膜が受けた衝撃がチップ領域内に伝播することを防ぐことができる(第1の実施形態参照)。 The second feature of the present invention is that a passivation film (for example, SiN film) covering the uppermost portion of the seal ring is partially opened and a cap is provided at the opening. This can prevent the impact received by the passivation film during dicing from propagating into the chip region (see the first embodiment).
また、本発明の第3の特徴は、シールリングの構造において部分的に2以上に枝分かれした構造を設けると共に、該部分的に2以上に枝分かれした構造を一体のものとしてシールリングを構成することである。これにより、シールリング自体の機械的強度が高まり、それによって、ダイシング時におけるスクライブラインからの衝撃がチップ領域内に伝わることを防止することができる。 The third feature of the present invention is that a seal ring structure is provided with a structure partially branched into two or more, and the seal ring is formed by integrating the partially branched structure into two or more. It is. As a result, the mechanical strength of the seal ring itself is increased, whereby the impact from the scribe line during dicing can be prevented from being transmitted into the chip region.
また、本発明の第4の特徴は、シールリングが、チップ領域を取り囲む少なくとも2重以上の構造を有することである。これにより、シールリングがチップ領域を1重に取り囲んでいる場合と比べて、より強固なシールリングを実現することができる(第2の実施形態参照)。 The fourth feature of the present invention is that the seal ring has a structure of at least two layers surrounding the chip region. Thereby, a stronger seal ring can be realized as compared with the case where the seal ring surrounds the chip region in a single layer (see the second embodiment).
尚、本発明のその他の実施形態については、以下の各実施形態の中で詳述する。 Other embodiments of the present invention will be described in detail in the following embodiments.
(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。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置(チップ領域を1重に取り囲むシールリングを有する半導体装置)が設けられているウェハの一部分を示す平面図である。 FIG. 1 is a plan view showing a part of a wafer provided with a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (a semiconductor device having a seal ring that surrounds a chip region in a single layer).
図1に示すように、例えばシリコン基板等に代表される半導体基板となるウェハ101上には、それぞれ半導体装置となる複数のチップ領域102が配置されている。各チップ領域102には、複数の素子からなり且つ所定の機能を有するIC(integrated circuit)回路が設けられている。尚、各チップ領域102は、格子状に設けられたスクライブ領域103によって区画されている。
As shown in FIG. 1, a plurality of
ここで、1個の半導体装置(つまり1個の半導体チップ)は、複数の素子からなり且つ所定の機能を有するIC回路が配置されているチップ領域102と、チップ領域102の周縁部に該チップ領域102を取り囲むように設けられているシールリング104とから構成されている。このように複数の半導体装置が形成されたウェハ101は、各チップの完成後、スクライブ領域103に沿ってダイシングされ、それによって個々の半導体装置が分離される。
Here, one semiconductor device (that is, one semiconductor chip) includes a
図2(a)、(b)及び図3(a)は、図1のAA’線の断面構造(チップ領域102の周縁部に位置するシールリング部分を含む半導体装置端部の断面構造)のバリエーションを示しており、図3(b)は、図2(a)又は図2(b)に示す構造における一のビアと該ビアと同じ層に設けられたシールビアとの平面構成を模式的に示した図である。 2A, 2B, and 3A are cross-sectional views taken along the line AA 'of FIG. FIG. 3B schematically shows a planar configuration of one via in the structure shown in FIG. 2A or 2B and a seal via provided in the same layer as the via. FIG.
尚、図2(a)、(b)及び図3(a)においては、チップ領域102の配線構造及びシールリングのそれぞれの断面構造を示している。
2A, 2B, and 3A show the cross-sectional structures of the wiring structure of the
図1、図2(a)、(b)及び図3(a)に示すように、ダイシング前の半導体装置はチップ領域102とスクライブ領域103とから構成されており、チップ領域102におけるスクライブ領域103との境界付近にシールリング104が形成されている。
As shown in FIGS. 1, 2A, 2B, and 3A, the semiconductor device before dicing includes a
ここで、図2(a)、図2(b)及び図3(a)のそれぞれに示す構造の個別の特徴は次の通りである。 Here, the individual features of the structures shown in FIGS. 2A, 2B, and 3A are as follows.
まず、図2(a)に示す構造の特徴は、シールリング104を構成するシールビアが少なくとも2層以上に亘って連続して形成されていることである。
First, a feature of the structure shown in FIG. 2A is that seal vias constituting the
また、図2(b)に示す構造の特徴は、シールリング104を構成するシールビアとシール配線とが交互に設けられていることである。
Further, the feature of the structure shown in FIG. 2B is that seal vias and seal wirings constituting the
また、図3(a)に示す構造の特徴は、シールリング104を構成するシールビアが同じ層間絶縁膜内において少なくとも2以上に枝分かれした構造を有していることである。
Also, the structure shown in FIG. 3A is characterized in that the seal via constituting the
一方、図2(a)、図2(b)及び図3(a)のそれぞれに示す構造に共通する特徴は、シールリング104の最上部にシールリングキャップ(キャップ層125)を有していることである。
On the other hand, a feature common to each of the structures shown in FIGS. 2A, 2B, and 3A is that the
以下、図2(a)に示す構造を有する半導体装置の製造方法について、図4(a)〜(d)、図5(a)〜(c)及び図6(a)〜(c)を参照しながら説明する。 Hereinafter, with reference to FIGS. 4A to 4D, FIGS. 5A to 5C, and FIGS. 6A to 6C for the method of manufacturing the semiconductor device having the structure shown in FIG. While explaining.
まず、図4(a)に示すように、ウェハ101(以下、基板101と称する)におけるチップ領域102に、トランジスタ等の素子を構成する活性層110を形成すると共に、基板101におけるチップ領域102の周縁部(スクライブ領域103の近傍のシールリング形成領域)に、活性層110と同様に構成された導電層120を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, an
次に、基板101上に第1の層間絶縁膜105を堆積した後、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、チップ領域102の第1の層間絶縁膜105に、第1のビア111(図4(b)参照)を形成するためのビアホール105aを形成すると共に、シールリング形成領域の第1の層間絶縁膜105に、第1のシールビア121(図4(b)参照)を形成するための溝状凹部105bを形成する。ここで、シールビアとは、シールリングを構成するパーツであって溝状凹部に導電材料を埋め込むことによって形成される。すなわち、シールビアは、チップ領域のビアと同程度の幅を有するライン状構造を有する(図3(b)参照)。
Next, after the first
尚、本実施形態において、シールビアのアスペクト比(つまりシールビアが埋め込まれた凹部における幅に対する深さの比)は1以上であることが好ましい。 In the present embodiment, the aspect ratio of the seal via (that is, the ratio of the depth to the width in the recess in which the seal via is embedded) is preferably 1 or more.
また、本実施形態において、チップ領域102の第1の層間絶縁膜105にビアホール105aを形成する際に、第1のシールビア121を形成するための溝状凹部105bを同時に形成したが、ビアホール105aと溝状凹部105bとを別々に形成してもよいことは言うまでもない。
In the present embodiment, when forming the via
次に、図4(b)に示すように、第1の層間絶縁膜105に形成されたビアホール105a及び溝状凹部105bに、例えばW(タングステン)からなる導電膜を例えばCVD(chemical vapor deposition )法により埋め込み、その後、例えばCMP(化学的機械研磨法)を用いてビアホール105a及び溝状凹部105bのそれぞれからはみ出した余分な導電膜を除去し、それによって、活性層110と接続する第1のビア111、及び導電層120と接続する第1のシールビア121を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a conductive film made of, for example, W (tungsten) is formed in the via
その後、第1の層間絶縁膜105上に第2の層間絶縁膜106を堆積した後、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、チップ領域102の第2の層間絶縁膜106に、第1の配線112(図4(c)参照)を形成するための配線溝106aを形成すると共に、シールリング形成領域の第2の層間絶縁膜106に、第1のシール配線122(図4(c)参照)を形成するための配線溝106bを形成する。
Thereafter, a second
続いて、図4(c)に示すように、第2の層間絶縁膜106に形成された配線溝106a及び配線溝106bに、例えば電気メッキ法を用いて例えばCu(銅)からなる導電膜を埋め込む。その後、各配線溝106a及び106bからはみ出した導電膜を例えばCMP法により除去し、それによって、第1のビア111と接続する第1の配線112、及び第1のシールビア121と接続する第1のシール配線122を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, a conductive film made of, for example, Cu (copper) is formed on the
次に、図4(d)に示すように、第2の層間絶縁膜106上に第3の層間絶縁膜107を堆積した後、チップ領域102の第3の層間絶縁膜107に、第2のビア113(図5(c)参照)を形成するためのビアホール107aを形成すると共に、シールリング形成領域の第3の層間絶縁膜107に、第2のシールビア123(図5(c)参照)を形成するための溝状凹部107bを形成する。尚、本実施形態では、効率を重視して、配線間プラグとなる第2のビア113を形成するためのビアホール107aと、シールリング104の一部となる第2のシールビア123を形成するための溝状凹部107bとを同じ工程で形成するが、ビアホール107aと溝状凹部107bとを別々の工程で形成することもできる。
Next, as shown in FIG. 4D, after the third
続いて、図5(a)に示すように、リソグラフィー法を用いて第3の層間絶縁膜107上に、第2の配線114(図5(c)参照)を埋め込む配線溝を形成するためのレジスト膜130を形成する。このとき、レジスト膜130は、ビアホール107aを含む配線形成領域に開口部を有する。また、レジスト膜130は、溝状凹部107bの内部にも埋め込まれる。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, a wiring trench for embedding the second wiring 114 (see FIG. 5C) is formed on the third
その後、図5(b)に示すように、レジスト膜130をマスクとしてドライエッチング法を用いて、チップ領域102の第3の層間絶縁膜107の上部に、ビアホール107aと接続し且つ第2の配線114を形成するための配線溝107cを形成した後、残存するレジスト膜130をアッシングにより除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 5B, the resist
次に、図5(c)に示すように、第3の層間絶縁膜107に形成されたビアホール107a、配線溝107c及び溝状凹部107bに、例えばCuからなる導電膜を埋め込む。その後、配線溝107c及び溝状凹部107bからはみ出した導電膜(第3の層間絶縁膜107よりも上側に存在する導電膜)を例えばCMP法により除去する。これにより、チップ領域102の第3の層間絶縁膜107中に、第1の配線112と接続する第2のビア113及び第2のビア113と接続する第2の配線114(つまり第2のビア113と第2の配線114とからなるデュアルダマシン配線)が形成されると共に、シールリング形成領域の第3の層間絶縁膜107に、第1のシール配線122と接続する第2のシールビア123が形成される。尚、以上に説明したような、凹部に導電膜を埋め込むことによってビアと配線とを同時に形成する方法を一般的にデュアルダマシン法という。
Next, as shown in FIG. 5C, a conductive film made of Cu, for example, is buried in the via
ところで、第2のビア113と第2の配線114とをシングルダマシン法によって形成した場合には、第2のビア113を形成するためのビアホール107aと、第2の配線114を形成するための配線溝107cとに対して別々に導電膜の埋め込みが行なわれるので、該配線構造の形成に合わせて第2のシールビア123を形成するため、溝状凹部107bに対しても、2回に分けて導電膜の埋め込みが行なわれることになる。その場合、第2のシールビア123の内部に、2回に分けて導電膜を埋め込むことに起因する「つなぎ目」が生じてしまう。
By the way, when the second via 113 and the
しかしながら、本実施形態では、デュアルダマシン構造の配線形成工程に合わせて、一度の導電膜の埋め込みによって第2のシールビア123を形成するので、第2のシールビア123の内部に導電膜のつなぎ目が発生することはない。 However, in this embodiment, since the second seal via 123 is formed by embedding the conductive film once in accordance with the wiring formation process of the dual damascene structure, a joint of the conductive film is generated inside the second seal via 123. There is nothing.
また、本実施形態のように、チップ領域102の一の層間絶縁膜にデュアルダマシン構造の配線を形成し、且つ当該層間絶縁膜にシールリング104を構成するシールビアを形成する場合には、アスペクト比が3以上となるシールビアを形成することができる。従って、シールリング104を構成するパーツ同士のつなぎ目を減少させることができるので、チップ領域102に対する外部からの汚染をより防ぐことができるシールリングを実現することができる。
Further, when a dual damascene structure wiring is formed in one interlayer insulating film of the
続いて、図6(a)に示すように、第3の層間絶縁膜107上に第4の層間絶縁膜108を堆積した後、図4(d)〜図5(c)に示す工程と同様に、デュアルダマシン法を用いて、第4の層間絶縁膜108中に、デュアルダマシン構造を持つ配線構造とシールリングとを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6A, after depositing a fourth
具体的には、図6(a)に示すように、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、チップ領域102の第4の層間絶縁膜108に、第3のビア115(図6(b)参照)を形成するためのビアホール108aを形成すると共に、シールリング形成領域の第4の層間絶縁膜108に、第3のシールビア124を形成するための溝状凹部108bを形成する。その後、リソグラフィー法を用いて第4の層間絶縁膜108上に、第3の配線116(図6(b)参照)を埋め込む配線溝を形成するためのレジスト膜(図示省略)を形成する。ここで、当該レジスト膜は、ビアホール108aを含む配線形成領域に開口部を有する。また、当該レジスト膜は、溝状凹部108bの内部にも埋め込まれている。その後、当該レジスト膜をマスクとしてドライエッチング法を用いて、チップ領域102の第4の層間絶縁膜108の上部に、ビアホール108aと接続し且つ第3の配線116を形成するための配線溝108cを形成した後、残存するレジスト膜をアッシングにより除去する。これにより、第4の層間絶縁膜108に、デュアルダマシン配線を形成するための凹部(ビアホール108a及び配線溝108c)と、第3のシールビア124を形成するための溝状凹部108bとが形成される。
Specifically, as shown in FIG. 6A, a third via 115 (see FIG. 6B) is formed in the fourth
続いて、図6(b)に示すように、第4の層間絶縁膜108に設けられた、第3のビア115形成用のビアホール108aと第3の配線116形成用の配線溝108cとが一体化したデュアルダマシン構造の凹部、並びに第3のシールビア124形成用の溝状凹部108bに、例えばCuからなる導電膜を埋め込む。その後、配線溝108c及び溝状凹部108bからはみ出した導電膜(第4の層間絶縁膜108よりも上側に存在する導電膜)を例えばCMP法により除去する。これにより、チップ領域102の第4の層間絶縁膜108中に、第2の配線114と接続する第3のビア115及び第3のビア115と接続する第3の配線116(つまり第3のビア115と第3の配線116とからなるデュアルダマシン配線)が形成されると共に、シールリング形成領域の第4の層間絶縁膜108に、第2のシールビア123と接続する第3のシールビア124が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, the via
その後、図6(b)に示すように、最上の配線層となる第4の層間絶縁膜108上に、該配線層の保護膜となるパッシベーション膜109を堆積する。続いて、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、第3の配線116及び第3のシールビア124のそれぞれの上のパッシベーション膜109を部分的に開口する。ここで、第3のシールビア124上のパッシベーション膜109の開口部は、チップ領域102を連続的に取り囲む溝形状を有する。
Thereafter, as shown in FIG. 6B, a
その後、図6(c)に示すように、第3の配線116及び第3のシールビア124のそれぞれの上の開口部を含むパッシベーション膜109の上に全面に亘って、例えばスパッタ法により例えばAl(アルミニウム)膜を堆積し、続いて、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、当該Al膜を所定の形状にパターニングする。具体的には、前述の各開口部及びそれらの近傍以外の領域に形成されている不要なAl膜を除去する。これにより、第3の配線116上のパッシベーション膜109の開口部に、第3の配線116と接続するパッド電極117が形成されると共に、第3のシールビア124上のパッシベーション膜109の開口部に、第3のシールビア124つまりシールリング104と接続するキャップ層125が形成される。すなわち、チップ領域102には、配線構造及びそれを外部電極に接続するためのボンディングパッド(パッド電極117)が形成されると共に、シールリング形成領域つまりチップ領域102の周縁部には、最上部にキャップ層125を有するシールリング104が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 6C, over the entire surface of the
以上に説明したように、本実施形態では、ビアが形成されるホールと、配線が形成される溝とを同時に導電膜により埋め込むデュアルダマシン法を用いて配線構造を形成すると共に、該配線構造の形成と同じ工程においてシールリングを構成するシールビアを形成する。すなわち、ビアが形成される凹部と、配線が形成される配線溝とが一体化したデュアルダマシン型配線溝を埋め込む際に、合わせて、シールビアが形成される凹部の埋め込みを行なうため、高さのあるシールビア、例えば幅に対する深さ(高さ)のアスペクト比が1以上(好ましくは3以上)のシールビアを1回の埋め込み工程によって形成することができる。 As described above, in the present embodiment, the wiring structure is formed by using the dual damascene method in which the hole in which the via is formed and the groove in which the wiring is formed are simultaneously filled with the conductive film. Seal vias constituting the seal ring are formed in the same process as the formation. That is, when embedding a dual damascene wiring groove in which a concave portion in which a via is formed and a wiring groove in which a wiring is formed is embedded, the concave portion in which the seal via is formed is buried, A certain seal via, for example, a seal via having an aspect ratio of depth (height) to width of 1 or more (preferably 3 or more) can be formed by one embedding process.
従って、本実施形態によると、シングルダマシン法を用いて配線を形成する場合と比較して、埋め込みに起因する「つなぎ目」を減少させたシールリングを形成することができる。具体的には、導電膜の埋め込み回数が少ないことのメリットとして、シールリングを構成する導電膜同士の接続界面の数が減少する。すなわち、導電膜の埋め込み性能が悪いことに起因して、シールリングのパーツ間に不連続部分が生じる確率が低くなり、その結果、埋め込み回数が多い構造を持つシールリングと比較して、信頼性の高いシールリングを形成することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to form a seal ring in which “joints” due to embedding are reduced as compared with the case where wiring is formed using a single damascene method. Specifically, as a merit that the conductive film is embedded less, the number of connection interfaces between the conductive films constituting the seal ring is reduced. That is, the probability of discontinuity between seal ring parts is reduced due to poor conductive film embedding performance, and as a result, reliability is higher than that of seal rings with a structure with a large number of embeddings. High sealing ring can be formed.
また、本実施形態では、シールリング104の最上部と接続するキャップ層125は、チップ領域102にある配線層に外部から電源を供給するための又は該配線層から外部に信号を取り出すためのパッド(パッド電極117)の形成工程において同時に形成される。これにより、新たにキャップ層形成工程を追加することなく、最上部にキャップ層125を有するシールリング104を形成することができる。
In the present embodiment, the
以下、図2(a)に示す本実施形態のシールリング構造について詳しく説明する。 Hereinafter, the seal ring structure of the present embodiment shown in FIG.
本実施形態のシールリングは、図2(a)(又は図6(c))に示すように、チップ領域102におけるスクライブ領域103との境界付近に形成されている。ここで、チップ領域102の基板101上にはトランジスタ等の素子(図示省略)が形成されていると共に、トランジスタ等の素子上には複数の配線層が形成されている。
As shown in FIG. 2A (or FIG. 6C), the seal ring of this embodiment is formed near the boundary between the
また、図2(a)に示すように、このようなチップ領域102の周縁部には、導電体層120、シールビア121、123、124、及びシール配線122が組み合わされてなるシールリング104が、チップ領域102の内部つまり前述の素子や配線層を取り囲み且つ複数の層間絶縁膜105〜108の積層構造を貫通するように形成されている。すなわち、チップ領域102の周縁部(チップ領域102におけるスクライブ領域103との境界付近)の積層絶縁膜構造中に、最下層の層間絶縁膜から最上層の層間絶縁膜まで途切れることなく(隙間なく)連続するように埋め込まれた導電体(例えば銅)であるシールリング104は、外部からチップ領域102内への不純物等の侵入経路を遮断するバリケードとして機能する。
Further, as shown in FIG. 2A, a
本実施形態においては、シールリング104を構成するために積層されている各導電体(パーツ)のうち少なくとも1つ以上の導電体は、前述のように、デュアルダマシン構造を持つ配線の形成工程で形成されているので、該導電体は、少なくとも1つの層間絶縁膜を「つなぎ目」なしに突き抜けるシールビアとなる。すなわち、シールリング、トランジスタ等の素子及び配線層等が形成されたチップ領域102の全体において、デュアルダマシン配線の形成過程でシールリング104を形成することによって、シールリング104の「つなぎ目」を減少させることができる。ここで、シールリングに「つなぎ目」つまりパーツとなる導電膜同士の接続界面が存在すると、スクライブ領域103に沿って基板(ウェハ)101を切断する場合等に生じた衝撃や外部から侵入した水分が、「つなぎ目」を通り道としてチップ領域102内へ伝播しやすくなる。よって、本実施形態のように、シールリング104を構成するパーツ同士の「つなぎ目」を減少させることにより、ウェハ切断時の衝撃や外部からの水分がチップ領域102内に浸入することを防ぐことができる。
In the present embodiment, at least one of the conductors (parts) stacked to form the
また、本実施形態においては、シールリング104がチップ領域102の周縁部(チップ領域102におけるスクライブ領域103との境界付近)に形成されているため、基板(ウェハ)101上に複数形成されている個々の半導体装置を、該ウェハのスクライブ領域103に沿ってダイシングすることによって個片のチップとして取り出す際に、スクライブ領域103がダイシング時に受ける機械的衝撃や応力がチップ領域102内に伝搬することを防止することができる。
In the present embodiment, since the
また、図2(a)に示すシールリング構造において、最上層の層間絶縁膜(第4の層間絶縁膜108)中に形成されている第3のシールビア124上にある、例えばAlからなるキャップ層125は、保護膜(パッシベーション膜109)における第3のシールビア124上の部分に形成された開口部、具体的には、チップ領域102に形成された配線層等を連続的に取り囲むようにパッシベーション膜109に設けられた溝に形成されている。すなわち、シールリング104の最上部と接続されたキャップ層125は、パッシベーション膜109の表面から突出するように形成されており、それによってパッシベーション膜109は部分的に開口されて不連続になる。
Further, in the seal ring structure shown in FIG. 2A, a cap layer made of, for example, Al on the third seal via 124 formed in the uppermost interlayer insulating film (fourth interlayer insulating film 108).
従って、本実施形態においては、チップ領域102のパッシベーション膜109と、シールリング形成領域の外側(スクライブ領域103を含む)のパッシベーション膜109とが不連続になるため、ダイシング時にスクライブ領域103近傍のパッシベーション膜109が受ける機械的衝撃が、チップ領域102に堆積されているパッシベーション膜109等の膜に伝わりにくくなる。すなわち、チップ領域102におけるスクライブ領域103との境界付近のパッシベーション膜109に部分的に不連続箇所が存在するので、ウェハのダイシング時の衝撃がチップ領域102まで達することを防止することができる。
Therefore, in the present embodiment, the
このため、ダイシング時の衝撃によってスクライブ領域103のパッシベーション膜109に割れ等が生じ、その衝撃によってチップ領域102にあるパッシベーション膜109等に膜剥がれが起こる事態を回避でき、それにより、チップ領域102内部にクラックが発生することを防止することができる。その結果、チップ表面から水分や可動イオン等の汚染物質がチップ内部に侵入することを防止できるので、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
For this reason, it is possible to avoid a situation in which a crack or the like occurs in the
また、シールリング104上のパッシベーション膜109の開口部にキャップ層125が埋め込まれており、該キャップ層125とシールリング104の本体との連続構造が形成されている。このため、キャップ層125が設けられていない場合と比べて、ダイシングの際にスクライブ領域103から侵入した水分や不純物が、チップ領域102の周縁部つまりスクライブ領域103の近傍のパッシベーション膜109の開口部を経由してチップ領域102内に侵入することを防ぐことができる。
Further, a
また、図2(a)に示す本実施形態のシールリング構造においては、シールリング104の一部分(具体的にはシールビア121、123、124)の幅は狭く、具体的には、該部分のアスペクト比(幅に対する高さの比)は1以上であることが好ましい。特に、デュアルダマシン配線が形成された層間絶縁膜に、その上端から下端まで「つなぎ目」なく延びるように形成されているシールビアのアスペクト比は3以上であることが好ましい。あるいは、2層以上に亘って重なった層間絶縁膜のそれぞれに形成されたシールビア(例えばシールビア123及び124)が積層されている場合、該シールビアの積層構造のアスペクト比は3以上であることが好ましい。このように、シールリング104を構成するパーツとなる導電体にシールビアを用いると、配線幅と比べてビア幅が狭いことを利用して、各層間絶縁膜での配線レイアウトに応じて、シールリング配置のためのマージンをある程度調整することができる。すなわち、配線層等の配置のためにチップ領域102を広く用いることが必要な層間絶縁膜中では、シールリング104のパーツとしてシールビアを用いることが好ましい。
Further, in the seal ring structure of this embodiment shown in FIG. 2A, the width of a part of the seal ring 104 (specifically, the
一方、チップ領域102の配線レイアウト等を考慮したときに、対象となる層間絶縁膜におけるシールリングを形成すべきスペースにある程度余裕がある場合には、配線と同程度の幅を有するシール配線を用いることができる。すなわち、配線パターンと同程度の幅を有するシール配線パターンが設けられたマスクを用いてシールリングを形成することができる。
On the other hand, when considering the wiring layout of the
以上のように、本実施形態においては、チップ領域102の配線レイアウトを考慮しながら、シールリングを構成する各パーツの幅を各絶縁層毎に選択できる。従って、シールリングの各絶縁層における幅(厚み)を必要に応じて制御することができる。
As described above, in the present embodiment, the width of each part constituting the seal ring can be selected for each insulating layer while considering the wiring layout of the
尚、本実施形態においては、図2(a)に示すシールリング構造、つまり少なくとも2つ以上のシールビアが連続的に積層されているシールリング構造に代えて、図2(b)に示すシールリング構造、つまり、素子等が形成されているチップ領域102におけるビアと配線とが交互に積層されている配線構造と同様に、シールビアとシール配線とが交互に積層された構造を持つシールリング104を用いてもよい。
In this embodiment, instead of the seal ring structure shown in FIG. 2A, that is, the seal ring structure in which at least two or more seal vias are continuously laminated, the seal ring shown in FIG. Similar to the structure, that is, the wiring structure in which the vias and the wirings in the
以下、図2(b)に示すシールリング構造について詳しく説明する。尚、図2(b)において、図2(a)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する。 Hereinafter, the seal ring structure shown in FIG. 2B will be described in detail. In FIG. 2B, the same components as those in FIG. 2A are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図2(b)に示すように、シールリング104は、チップ領域102における配線構造の形成工程と同時に形成されている。具体的には、導電体層120上の第1の層間絶縁膜105に第1のシールビア121が形成されていると共に、第1の層間絶縁膜105上の第2の層間絶縁膜106に、第1のシールビア121と接続する第1のシール配線122が形成されている。また、第2の層間絶縁膜106上に堆積された第3の層間絶縁膜107に、第1のシール配線122に接続する第2のシールビア126と第2のシールビア126に接続する第2のシール配線127とが一体化したデュアルダマシン構造の配線(シール部分)が形成されている。さらに、第3の層間絶縁膜107上の第4の層間絶縁膜108に、第2のシール配線127に接続する第3のシールビア128と第3のシールビア128に接続する第3のシール配線129とが一体化したデュアルダマシン構造のシール部分が形成されている。さらに、第4の層間絶縁膜108上のパッシベーション膜109における第3のシール配線129の上側は部分的に開口されており、該開口部には、第3のシール配線129に接続するキャップ層125が形成されている。
As shown in FIG. 2B, the
このように、図2(b)に示す本実施形態の半導体装置においては、チップ領域102に形成されている配線構造と同様の構造を持つシールリング104が形成されているため、配線を形成する過程において合わせてシールリング104も形成することが出来る。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 2B, the
さらに、図2(b)に示す本実施形態の半導体装置においては、配線構造、例えば第2のビア113及び第2の配線114をデュアルダマシン法により形成するのに合わせて、シールリング104を構成する各パート、例えば第2のシールビア126及び第2のシール配線127をデュアルダマシン法により形成する。その結果、第2のシールビア126が形成される凹部と第2のシール配線127が形成される溝とを一体化して形成することができるため、両者を同時に導電膜によって埋め込むことができるので、第2のシールビア126と第2のシール配線127との間の「つなぎ目」をなくすことができる。すなわち、本実施形態のように、デュアルダマシン法を用いて配線構造及びシールリング104を形成することにより、シールリング104内の「つなぎ目」を減少させることができ、それにより、スクライブ領域103等の外部からチップ領域102内に水分や不純物が侵入することを防止できるシールリング104を形成することができる。従って、半導体チップ(半導体装置)の耐湿性を向上させることができると共に、半導体チップ製造時の歩留まりを向上させることができる。
Further, in the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 2B, the
尚、図2(b)に示すシールリング構造は、同じ層間絶縁膜についてチップ領域102の配線構造用のマスクパターンとシールリング用のマスクパターンとが対応したフォトマスクを用いて形成される。例えば、チップ領域102の層間絶縁膜107にビア(プラグ)と配線とが一体化したデュアルダマシン構造の配線が形成される場合、当該層間絶縁膜107におけるシールリング104のパーツ形成には、同じくデュアルダマシン法が適用される。すなわち、シールリング104における層間絶縁膜107に形成されている部分は、第2のビア113と同程度の幅を有する第2のシールビア126と、第2の配線114と同程度の幅を有する第2のシール配線127とから構成されている。また、層間絶縁膜107において、第2のシールビア126と第2のシール配線127との積層構造は、層間絶縁膜107を上下方向に貫通し且つチップ領域102を連続的に(途切れることなく)取り囲むように形成されている。
The seal ring structure shown in FIG. 2B is formed using a photomask in which the mask pattern for the wiring structure in the
また、図2(b)に示すシールリング104は、シール配線とシールビアとが交互に積み重ねられて形成されていると共に、該シール配線の幅は該シールビアの幅よりも大きい。このため、シールビアのみを又は主としてシールビアを積み重ねてシールリングを形成した場合と比べて、シールリングの強度をより向上させることができる。
Further, the
また、図2(b)に示す構造を持つ半導体装置の製造方法が、前述の図2(a)に示す構造を持つ半導体装置の製造方法と異なっている点は、フォトマスクにおけるシールリング用のマスクパターンのみである。すなわち、例えば図2(a)に示すシールリング104を形成する際に、第2のシールビア123上に第3のシールビア124が形成されるように設定されていたマスク(複数枚)におけるシールリング用のマスクパターンを、図2(b)に示すシールリング104の形成において一部変更する。具体的には、各マスクにおけるシールリング用のマスクパターンを、第2のシールビア126上に第2のシール配線127が形成され且つ第3のシールビア128上に第3のシール配線129が形成されように、言い換えると、シールビアとシール配線とが交互に形成されるように設定する。
Further, the manufacturing method of the semiconductor device having the structure shown in FIG. 2B is different from the manufacturing method of the semiconductor device having the structure shown in FIG. Only the mask pattern. That is, for example, when forming the
以下、図3(a)に示すシールリング構造、つまり、シールビアが同じ層間絶縁膜内において少なくとも2以上に枝分かれした構造を持つシールリング104について詳しく説明する。尚、図3(a)において、図2(a)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する。
Hereinafter, the seal ring structure shown in FIG. 3A, that is, the
図3(a)に示すシールリング構造が図2(a)に示すシールリング構造と異なっている点は、第1の層間絶縁膜105に、第1のシールビア121に代えて、導電層120とそれぞれ接続するシールビア121a及び121bが設けられていること、第3の層間絶縁膜107に、第2のシールビア123に代えて、第1のシール配線122とそれぞれ接続するシールビア123a及び123bが設けられていること、並びに、第4の層間絶縁膜108に、第3のシールビア124に代えて、シールビア123a及び123bのそれぞれと接続するシールビア124a及び124bが設けられていることである。尚、シールビア121a及び121bのそれぞれの上部は第1のシール配線122と接続されており、シールビア124a及び124bのそれぞれの上部はキャップ層125と接続されている。
The seal ring structure shown in FIG. 3A is different from the seal ring structure shown in FIG. 2A in that the first
すなわち、図3(a)に示す構造を持つ半導体装置の製造方法が、前述の図2(a)に示す構造を持つ半導体装置の製造方法と異なっている点は、層間絶縁膜のエッチングに用いられるフォトマスクに、2つのシールビアを形成できるマスクパターンが設けられており、それによって形成された、並列する一対の溝状凹部に導電膜を埋め込むことである。 That is, the method for manufacturing the semiconductor device having the structure shown in FIG. 3A is different from the method for manufacturing the semiconductor device having the structure shown in FIG. A photomask is provided with a mask pattern capable of forming two seal vias, and a conductive film is embedded in a pair of parallel groove-like recesses formed thereby.
図3(a)に示すシールリング構造によると、図2(a)に示すシールリング構造によって得られる効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、シールビアの幅はシール配線と比べて狭いため、シールビアの強度はシール配線と比べてやや低くなる。それに対して、図3(a)に示すシールリング構造のように、シールリングを構成するパーツとして、1つのシールビアではなく、2以上に枝分かれしたシールビアを用いることによって、該枝分かれしたシールビアが設けられている層間絶縁層において、部分的にシールリングの多重構造(チップ領域102を多重に取り囲む構造)を実現することができる。よって、ある層間絶縁膜内に1本(つまり一重構造の)シールビアを有するシールリングと比べて、多重構造部分を持つ図3(a)に示すシールリング構造の強度は向上する。尚、加工の点では、図2(a)に示すシールリング構造の方が図3(a)に示すシールリング構造よりも容易に実現できる。
According to the seal ring structure shown in FIG. 3A, in addition to the effects obtained by the seal ring structure shown in FIG. That is, since the width of the seal via is narrower than that of the seal wiring, the strength of the seal via is slightly lower than that of the seal wiring. On the other hand, as in the seal ring structure shown in FIG. 3 (a), the branch seal via is provided by using a seal via that is branched into two or more instead of one seal via as a part constituting the seal ring. In the interlayer insulating layer, a multiple seal ring structure (a structure surrounding the
また、図3(a)に示すシールリング構造によると、スクライブ領域103に沿ってウェハ(基板101)を切断して個々のチップに分割する際に、このダイシングに伴う衝撃によってシールリング104が部分的に破損したとしても、該破損部分のシールリング104が2重構造又はそれ以上の多重構造を有していれば、スクライブ領域103の内側のチップ領域102が前述の衝撃による影響を受けることを防止することができる。具体的には、スクライブ領域103からチップ領域102に水分が浸入することや、スクライブ領域103に沿ってウェハを切断する際に生じる衝撃がチップ領域102内に伝播することを抑制することができる。
Further, according to the seal ring structure shown in FIG. 3A, when the wafer (substrate 101) is cut along the
尚、図3(a)に示すシールリング104おいては、1本のシール配線から2本のシールビアを枝分かれさせる構造を用いたが、これに代えて、1本のシール配線から3本以上のシールビアを枝分かれさせる構造を用いてもよい。また、図3(a)に示すシールリング104おいては、各層のシールビアが全て複数本に枝分かれしている構造を用いたが、チップ領域102に形成される配線層に求められるレイアウト上の余裕、又は膜(層間絶縁膜)強度の大小等に応じて、各層において選択的にシールビアの枝分かれ構造を用いてもよい。
In addition, in the
また、本実施形態において、4層重ねられた層間絶縁膜に配線構造を形成したが、層間絶縁膜の層数は4層に限られるものではなく、チップ構造に応じて4層より少なくても多くてもよいことは言うまでもない。 Further, in this embodiment, the wiring structure is formed in the interlayer insulating film stacked in four layers, but the number of layers of the interlayer insulating film is not limited to four layers, and may be less than four layers depending on the chip structure. It goes without saying that there may be many.
また、本実施形態において、シールリング104を構成する導電材料としてCuを用いたが、これに限られず、シールリング104をW、Al及びCuのうちの少なくとも1つを用いて構成してもよい。このようにすると、半導体装置のチップ領域102に形成される配線及びビアと同じ材料からシールリング104を形成することができる。
In this embodiment, Cu is used as the conductive material constituting the
また、本実施形態において、キャップ層125を構成する導電材料は特に限定されないが、該材料がAlであると、シールリング104(特にCuから構成されたシールリング)の腐食を確実に防止することができる。
In the present embodiment, the conductive material constituting the
また、本実施形態において、例えば図2(a)又は図3(a)に示すシールリング構造のように、複数のシールビアを連続的に積層させる場合、上層のシールビア又は下層のシールビアのうちの一方の接触面を他方の接触面よりも大きくすることが好ましい。このようにすると、コンタクトマージンを向上させることができる。 Further, in the present embodiment, when a plurality of seal vias are continuously laminated as in the seal ring structure shown in FIG. 2A or FIG. 3A, for example, one of the upper layer seal vias or the lower layer seal vias. It is preferable to make this contact surface larger than the other contact surface. In this way, the contact margin can be improved.
(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図7は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置(チップ領域を2重に取り囲むシールリングを有する半導体装置)が設けられているウェハの一部分を示す平面図である。尚、本願において、チップ領域を2重以上に取り囲むシールリング構造をマルチシールリングという。 FIG. 7 is a plan view showing a part of a wafer provided with a semiconductor device (semiconductor device having a seal ring that doublely surrounds a chip region) according to the second embodiment of the present invention. In the present application, a seal ring structure that surrounds the chip region twice or more is called a multi-seal ring.
図7に示すように、例えばシリコン基板等に代表される半導体基板となるウェハ201上には、それぞれ半導体装置となる複数のチップ領域202が配置されている。各チップ領域202には、複数の素子からなり且つ所定の機能を有するIC回路が設けられている。尚、各チップ領域202は、格子状に設けられたスクライブ領域203によって区画されている。
As shown in FIG. 7, for example, a plurality of
ここで、1個の半導体装置(つまり1個の半導体チップ)は、複数の素子からなり且つ所定の機能を有するIC回路(チップ領域202に配置されている)と、該チップ領域202の周縁部に該チップ領域202を取り囲むように設けられているシールリング204a及びシールリング204bとから構成されている。尚、本実施形態では、2重構造のマルチシールリングを用いているが、レイアウト上の余裕に応じて、3重構造、4重構造又はそれ以上の多重構造のマルチシールリングを用いてもよい。
Here, one semiconductor device (that is, one semiconductor chip) includes an IC circuit (disposed in the chip region 202) having a predetermined function and a peripheral portion of the
このようにマルチシールリング204によってチップ領域202が取り囲まれている複数の半導体装置が形成されたウェハ201は、各チップの完成後、スクライブ領域203に沿ってダイシングされ、それによって個々の半導体装置が分離される。
The
本実施形態によると、チップ領域202におけるスクライブ領域203の付近に、シールリング204が少なくとも2重に形成されているため、ウェハ201のダイシング時に1つのシールリング(外側のシールリング)が破壊されたとしても、該シールリングの内側の他のシールリングによってチップ領域202内の素子や活性領域等が傷つくことを防止することができる。よって、ウェハ201をチップに分割する際の工程において、チップ領域202つまり素子や活性領域等に傷が入って半導体チップの性能が低下することを防ぐことができる。
According to the present embodiment, since the seal ring 204 is formed at least in the vicinity of the
図8(a)及び図8(b)は、図7のBB’線の断面構造(チップ領域202の周縁部に位置するシールリング部分を含む半導体装置端部の断面構造)のバリエーションを示している。 FIGS. 8A and 8B show variations of the cross-sectional structure taken along the line BB ′ of FIG. 7 (the cross-sectional structure of the end portion of the semiconductor device including the seal ring portion located at the periphery of the chip region 202). Yes.
図7、図8(a)及び図8(b)に示すように、ダイシング前の半導体装置はチップ領域202とスクライブ領域203とから構成されており、チップ領域202におけるスクライブ領域203との境界付近にシールリング204a及び204bが形成されている。
As shown in FIG. 7, FIG. 8A and FIG. 8B, the semiconductor device before dicing is composed of a
ここで、図8(a)及び図8(b)のそれぞれに示す構造の個別の特徴は次の通りである。 Here, the individual features of the structures shown in FIGS. 8A and 8B are as follows.
まず、図8(a)に示す構造の特徴は、各シールリング204a及び204bを構成するシールビアが少なくとも2層以上に亘って連続して形成されていることである。
First, the feature of the structure shown in FIG. 8A is that the seal vias constituting the
また、図8(b)に示す構造の特徴は、各シールリング204a及び204bを構成するシールビアが少なくとも2層以上に亘って連続して形成されていると共に各シールビアは同一層間絶縁膜内においては互いに隣り合う2以上のシールビアとして形成されており、且つ当該隣り合う2以上のシールビアはそれらが形成された絶縁膜の上側又は下側にある他の絶縁膜に形成された同じ1つのシール配線に接続されていることである。すなわち、図8(b)に示すシールリング204を構成するシールビアは、同じ層間絶縁膜内において少なくとも2以上に枝分かれした構造を有している。
Also, the structure shown in FIG. 8B is characterized in that the seal vias constituting the
一方、図8(a)及び図8(b)のそれぞれに示す構造に共通する特徴は、シールリング204が少なくとも2重存在すること、及び、各シールリング204a及び204bの最上部にシールリングキャップ(キャップ層225a及び225b)を有していることである。
On the other hand, the features common to the structures shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b) are that at least two seal rings 204 are present, and that seal ring caps are provided at the top of each
以下、図8(a)に示す構造を有する半導体装置の製造方法について、図9(a)〜(d)及び図10(a)〜(c)を参照しながら説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device having the structure shown in FIG. 8A will be described below with reference to FIGS. 9A to 9D and FIGS. 10A to 10C.
まず、図9(a)に示すように、ウェハ201(以下、基板201と称する)におけるチップ領域202に、トランジスタ等の素子を構成する活性層210を形成すると共に、基板201におけるチップ領域202の周縁部(スクライブ領域203の近傍のシールリング形成領域)に、互いに隣り合う2つの導電層220a及び220bを形成する。ここで、導電層220a及び220bの構成は活性層210と同様である。
First, as shown in FIG. 9A, an
次に、基板201上に第1の層間絶縁膜205を堆積した後、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、チップ領域202の第1の層間絶縁膜205に、第1のビア211(図9(b)参照)を形成するためのビアホール205aを形成すると共に、シールリング形成領域の第1の層間絶縁膜205に、隣り合う導電層220a及び220b上にそれぞれ配置される第1のシールビア221a及び221b(図9(b)参照)を形成するための溝状凹部205b及び205cを形成する。ここで、シールビアとは、シールリングを構成するパーツであって溝状凹部に導電材料を埋め込むことによって形成される。すなわち、シールビアは、チップ領域のビアと同程度の幅を有するライン状構造を有する。
Next, after depositing a first
尚、本実施形態において、シールビアのアスペクト比(つまりシールビアが埋め込まれた凹部における幅に対する深さの比)は1以上であることが好ましい。特に、本実施形態のように、配線層に合わせてシールビアを形成する場合には、配線の微細化の程度に応じてシールビアのアスペクト比を3以上に設定することが好ましい。 In the present embodiment, the aspect ratio of the seal via (that is, the ratio of the depth to the width in the recess in which the seal via is embedded) is preferably 1 or more. In particular, when the seal via is formed in accordance with the wiring layer as in this embodiment, it is preferable to set the aspect ratio of the seal via to 3 or more according to the degree of miniaturization of the wiring.
また、本実施形態において、チップ領域202の第1の層間絶縁膜205にビアホール205aを形成する際に、第1のシールビア221a及び221bを形成するための溝状凹部205b及び205cを同時に形成したが、ビアホール205aと溝状凹部205b及び205cとを別々に形成してもよいことは言うまでもない。
In the present embodiment, when forming the via
次に、図9(b)に示すように、第1の層間絶縁膜205に形成されたビアホール205a並びに溝状凹部205b及び205cに、例えばWからなる導電膜を例えばCVD法により埋め込み、その後、例えばCMPを用いてビアホール205a並びに溝状凹部205b及び205cのそれぞれからはみ出した余分な導電膜を除去し、それによって、活性層210と接続する第1のビア211、並びに導電層220a及び220bのそれぞれと接続し且つ互いに隣り合う第1のシールビア221a及び221bを形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a conductive film made of, for example, W is embedded in the via
その後、第1の層間絶縁膜205上に第2の層間絶縁膜206を堆積した後、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、チップ領域202の第2の層間絶縁膜206に、第1の配線212(図9(c)参照)を形成するための配線溝206aを形成すると共に、シールリング形成領域の第2の層間絶縁膜206に、互いに隣り合う第1のシール配線222a及び222b(図9(c)参照)を形成するための配線溝206b及び206cを形成する。
Thereafter, after depositing a second
続いて、図9(c)に示すように、第2の層間絶縁膜206に形成された配線溝206a、206b及び206cに、例えば電気メッキ法を用いて例えばCuからなる導電膜を埋め込む。その後、各配線溝206a、206b及び206cからはみ出した導電膜を例えばCMP法により除去し、それによって、第1のビア211と接続する第1の配線212、並びに第1のシールビア221a及び221bのそれぞれと接続し且つ互いに隣り合う第1のシール配線222a及び222bを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 9C, a conductive film made of, for example, Cu is embedded in the
続いて、第2の層間絶縁膜206上に第3の層間絶縁膜207を堆積した後、チップ領域202の第3の層間絶縁膜207に、第2のビア213(図10(a)参照)を形成するためのビアホール207aを形成すると共に、シールリング形成領域の第3の層間絶縁膜207に、互いに隣り合う第2のシールビア223a及び223b(図10(a)参照)を形成するための溝状凹部207b及び207cを形成する。
Subsequently, after a third
続いて、図9(d)に示すように、リソグラフィー法を用いて第3の層間絶縁膜207上に、第2の配線214(図10(a)参照)を埋め込む配線溝を形成するためのレジスト膜230を形成する。このとき、レジスト膜230は、ビアホール207aを含む配線形成領域に開口部を有する。また、レジスト膜230は、先に形成されている溝状凹部207b及び207cの内部にも埋め込まれる。
Subsequently, as shown in FIG. 9D, a wiring trench for embedding the second wiring 214 (see FIG. 10A) is formed on the third
その後、レジスト膜230をマスクとしてドライエッチング法を用いて、チップ領域202の第3の層間絶縁膜207の上部に、ビアホール207aと接続し且つ第2の配線214を形成するための配線溝を形成した後、残存するレジスト膜230をアッシングにより除去する。その後、第3の層間絶縁膜207に前の工程で形成されたビアホール207a、ビアホール207aと一体化してデュアルダマシン構造の凹部を構成する配線溝、並びに溝状凹部207b及び207cに、例えばCuからなる導電膜を埋め込む。その後、前記の配線溝や溝状凹部207b及び207cからはみ出した導電膜(第3の層間絶縁膜207よりも上側に存在する導電膜)を例えばCMP法により除去する。これにより、図10(a)に示すように、チップ領域202の第3の層間絶縁膜207中に、第1の配線212と接続する第2のビア213及び第2のビア213と接続する第2の配線214(つまり第2のビア213と第2の配線214とからなるデュアルダマシン配線)が形成されると共に、シールリング形成領域の第3の層間絶縁膜207に、第1のシール配線222a及び222bのそれぞれと接続し且つ互いに隣り合う第2のシールビア223a及び223bが形成される。尚、以上に説明したような、凹部に導電膜を埋め込むことによってビアと配線とを同時に形成する方法を一般的にデュアルダマシン法という。
Thereafter, by using a dry etching method with the resist
ところで、第2のビア213と第2の配線214とをシングルダマシン法によって形成した場合には、第2のビア213を形成するためのビアホール207aと、第2の配線214を形成するための配線溝とに対して別々に導電膜の埋め込みが行なわれる。このため、該配線構造の形成に合わせて第2のシールビア223a及び223bを形成するため、溝状凹部207b及び207cに対しても、2回に分けて導電膜の埋め込みが行なわれることになる。その場合、第2のシールビア223a及び223bの内部に、2回に分けて導電膜を埋め込むことに起因する「つなぎ目」が生じてしまう。
When the second via 213 and the
しかしながら、本実施形態では、デュアルダマシン構造の配線形成工程に合わせて、一度の導電膜の埋め込みによって第2のシールビア223a及び223bを形成するので、各シールビアの内部に導電膜のつなぎ目が発生することはない。
However, in this embodiment, since the
また、本実施形態のように、チップ領域202の一の層間絶縁膜にデュアルダマシン構造の配線を形成し、且つ当該層間絶縁膜にシールリング204を構成するシールビアを形成する場合には、アスペクト比が3以上となるシールビアを形成することができる。従って、シールリング204を構成するパーツ同士のつなぎ目を減少させることができるので、チップ領域202に対する外部からの汚染をより防ぐことができるシールリングを実現することができる。
Further, when a dual damascene structure wiring is formed in one interlayer insulating film of the
続いて、図10(b)に示すように、第3の層間絶縁膜207上に第4の層間絶縁膜208を堆積した後、図9(c)〜図10(a)に示す工程と同様に、デュアルダマシン法を用いて、第4の層間絶縁膜208中に、デュアルダマシン構造を持つ配線構造とシールリングとを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 10B, after depositing a fourth
具体的には、図10(b)に示すように、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、チップ領域202の第4の層間絶縁膜208に、第3のビア215を形成するためのビアホールを形成すると共に、シールリング形成領域の第4の層間絶縁膜208に、互いに隣り合う第3のシールビア224a及び224bを形成するための2本の溝状凹部を形成する。その後、リソグラフィー法を用いて第4の層間絶縁膜208上に、第3の配線216を埋め込む配線溝を形成するためのレジスト膜(図示省略)を形成する。ここで、当該レジスト膜は、前記のビアホールを含む配線形成領域に開口部を有する。また、当該レジスト膜は、前記の各溝状凹部の内部にも埋め込まれている。その後、当該レジスト膜をマスクとしてドライエッチング法を用いて、チップ領域202の第4の層間絶縁膜208の上部に、前記のビアホールと接続し且つ第3の配線216を形成するための配線溝を形成した後、残存するレジスト膜をアッシングにより除去する。これにより、第4の層間絶縁膜208に、デュアルダマシン配線を形成するための凹部(前記のビアホール及び配線溝)と、各第3のシールビア224a及び224bを形成するための2本の溝状凹部とが形成される。
Specifically, as shown in FIG. 10B, a via hole for forming the third via 215 is formed in the fourth
続いて、図10(b)に示すように、第4の層間絶縁膜208に設けられた、第3のビア215形成用のビアホールと第3の配線216形成用の配線溝とが一体化したデュアルダマシン構造の凹部、並びに各第3のシールビア224a及び224b形成用の各溝状凹部に、例えばCuからなる導電膜を埋め込む。その後、配線溝及び溝状凹部からはみ出した導電膜(第4の層間絶縁膜208よりも上側に存在する導電膜)を例えばCMP法により除去する。これにより、チップ領域202の第4の層間絶縁膜208中に、第2の配線214と接続する第3のビア215及び第3のビア215と接続する第3の配線216(つまり第3のビア215と第3の配線216とからなるデュアルダマシン配線)が形成されると共に、シールリング形成領域の第4の層間絶縁膜208に、第2のシールビア223a及び223bのそれぞれと接続する第3のシールビア224a及び224bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 10B, the via hole for forming the third via 215 and the wiring groove for forming the
その後、図10(b)に示すように、最上の配線層となる第4の層間絶縁膜208上に、該配線層の保護膜となるパッシベーション膜209を堆積する。続いて、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、第3の配線216並びに隣り合う第3のシールビア224a及び224bのそれぞれの上のパッシベーション膜209を部分的に開口する。これにより、第3の配線216並びに第3のシールビア224a及び224bのそれぞれの上面が露出する。
Thereafter, as shown in FIG. 10B, a
その後、図10(c)に示すように、第3の配線216並びに第3のシールビア224a及び224bのそれぞれの上の開口部を含むパッシベーション膜209の上に全面に亘って、例えばスパッタ法により例えばAl膜を堆積し、続いて、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、当該Al膜を所定の形状にパターニングする。具体的には、前述の各開口部及びそれらの近傍以外の領域に形成されている不要なAl膜を除去する。これにより、第3の配線216上のパッシベーション膜209の開口部に、第3の配線216と接続するパッド電極217が形成されると共に、第3のシールビア224a及び224b上のパッシベーション膜209の各開口部に、第3のシールビア224a及び224bつまりシールリング204a及び204bのそれぞれと接続するキャップ層225a及び225bが形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 10C, over the entire surface of the
これにより、チップ領域202には、配線構造及びそれを外部電極に接続するためのボンディングパッド(パッド電極217)が形成されると共に、シールリング形成領域つまりチップ領域202の周縁部(スクライブ領域203との境界付近)には、シールリング204a及び204b、並びにそれらの上側に堆積された保護膜(パッシベーション膜209)を貫通してシールリング204a及び204bのそれぞれと接続されたキャップ層225a及び225bが形成される。
As a result, a wiring structure and a bonding pad (pad electrode 217) for connecting the wiring structure and the external electrode are formed in the
以上に説明したように、本実施形態では、ビアが形成されるホールと、配線が形成される溝とを同時に導電膜により埋め込むデュアルダマシン法を用いて配線構造を形成すると共に、該配線構造の形成と同じ工程においてシールリングを構成するシールビアを形成する。すなわち、ビアが形成される凹部と、配線が形成される配線溝とが一体化したデュアルダマシン型配線溝を埋め込む際に、合わせて、シールビアが形成される凹部の埋め込みを行なうため、高さのあるシールビアを形成するための凹部、例えば幅に対する深さのアスペクト比が1以上(好ましくは3以上)のシールビア形成用凹部を1回の埋め込み工程で埋め込むことができる。 As described above, in the present embodiment, the wiring structure is formed by using the dual damascene method in which the hole in which the via is formed and the groove in which the wiring is formed are simultaneously filled with the conductive film. Seal vias constituting the seal ring are formed in the same process as the formation. That is, when embedding a dual damascene wiring groove in which a concave portion in which a via is formed and a wiring groove in which a wiring is formed is embedded, the concave portion in which the seal via is formed is buried, A recess for forming a certain seal via, for example, a recess for forming a seal via having an aspect ratio of depth to width of 1 or more (preferably 3 or more) can be embedded in one embedding process.
従って、本実施形態によると、シングルダマシン法を用いて配線を形成する場合と比較して、埋め込みに起因する「つなぎ目」を減少させたシールリングを形成することができる。具体的には、導電膜の埋め込み回数が少ないことのメリットとして、シールリングを構成する導電膜同士の接続界面の数が減少する。すなわち、導電膜の埋め込み性能が悪いことに起因して、シールリングのパーツ間に不連続部分が生じる確率が低くなり、その結果、埋め込み回数が多い構造を持つシールリング(つまりシングルダマシン法を用いて形成されたシールリング)と比較して、信頼性の高いシールリングを形成できる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to form a seal ring in which “joints” due to embedding are reduced as compared with the case where wiring is formed using a single damascene method. Specifically, as a merit that the conductive film is embedded less, the number of connection interfaces between the conductive films constituting the seal ring is reduced. That is, the probability of discontinuities between seal ring parts is reduced due to poor conductive film embedding performance, resulting in a seal ring having a structure with a large number of embeddings (ie, using a single damascene method). The seal ring can be formed with higher reliability than the seal ring formed in the above manner.
また、本実施形態では、シールリング204a及び204bのそれぞれの最上部と接続するキャップ層225a及び225bは、チップ領域202にあるIC回路等に外部から電源を供給したり又は該IC回路等から外部に信号を取り出すためのパッド(パッド電極217)の形成工程において同時に形成される。これにより、新たにキャップ層形成工程を追加することなく、最上部にキャップ層225a及び225bをそれぞれ有するシールリング204a及び204bを形成することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態によると、第1の実施形態でも得られる前述の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。 Further, according to the present embodiment, in addition to the above-described effects obtained in the first embodiment, the following effects can be obtained.
すなわち、第2の実施形態では、チップ領域202の周縁部に、チップ領域202を連続的に取り囲むシールリング204が2重に形成されている。よって、半導体ウェハ(基板)201をスクライブ領域203に沿ってダイシングして、完成した個片の半導体チップ(半導体装置)を取り出す際に、ダイシング装置のブレードがスクライブライン(スクライブ領域)203に接することによって生じるダイシング時の機械的衝撃がチップ領域202に加わること、又はそれによってチップ領域202が破損することをより確実に防止することができる。
That is, in the second embodiment, the seal ring 204 that continuously surrounds the
さらに、第2の実施形態では、シールリング204a及び204bのそれぞれの最上部にキャップ層225a及び225bが2重に形成されていることから、以下のような効果が得られる。
Furthermore, in the second embodiment, since the
図11(a)は、図10(c)(又は図8(a))に示す半導体装置(半導体チップ)の構造を上側(最上層の配線層上に形成されたパッシベーション膜(保護膜)209の上側)から見た平面図であり、ウェハ(基板)201上に複数形成された半導体チップ201Aの1つを示している。 11A shows the structure of the semiconductor device (semiconductor chip) shown in FIG. 10C (or FIG. 8A) on the upper side (passivation film (protective film) 209 formed on the uppermost wiring layer). 2 is a plan view seen from the upper side of FIG. 1 and shows one of a plurality of semiconductor chips 201A formed on a wafer (substrate) 201.
図11(a)に示すように、チップ領域202を取り囲むようにスクライブ領域203が配置されていると共に、チップ領域202におけるスクライブ領域203との境界部分にシールリング204a及び204b(キャップ層225a及び225bの下側に形成されているので図示を省略している)が2重に形成されている。これらのシールリング204a及び204bの最上部に形成されているキャップ層225a及び225bは、チップ領域202を連続的に取り囲むパッシベーション膜209の開口部(パッシベーション膜209を部分的に除去することによって形成されている)に設けられている。このため、チップ領域202に形成されているパッシベーション膜209と、スクライブ領域203に形成されているパッシベーション膜209とは、キャップ層225a及び225bによって2重に分断されることになる。すなわち、スクライブ領域203とチップ領域202とがパッシベーション膜209を介して接続されることはないので、ダイシング時にスクライブ領域203のパッシベーション膜209が受ける衝撃が該パッシベーション膜209を通じてチップ領域202に伝播されることはほとんどない。
As shown in FIG. 11A, a
図11(b)は、図11(a)のC−C’線におけるチップ表面部の断面図である。 FIG. 11B is a cross-sectional view of the chip surface portion taken along line C-C ′ of FIG.
図11(b)に示すように、チップ領域202の周縁部のパッシベーション膜209を突き抜けるようにキャップ層225a及び225bが2重に形成されている。このため、ダイシング時にダイシング装置のブレードとの接触によりスクライブ領域203のパッシベーション膜209が受ける衝撃や応力等の影響が、チップ領域202内部の回路や配線構造等に及ぶことを防止することができる。
As shown in FIG. 11B, the
以下、図8(b)に示すシールリング構造、つまり、各シールリング204a及び204bを構成するシールビアが同じ層間絶縁膜内において少なくとも2以上に枝分かれした構造について詳しく説明する。尚、図8(b)において、図8(a)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する。
Hereinafter, the seal ring structure shown in FIG. 8B, that is, a structure in which the seal vias constituting the
図8(b)に示すシールリング構造が図8(a)に示すシールリング構造と異なっている点は、各シールリング204a及び204bを構成するシールビアが同じ層間絶縁膜内において少なくとも2以上に枝分かれしている点である。
The seal ring structure shown in FIG. 8B is different from the seal ring structure shown in FIG. 8A in that the seal vias constituting the
具体的には、シールリング(第1のシールリング)204a及びシールリング(第2のシールリング)204bの2重構造のうち内側の第1のシールリング204aについて、第1の層間絶縁膜205に、第1のシールビア221aに代えて、導電層220aとそれぞれ接続するシールビア221a1及び221a2が設けられていること、第3の層間絶縁膜207に、第2のシールビア223aに代えて、第1のシール配線222aとそれぞれ接続するシールビア223a1及び223a2が設けられていること、並びに、第4の層間絶縁膜208に、第3のシールビア224aに代えて、シールビア223a1及び223a2のそれぞれと接続するシールビア224a1及び224a2が設けられていることである。尚、シールビア221a1及び221a2のそれぞれの上部は第1のシール配線222aと接続されており、シールビア224a1及び224a2のそれぞれの上部はキャップ層(第1のキャップ層)225aと接続されている。
Specifically, the inner
また、第1のシールリング204aと隣接してその外側にある第2のシールリング204bについて、第1の層間絶縁膜205に、第1のシールビア221bに代えて、導電層220bとそれぞれ接続するシールビア221b1及び221b2が設けられていること、第3の層間絶縁膜207に、第2のシールビア223bに代えて、第1のシール配線222bとそれぞれ接続するシールビア223b1及び223b2が設けられていること、並びに、第4の層間絶縁膜208に、第3のシールビア224bに代えて、シールビア223b1及び223b2のそれぞれと接続するシールビア224b1及び224b2が設けられていることである。尚、シールビア221b1及び221b2のそれぞれの上部は第1のシール配線222bと接続されており、シールビア224b1及び224b2のそれぞれの上部はキャップ層(第2のキャップ層)225bと接続されている。
Further, for the
以上に説明したように、図8(b)に示すシールリング204a及び204bは、複数に枝分かれしたシールビア(又はその積層構造)が少なくとも1つのシール配線によって束ねられた構造を有する。このため、個々のシールビアの幅(厚み)が小さくても、それらが束ねられているため、シールリング全体として大きな強度を持たせることができる。よって、ダイシング時にスクライブ領域203に機械的衝撃や応力が加わった場合であっても、シールリング204a若しくは204bが破壊されること、又はシールリング204a若しくは204bの一部(つまり枝分かれしたシールビアの1つ)の損傷がチップ領域202に影響を及ぼすことを防ぐことができる。
As described above, the
また、図8(b)に示すシールリング構造において、各シールリング204a及び204bを構成するシールビアを層間絶縁膜毎に選択的に2つ、3つ又は4つ以上に枝分かれさせることによって、チップ領域202の保護機能をより向上させることができる。すなわち、ダイシング時の衝撃や応力がチップ領域202内へ伝播することをより確実に防止できる。
Further, in the seal ring structure shown in FIG. 8B, by selectively branching the seal vias constituting the
また、図8(b)に示すシールリング構造によると、図8(a)に示すシールリング構造と同様に、外側の第2のシールリング204bが破壊されたとしても、該第2のシールリング204bに対して電気的に絶縁された構造を持つ第1のシールリング204aが破壊されずにその形状が保持されていれば、水分や可動イオン等の汚染物質がチップ領域202内に侵入することを防止でき、それによって半導体装置の信頼性の低下を防止することができる。
Further, according to the seal ring structure shown in FIG. 8 (b), even if the outer
また、図8(b)に示すシールリング構造において、1本のシール配線から2本のシールビアを枝分かれさせる構造を用いたが、これに代えて、1本のシール配線から3本以上のシールビアを枝分かれさせる構造を用いてもよい。すなわち、チップ領域202のレイアウト上の余裕又は膜(層間絶縁膜)強度の大小等に応じて、枝分かれさせるシールビアの数を適宜選択すればよい。
Further, in the seal ring structure shown in FIG. 8B, a structure in which two seal vias are branched from one seal wiring is used. Instead, three or more seal vias are provided from one seal wiring. A branched structure may be used. That is, the number of seal vias to be branched may be appropriately selected according to the margin in the layout of the
尚、図8(a)及び図8(b)に示すシールリング204a及び204bにおいて、少なくとも2つ以上のシールビアが連続的に積層されている構造に代えて、素子等が形成されているチップ領域202におけるビアと配線とが交互に積層されている配線構造と同様に、シールビアとシール配線とが交互に積層された構造を用いても、本実施形態と同様の効果が得られる。但し、シール配線を用いてシールリングを構成すると、シールビアを用いる場合と比べて、シールリングの幅が厚くなるので、各配線層のレイアウトを考慮してシール配線を用いるか用いないかを決めることが好ましい。
Note that in the
また、本実施形態において、4層重ねられた層間絶縁膜に配線構造を形成したが、層間絶縁膜の層数は4層に限られるものではなく、チップ構造に応じて4層より少なくても多くてもよいことは言うまでもない。 Further, in this embodiment, the wiring structure is formed in the interlayer insulating film stacked in four layers, but the number of layers of the interlayer insulating film is not limited to four layers, and may be less than four layers depending on the chip structure. It goes without saying that there may be many.
また、本実施形態において、シールリング204a及び204bを構成する導電材料としてCuを用いたが、これに限られず、シールリング204a及び204bをW、Al及びCuのうちの少なくとも1つを用いて構成してもよい。このようにすると、半導体装置のチップ領域202に形成される配線及びビアと同じ材料からシールリング204a及び204bを形成することができる。
In the present embodiment, Cu is used as the conductive material constituting the
また、本実施形態において、キャップ層225a及び225bを構成する導電材料は特に限定されないが、該材料がAlであると、シールリング204a及び204b(特にCuから構成されたシールリング)の腐食を確実に防止することができる。
In the present embodiment, the conductive material constituting the
また、本実施形態において、例えば図8(a)又は図8(b)に示すシールリング構造のように、複数のシールビアを連続的に積層させる場合、上層のシールビア又は下層のシールビアのうちの一方の接触面を他方の接触面よりも大きくすることが好ましい。このようにすると、コンタクトマージンを向上させることができる。 Further, in the present embodiment, when a plurality of seal vias are continuously laminated, for example, as in the seal ring structure shown in FIG. 8A or FIG. 8B, one of the upper layer seal vias or the lower layer seal vias. It is preferable to make this contact surface larger than the other contact surface. In this way, the contact margin can be improved.
(第2の実施形態の第1変形例)
以下、本発明の第2の実施形態の第1変形例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。
(First Modification of Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図12(a)は、本変形例に係る半導体装置の断面図(図7のBB’線の断面構造を示す図)である。 FIG. 12A is a cross-sectional view of a semiconductor device according to this modification (a view showing a cross-sectional structure taken along line BB ′ in FIG. 7).
図12(a)に示す本変形例のシールリング構造が、図8(a)に示す第2の実施形態のシールリング構造と異なっている点は、内側のシールリング(第1のシールリング)204aの上にキャップ層(第1のキャップ層)225aが設けられていない点である。言い換えると、第1のシールリング204a上のパッシベーション膜209は開口されていない。
The seal ring structure of this modification shown in FIG. 12A is different from the seal ring structure of the second embodiment shown in FIG. 8A in that the inner seal ring (first seal ring) is different. The cap layer (first cap layer) 225a is not provided on 204a. In other words, the
具体的には、図12(a)に示すように、本変形例の半導体装置は、第2の実施形態と同様のシールリングの2重構造を有しており、そのうち、外側の第2のシールリング204bは、図2(a)に示す第1の実施形態のシールリング構造と同様に、最上部にキャップ層(第2のキャップ層)225bを有する一方、内側の第1のシールリング204aは、最上部にキャップ層を有していない。
Specifically, as shown in FIG. 12A, the semiconductor device of the present modification has a double structure of a seal ring similar to that of the second embodiment, of which the outer second Similar to the seal ring structure of the first embodiment shown in FIG. 2A, the
また、図8(a)に示す第2の実施形態のシールリング構造と同様に、本変形例の第1のシールリング204a及び第2のシールリング204bは共に複数の層間絶縁膜205〜209の積層構造中に形成されている。詳しくは、基板201に設けられた導電層220a及び220bのそれぞれの上に第1のシールビア221a及び221bが形成され、該第1のシールビア221a及び221bのそれぞれの上に第1のシール配線222a及び222bが形成されている。また、第1のシール配線222a及び222bのそれぞれの上に第2のシールビア223a及び223bが形成され、該第2のシールビア223a及び223bのそれぞれの上に第3のシールビア224a及び224bが形成されている。また、第3のシールビア224aの上にはパッシベーション膜209が形成されている一方、外側の第2のシールリング204bの最上部である第3のシールビア224b上のパッシベーション膜209は開口されており、該開口部には第3のシールビア224bと接続するキャップ層225bが設けられている。
Further, similarly to the seal ring structure of the second embodiment shown in FIG. 8A, both the
本変形例によると、チップ領域202を連続的に取り囲むようにシールリング204a及び204bが2重に形成されている。よって、半導体ウェハ(基板)201をスクライブ領域203に沿ってダイシングして、完成した半導体チップ(半導体装置)を個片化して取り出す際に、ダイシング装置のブレードがスクライブライン(スクライブ領域)203と接することによって生じるダイシング時の機械的衝撃や応力が、チップ領域202に加わること又はそれによってチップ領域202が破損することをより確実に防止できる。
According to this modification, the
また、本変形例によると、外側の第2のシールリング204b上には、パッシベーション膜209を貫通するキャップ層225bが配置されている。よって、チップ領域202のパッシベーション膜209とスクライブ領域203のパッシベーション膜209とがキャップ層225bによって完全に分断されて不連続になるので、ダイシング時にスクライブ領域203が受けた衝撃がチップ領域202に伝播することを防止することができる。
Further, according to this modification, the
(第2の実施形態の第2変形例)
以下、本発明の第2の実施形態の第2変形例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。
(Second modification of the second embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a second modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図12(b)は、本変形例に係る半導体装置の断面図(図7のBB’線の断面構造を示す図)である。 FIG. 12B is a cross-sectional view of the semiconductor device according to this modification (a view showing a cross-sectional structure taken along the line BB ′ of FIG. 7).
図12(b)に示す本変形例のシールリング構造が、図8(b)に示す第2の実施形態のシールリング構造と異なっている点は、内側のシールリング(第1のシールリング)204aの上にキャップ層(第1のキャップ層)225aが設けられていない点である。言い換えると、第1のシールリング204a上のパッシベーション膜209は開口されていない。すなわち、本変形例の半導体装置は、第2の実施形態と同様のシールリングの2重構造を有しており、そのうち、外側の第2のシールリング204bは、図3(a)に示す第1の実施形態のシールリング構造と同様に、最上部にキャップ層(第2のキャップ層)225bを有する一方、内側の第1のシールリング204aは、最上部にキャップ層を有していない。
The seal ring structure of this modification shown in FIG. 12B is different from the seal ring structure of the second embodiment shown in FIG. 8B in that the inner seal ring (first seal ring) The cap layer (first cap layer) 225a is not provided on 204a. In other words, the
また、図12(b)に示す本変形例のシールリング構造が、図12(a)に示す第2の実施形態の第1変形例のシールリング構造と異なっている点は、各シールリング204a及び204bを構成するシールビアが枝分かれ構造を有している点である。 Further, the seal ring structure of this modification shown in FIG. 12B is different from the seal ring structure of the first modification of the second embodiment shown in FIG. And the seal vias constituting 204b have a branching structure.
具体的には、第1の層間絶縁膜205中の第1のシールビア221a及び第1のシールビア221bはそれぞれ、2つに枝分かれした第1のシールビア221a1及び221a2並びに2つに枝分かれした第1のシールビア221b1及び221b2として形成されている。同様に、第3の層間絶縁膜207中の第2のシールビア223a及び第2のシールビア223bはそれぞれ、2つに枝分かれした第2のシールビア223a1及び223a2並びに2つに枝分かれした第2のシールビア223b1及び223b2として形成され、第4の層間絶縁膜208中の第3のシールビア224a及び第3のシールビア224bはそれぞれ、2つに枝分かれした第3のシールビア224a1及び224a2並びに2つに枝分かれした第3のシールビア224b1及び224b2として形成されている。また、第3のシールビア224a1及び224a2のそれぞれの上にはパッシベーション膜209が形成されている一方、外側の第2のシールリング204bの最上部である第3のシールビア224b1及び224b2上のパッシベーション膜209は開口されており、該開口部には第3のシールビア224b1及び224b2と接続するキャップ層225bが設けられている。
Specifically, the first seal via 221a and the first seal via 221b in the first
本変形例によると、図12(a)に示す、第2の実施形態の第1変形例により得られる効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、各シールリング204a及び204bを構成するシールビアが枝分かれ構造を有するため、各シールリング204a及び204bの強度をより向上させることができると共に、外部からチップ領域202内に不純物や水分が侵入することを各シールリング204a及び204bによって防ぐことができる。
According to this modification, in addition to the effects obtained by the first modification of the second embodiment shown in FIG. 12A, the following effects can be obtained. That is, since the seal vias constituting the
(第2の実施形態の第3変形例)
以下、本発明の第2の実施形態の第3変形例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。
(Third Modification of Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a third modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図13は、本変形例に係る半導体装置の断面図(図7のBB’線の断面構造を示す図)である。 FIG. 13 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to this modification (a view showing a cross-sectional structure taken along line BB ′ of FIG. 7).
図13に示す本変形例の半導体装置が、図8(b)に示す第2の実施形態の半導体装置と異なっている点は、チップ領域202の基板201におけるシールリング204a及び204bの近傍の上にトランジスタが設けられていることである。具体的には、基板201における素子分離231によって囲まれた領域の上に、ゲート絶縁膜232を介してゲート電極233が形成されている。ゲート電極233の側面には絶縁性サイドウォール234が形成されている。基板201におけるゲート電極233の両側にはソース・ドレイン領域となる活性層210が設けられている。
The semiconductor device of this modification shown in FIG. 13 is different from the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. 8B in that the top of the
また、図13に示す本変形例のシールリング構造が、図8(b)に示す第2の実施形態のシールリング構造と異なっている点は、前述のトランジスタの形成層である第1の層間絶縁膜205中の第1のシールビア221a及び第1のシールビア221bはそれぞれ、2つに枝分かれした第1のシールビア221a1及び221a2並びに2つに枝分かれした第1のシールビア221b1及び221b2として形成されていることである。尚、図12(a)に示す第2の実施形態の第1変形例のシールリング構造と同様に、内側のシールリング(第1のシールリング)204aの上にはキャップ層(第1のキャップ層)225aが設けられていない。言い換えると、第1のシールリング204a上のパッシベーション膜209は開口されていない。
Further, the seal ring structure of the present modification shown in FIG. 13 is different from the seal ring structure of the second embodiment shown in FIG. 8B in that the first interlayer which is the above-mentioned transistor formation layer. The first seal via 221a and the first seal via 221b in the insulating
ところで、近年、チップサイズの縮小化が進むに伴って、ウェハをダイシングする箇所(スクライブ領域)から、該箇所に最も近接するトランジスタ(以下、最近接トランジスタと称する)までの距離が短くなってきている。具体的には、従来、パッドの下側に素子が配置していなかったときには、シールリングから最近接トランジスタまでの距離(図13の距離Lに相当)は100μm程度であった。それに対して、近年、パッドの下側に素子を配置するようなレイアウトが用いられるようになり、それに伴って、シールリングから最近接トランジスタまでの距離Lが10μm程度まで小さくなってきている。その結果、ダイシング時の衝撃がトランジスタに伝播しやすくなり、トランジスタがより破損しやすい状況になってきている。一方、トランジスタは、薄膜のゲート酸化膜等を備えた微細構造を有するため、衝撃に弱いので、トランジスタに対しては特にダイシング時の破損を防止する対策が求められる。 By the way, in recent years, as the chip size has been reduced, the distance from the location where the wafer is diced (scribe region) to the transistor closest to the location (hereinafter referred to as the closest transistor) has become shorter. Yes. Specifically, conventionally, when no element is arranged below the pad, the distance from the seal ring to the closest transistor (corresponding to the distance L in FIG. 13) is about 100 μm. On the other hand, in recent years, a layout in which elements are arranged on the lower side of the pad has been used, and accordingly, the distance L from the seal ring to the nearest transistor has been reduced to about 10 μm. As a result, the impact during dicing tends to propagate to the transistor, and the transistor is more likely to be damaged. On the other hand, since the transistor has a fine structure including a thin gate oxide film and the like, it is vulnerable to impacts, and therefore, a countermeasure for preventing damage during dicing is required for the transistor.
そこで、本変形例においては、前述の「2以上に枝分かれしたシールビア構造」を用いて、トランジスタ形成層のシールリング構造の強度を向上させる。具体的には、特に基板201上の最下層の絶縁膜、つまりゲート電極233等を備えたトランジスタの形成層である第1の層間絶縁膜205中においてシールリング204a及び204bを構成する第1のシールビア221a及び第1のシールビア221bのそれぞれを2つに枝分かれさせることによって、該各枝分かれしたシールビア221a1、221a2、221b1及び221b2のそれぞれを、チップ領域202の最下層に加わる衝撃に対するバリアとして機能させる。これにより、ダイシング時におけるトランジスタの破損を防止でき、それによって半導体装置製造の歩留まりを向上させることができる。
Therefore, in this modification, the strength of the seal ring structure of the transistor formation layer is improved by using the above-described “seal via structure branched into two or more”. Specifically, in particular, the first insulating
尚、本変形例において、微細なトランジスタが設けられる層において「2以上に枝分かれしたシールビア構造」を用いたが、その他の微細な又は繊細な構造を持つ層において「2以上に枝分かれしたシールビア構造」を用いてもよい。 In this modification, the “sealed via structure branched into two or more” is used in the layer in which the fine transistor is provided, but the “sealed via structure branched into two or more” in other fine or delicate layers. May be used.
(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。尚、本実施形態は、第1及び第2の実施形態のそれぞれのバリエーションに相当する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment corresponds to each variation of the first and second embodiments.
図14(a)は、図19に示す従来の半導体装置の断面構造を模式的に示した図であり、スクライブ領域3を挟む2つのチップ領域2の周縁部を示している。尚、図14(a)においては、一部の構成要素の図示を省略すると共に図19と同じ構成要素には同じ符号を付し説明を省略する。図14(a)に示すように、スクライブ領域3の層間絶縁膜8及び10にはアクセサリ配線40が設けられている。
FIG. 14A is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the conventional semiconductor device shown in FIG. 19, and shows peripheral portions of two chip regions 2 sandwiching the scribe region 3. In FIG. 14A, some components are not shown, and the same components as those in FIG. As shown in FIG. 14A,
また、図14(b)は、図14(a)と対応する平面図である。尚、図14(b)において、パッシベーション膜11の下側のシールリング4については太い破線で模式的に示している。図14(b)に示すように、従来の半導体装置において、シールリング4はスクライブ領域3に沿ってライン状に設けられている。
FIG. 14B is a plan view corresponding to FIG. In FIG. 14B, the
次に、図15(a)は、図2(a)に示す第1の実施形態に係る半導体装置の断面構造を模式的に示した図であり、スクライブ領域103を挟む2つのチップ領域102の周縁部を示している。尚、図15(a)においては、一部の構成要素の図示を省略すると共に図2(a)と同じ構成要素には同じ符号を付し説明を省略する。図15(a)に示すように、スクライブ領域103の層間絶縁膜107及び108にはアクセサリ配線140が設けられている。
Next, FIG. 15A is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 2A, and shows two
また、図15(b)は、図15(a)と対応する平面図である。尚、図15(b)において、最上部にキャップ層125を備えたシールリング104については太い実線で模式的に示している。図15(b)に示すように、第1の実施形態の半導体装置において、シールリング104はスクライブ領域103に沿ってライン状に設けられている。
FIG. 15B is a plan view corresponding to FIG. In FIG. 15B, the
図14(b)に示す従来の半導体装置の平面構成並びに図15(b)に示す第1の実施形態の半導体装置の平面構成に対して、図16(a)〜(c)は本実施形態に係る半導体装置のバリエーションの平面構成を示している。尚、図16(a)〜(c)においても、シールリング104については太い実線で模式的に示している。
FIG. 16A to FIG. 16C show the plan configuration of the conventional semiconductor device shown in FIG. 14B and the plan configuration of the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. The plane structure of the variation of the semiconductor device which concerns on is shown. In FIGS. 16A to 16C, the
図16(a)に示す平面構成の特徴は、シールリング104が基板101(つまりパッシベーション膜109)の上側から見て矩形状の凹凸を有していることである。
A feature of the planar configuration shown in FIG. 16A is that the
図16(b)に示す平面構成の特徴は、シールリング104が基板101の上側から見て三角波状の凹凸を有していることである。
A feature of the planar configuration shown in FIG. 16B is that the
図16(c)に示す平面構成の特徴は、シールリング104の側部に、スクライブ領域103の方向に延びる複数の突起が設けられていることである。すなわち、シールリング104は、スクライブ領域103の延びる方向に対して垂直な方向に複数の突起を有している。
A feature of the planar configuration shown in FIG. 16C is that a plurality of protrusions extending in the direction of the
尚、図16(a)〜(c)のそれぞれに対応する半導体装置の断面構成は、断面を観察する箇所によりシールリング104の形成位置が水平方向に変化したり又はシールリング104の形成幅が変化する点を除いて、図15(a)又は図2(a)に示す第1の実施形態と同様である。 Note that, in the cross-sectional configuration of the semiconductor device corresponding to each of FIGS. Except for the change, it is the same as the first embodiment shown in FIG. 15 (a) or FIG. 2 (a).
また、図16(a)〜(c)のそれぞれに対応する半導体装置の製造方法は、シールリング形成用のマスクパターンを図16(a)〜(c)のそれぞれに合わせて変化させる点を除いて、第1の実施形態(図4(a)〜(d)、図5(a)〜(c)及び図6(a)〜(c)参照)と同様である。 In addition, the semiconductor device manufacturing method corresponding to each of FIGS. 16A to 16C except that the mask pattern for forming the seal ring is changed according to each of FIGS. 16A to 16C. This is the same as in the first embodiment (see FIGS. 4A to 4D, FIGS. 5A to 5C, and FIGS. 6A to 6C).
図16(a)〜(c)のいずれかに示す本実施形態のシールリング構造を有する半導体装置においては、チップ領域102を保護するシールリング104の障壁が、スクライブ領域103が延びる方向に対して平行な方向のみならず、垂直な方向や斜め方向にも設けられている。このため、ウェハのダイシング時にダイシング装置のブレードとパッシベーション膜109等の膜とが接触することによって生じる衝撃及び応力並びにそれらに起因して生じたウェハ(基板101)のクラック等が、シールリング104の側面(スクライブ領域103と対向する面)に沿って進行することを防ぐことができる。
In the semiconductor device having the seal ring structure of this embodiment shown in any of FIGS. 16A to 16C, the barrier of the
次に、図17(a)は、図8(a)に示す第2の実施形態に係る半導体装置の断面構造を模式的に示した図であり、スクライブ領域203を挟む2つのチップ領域202の周縁部を示している。尚、図17(a)においては、一部の構成要素の図示を省略すると共に図8(a)と同じ構成要素には同じ符号を付し説明を省略する。図17(a)に示すように、スクライブ領域203の層間絶縁膜207及び208にはアクセサリ配線240が設けられている。
Next, FIG. 17A is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG. 8A, and shows two
また、図17(b)は、図17(a)と対応する平面図である。尚、図17(b)において、最上部にキャップ層225a及び225bを備えたシールリング204a及び204bについては太い実線で模式的に示している。図17(b)に示すように、第2の実施形態の半導体装置において、シールリング204a及び204bはそれぞれスクライブ領域203に沿って2重のライン状に設けられている。
FIG. 17B is a plan view corresponding to FIG. In FIG. 17B, the
図17(b)に示す第2の実施形態の半導体装置の平面構成に対して、図18(a)〜(c)は本実施形態に係る半導体装置のバリエーションの平面構成を示している。尚、図18(a)〜(c)においても、シールリング204a及び204bについては太い実線で模式的に示している。
In contrast to the planar configuration of the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. 17B, FIGS. 18A to 18C show the planar configurations of variations of the semiconductor device according to the present embodiment. 18A to 18C, the
図18(a)に示す平面構成の特徴は、スクライブ領域203側のシールリング204bが基板201(つまりパッシベーション膜209)の上側から見て矩形状の凹凸を有していることである。
A feature of the planar configuration shown in FIG. 18A is that the
図18(b)に示す平面構成の特徴は、スクライブ領域203側のシールリング204bが基板201の上側から見て三角波状の凹凸を有していることである。
A feature of the planar configuration shown in FIG. 18B is that the
図18(c)に示す平面構成の特徴は、スクライブ領域203側のシールリング204bの側部に、スクライブ領域203の方向に延びる複数の突起が設けられていることである。すなわち、シールリング204bは、スクライブ領域203の延びる方向に対して垂直な方向に複数の突起を有している。
A feature of the planar configuration shown in FIG. 18C is that a plurality of protrusions extending in the direction of the
尚、図18(a)〜(c)のそれぞれに対応する半導体装置の断面構成は、断面を観察する箇所によりシールリング204bの形成位置が水平方向に変化したり又はシールリング204bの形成幅が変化する点を除いて、図17(a)又は図8(a)に示す第2の実施形態と同様である。
Note that the cross-sectional configuration of the semiconductor device corresponding to each of FIGS. 18A to 18C is such that the formation position of the
また、図18(a)〜(c)のそれぞれに対応する半導体装置の製造方法は、シールリング形成用のマスクパターンを図18(a)〜(c)のそれぞれに合わせて変化させる点を除いて、第2の実施形態(図9(a)〜(d)及び図10(a)〜(c))と同様である。 In addition, the semiconductor device manufacturing method corresponding to each of FIGS. 18A to 18C except that the mask pattern for forming the seal ring is changed according to each of FIGS. 18A to 18C. This is the same as in the second embodiment (FIGS. 9A to 9D and FIGS. 10A to 10C).
図18(a)〜(c)のいずれかに示す本実施形態のシールリング構造を有する半導体装置によると、シールリング構造が2重になっていることによる第2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、チップ領域202を保護するシールリング204a及び204bのうちスクライブ領域203側のシールリング204bの障壁が、スクライブ領域203が延びる方向に対して平行な方向のみならず、垂直な方向や斜め方向にも設けられている。このため、ウェハのダイシング時にダイシング装置のブレードとパッシベーション膜209等の膜とが接触することによって生じる衝撃及び応力並びにそれらに起因して生じたウェハ(基板201)のクラック等が、シールリング204bの側面(スクライブ領域203と対向する面)に沿って進行することを防ぐことができる。
According to the semiconductor device having the seal ring structure of this embodiment shown in any of FIGS. 18A to 18C, the same effect as that of the second embodiment due to the double seal ring structure is obtained. In addition, the following effects can be obtained. That is, the
尚、図18(a)〜(c)のそれぞれに示す本実施形態のシールリング構造(2重構造)においては、ライン状の平面形状を有するシールリング204aと、ライン状以外の他の平面形状を有するシールリング204bとの組み合わせについて説明した。しかし、シールリング204a及び204bのそれぞれが、ライン状以外の他の平面形状(同一でもよいし又は異なっていてもよい)を有していてもよい。また、少なくとも最も外側のシールリングがライン状以外の他の平面形状を有する3重以上のシールリング構造を用いてもよい。しかし、ライン状以外の他の平面形状を有する複数のシールリングを用いた場合又は3重以上のシールリング構造を用いた場合には、半導体装置(半導体チップ)の幅に占めるシールリング部分の幅が大きくなり、半導体装置の小型化に不利となる可能性がある。従って、図18(a)〜(c)のそれぞれに示す本実施形態のシールリング構造のように、ライン状の平面形状を有するシールリングと、ライン状以外の他の平面形状を有するシールリングとを組み合わせた2重のシールリング構造を用いることが好ましい。
In addition, in the seal ring structure (double structure) of this embodiment shown in each of FIGS. 18A to 18C, the
以上に説明したように、本発明の各実施形態によると、シールリングを構成するシールビアがチップ領域のデュアルダマシン型の配線構造に合わせて、当該配線層と同じ層間絶縁膜において一体的に形成されているため、シールビアは「つなぎ目」なく1つの層間絶縁膜を貫通するように設けられる。従って、シールリング全体として「つなぎ目」の数を低減することができる。よって、「つなぎ目」からの不純物等の侵入を、「つなぎ目」が多いシールリング構造と比較してより防ぐことができるため、より強固なシールリング構造を実現できる。すなわち、ダイシング時におけるチップ領域内への衝撃の伝播を抑制できると共に外部からチップ領域内への不純物等の侵入を防止できる。 As described above, according to each embodiment of the present invention, the seal via constituting the seal ring is integrally formed in the same interlayer insulating film as the wiring layer in accordance with the dual damascene wiring structure in the chip region. Therefore, the seal via is provided so as to penetrate through one interlayer insulating film without “seam”. Therefore, the number of “joints” can be reduced as a whole of the seal ring. Therefore, intrusion of impurities and the like from the “joint” can be further prevented as compared with a seal ring structure having many “joints”, and thus a stronger seal ring structure can be realized. That is, it is possible to suppress the propagation of impacts into the chip area during dicing and to prevent impurities and the like from entering the chip area from the outside.
また、本発明の各実施形態において、シールリングの最上部にキャップ層を設けたり、シールリングを構成するシールビアを枝分かれさせたり、シールビアをチップ領域のデュアルダマシン構造に合わせて形成したり、又は複数のシールリングがチップ領域を多重に取り囲む構成を用いたりすることによって、ウェハをスクライブ領域に沿ってダイシングして個々のチップを取り出す際にチップ領域がダメージを受けること又はチップ領域の一部が破損することをより確実に防ぐことができる。その結果、ダイシング時にスクライブ領域が受ける衝撃がチップ領域内に伝播することを防ぎ、それによりチップ領域内のIC回路や配線層等が傷つくことを防ぐことができるので、半導体装置(チップ)の歩留まりを向上させることができると共に、高精度のチップを提供することができる。 In each embodiment of the present invention, a cap layer is provided on the top of the seal ring, seal vias constituting the seal ring are branched, seal vias are formed in accordance with a dual damascene structure in the chip region, or a plurality of seal vias are formed. When the wafer is diced along the scribe area to take out individual chips, the chip area may be damaged or a part of the chip area may be damaged. Can be prevented more reliably. As a result, the impact received by the scribe area during dicing can be prevented from propagating into the chip area, thereby preventing damage to the IC circuit, wiring layer, etc. in the chip area, so that the yield of the semiconductor device (chip) can be reduced. Can be improved, and a highly accurate chip can be provided.
また、本発明の各実施形態において、チップ領域の周縁部(チップ領域におけるスクライブ領域との境界付近)にシールリングを設けたが、スクライブ領域のうちダイシング後も半導体装置(半導体チップ)の端部として残る部分(つまりスクライブ領域におけるチップ領域との境界付近)にシールリングを設けてもよい。 In each embodiment of the present invention, the seal ring is provided at the peripheral portion of the chip region (near the boundary with the scribe region in the chip region), but the end portion of the semiconductor device (semiconductor chip) after dicing in the scribe region A seal ring may be provided in the remaining portion (that is, in the vicinity of the boundary with the chip region in the scribe region).
以上に説明したように、本発明は、チップ領域を取り囲むように形成されたシールリングを有する半導体装置およびその製造方法に関し、本発明の適用により、ウェハを個々のチップに分割する際のダイシングによってチップ(半導体装置)側面に生じる欠けや割れ等がチップ領域内に伝播することを防止できるという効果が得られ、非常に有用である。 As described above, the present invention relates to a semiconductor device having a seal ring formed so as to surround a chip region, and a method for manufacturing the semiconductor device. By applying the present invention, dicing is performed when a wafer is divided into individual chips. This is very useful because it is possible to prevent the chip (semiconductor device) side face from being cracked, cracked, etc. from propagating into the chip region.
101 ウェハ(基板)
102 チップ領域
103 スクライブ領域
104 シールリング
105 第1の層間絶縁膜
105a ビアホール
105b 溝状凹部
106 第2の層間絶縁膜
106a、106b 配線溝
107 第3の層間絶縁膜
107a ビアホール
107b 溝状凹部
107c 配線溝
108 第4の層間絶縁膜
109 パッシベーション膜
110 活性層
111 第1のビア
112 第1の配線
113 第2のビア
114 第2の配線
115 第3のビア
116 第3の配線
117 パッド電極
120 導電層
121 第1のシールビア
121a 枝分かれした第1のシールビア
121b 枝分かれした第1のシールビア
122 第1のシール配線
123 第2のシールビア
123a 枝分かれした第2のシールビア
123b 枝分かれした第2のシールビア
124 第3のシールビア
124a 枝分かれした第3のシールビア
124b 枝分かれした第3のシールビア
125 キャップ層
126 第2のシールビア
127 第2のシール配線
128 第3のシールビア
129 第3のシール配線
130 レジスト膜
140 アクセサリ配線
201 ウェハ(基板)
201A 半導体チップ
202 チップ領域
203 スクライブ領域
204a、204b シールリング
205 第1の層間絶縁膜
205a ビアホール
205b、205c 溝状凹部
206 第2の層間絶縁膜
206a、206b、206c 配線溝
207 第3の層間絶縁膜
207a ビアホール
207b、207c 溝状凹部
208 第4の層間絶縁膜
209 パッシベーション膜
210 活性層
211 第1のビア
212 第1の配線
213 第2のビア
214 第2の配線
215 第3のビア
216 第3の配線
217 パッド電極
220a、220b 導電層
221a、221b 第1のシールビア
221a1、221a2、221b1、221b2 枝分かれした第1のシールビア
222a、222b 第1のシール配線
223a、223b 第2のシールビア
223a1、223a2、223b1、223b2 枝分かれした第2のシールビア
224a、224b 第3のシールビア
224a1、224a2、224b1、224b2 枝分かれした第3のシールビア
225a、225b キャップ層
230 レジスト膜
231 素子分離
232 ゲート絶縁膜
233 ゲート電極
234 絶縁性サイドウォール
240 アクセサリ配線
101 Wafer (substrate)
102
Claims (15)
前記基板上に形成された複数の層間絶縁膜の積層構造と、
前記複数の層間絶縁膜の積層構造の上に形成された保護膜と、
前記チップ領域の周縁部における前記複数の層間絶縁膜の積層構造に該積層構造を貫通し且つ前記チップ領域を連続的に取り囲むように形成されたシールリングとを備え、
前記シールリングは、前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つにおいて互いに隣り合う2以上のライン状構造のシールビアを含み、当該ライン状構造のシールビアのそれぞれは前記シールリングを構成している同一のシール配線に接続されており、
前記複数の層間絶縁膜は、第1の層間絶縁膜及び前記第1の層間絶縁膜よりも強度が大きい第2の層間絶縁膜を含み、
前記第1の層間絶縁膜内に形成された前記シールビアの数は、前記第2の層間絶縁膜内に形成された前記シールビアの数よりも多く、
前記保護膜は前記シールリング上に第1の開口部を有すると共に該第1の開口部には前記シールリングと接するキャップ層が形成されていることを特徴とする半導体装置。 An element formed in a chip region of the substrate;
A laminated structure of a plurality of interlayer insulating films formed on the substrate;
A protective film formed on the laminated structure of the plurality of interlayer insulating films;
A seal ring formed so as to penetrate the stacked structure and continuously surround the chip region in the stacked structure of the plurality of interlayer insulating films in the peripheral portion of the chip region;
The seal ring includes two or more line-shaped structure seal vias adjacent to each other in at least one of the plurality of interlayer insulating films, and each of the line-shaped seal vias constitutes the seal ring. Is connected to the seal wiring of
The plurality of interlayer insulating films include a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film having a strength higher than that of the first interlayer insulating film ,
The number of the first of said seal via formed in interlayer insulating film, rather multi than the number of the seal via formed in the second interlayer insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the protective film has a first opening on the seal ring, and a cap layer in contact with the seal ring is formed in the first opening .
前記チップ領域における前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも前記第2の層間絶縁膜に形成され且つ前記素子と前記配線とを接続するか又は前記配線同士を接続するプラグとをさらに備え、
前記チップ領域における前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも前記第2の層間絶縁膜には、前記配線と該配線に接続された前記プラグとが一体化した構造を持つデュアルダマシン配線が形成され、
前記シールリングにおける前記デュアルダマシン配線が設けられている層間絶縁膜に形成されている部分は一体的に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 Wiring formed in at least the second interlayer insulating film of the plurality of interlayer insulating films in the chip region;
A plug formed on at least the second interlayer insulating film of the plurality of interlayer insulating films in the chip region and connecting the element and the wiring or connecting the wirings;
Dual damascene wiring having a structure in which the wiring and the plug connected to the wiring are integrated is formed in at least the second interlayer insulating film of the plurality of interlayer insulating films in the chip region,
2. The semiconductor device according to claim 1 , wherein a portion of the seal ring formed in an interlayer insulating film provided with the dual damascene wiring is integrally formed.
前記凹部のアスペクト比は3以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 At least a portion of the seal ring is embedded in a recess provided across one interlayer insulating film of the plurality of interlayer insulating films or at least two or more interlayer insulating films stacked on each other,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the aspect ratio of the concave portion is 3 or more.
前記基板上に、前記チップ領域を連続的に取り囲むシールビア及びシール配線の少なくとも一方を有する層間絶縁膜が複数積層された複数の層間絶縁膜の積層構造と、前記シールビア及び前記シール配線の少なくとも一方からなり且つ前記複数の層間絶縁膜の積層構造を貫通するシールリングとを形成する工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記複数の層間絶縁膜の積層構造の上に保護膜を形成する工程(c)と、
前記保護膜における前記シールリング上の領域に第1の開口部を形成すると共に、前記第1の開口部に前記シールリングと接するキャップ層を形成する工程(d)とを備え、
前記工程(b)において、前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも1つにおいて互いに隣り合う2以上のライン状構造のシールビアを形成し、当該ライン状構造のシールビアのそれぞれを前記シールリングを構成している同一のシール配線に接続し、
前記複数の層間絶縁膜は、第1の層間絶縁膜及び前記第1の層間絶縁膜よりも強度が大きい第2の層間絶縁膜を含み、
前記第1の層間絶縁膜内に形成された前記シールビアの数は、前記第2の層間絶縁膜内に形成された前記シールビアの数よりも多いことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an element in a chip region of the substrate (a);
A laminated structure of a plurality of interlayer insulating films in which a plurality of interlayer insulating films having at least one of a seal via and a seal wiring continuously surrounding the chip region are stacked on the substrate, and at least one of the seal via and the seal wiring And (b) forming a seal ring penetrating the laminated structure of the plurality of interlayer insulating films ,
After the step (b), a step (c) of forming a protective film on the laminated structure of the plurality of interlayer insulating films;
Forming a first opening in a region of the protective film on the seal ring and forming a cap layer in contact with the seal ring in the first opening (d) ,
In the step (b), at least one of the plurality of interlayer insulating films forms a seal via having two or more line-shaped structures adjacent to each other, and each of the seal vias having the line-shaped structure constitutes the seal ring. Connected to the same seal wiring,
The plurality of interlayer insulating films include a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film having a strength higher than that of the first interlayer insulating film ,
The number of the seal vias formed in the first interlayer insulating film is larger than the number of the seal vias formed in the second interlayer insulating film.
前記チップ領域における前記複数の層間絶縁膜のうちの少なくとも前記第2の層間絶縁膜には、前記配線と該配線に接続された前記プラグとが一体化した構造を持つデュアルダマシン配線が形成され、
前記デュアルダマシン配線が設けられている層間絶縁膜に形成されている前記シールビア及び前記シール配線の少なくとも一方は一体的に構成されていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 Wherein in the step (b), thereby forming a wiring on at least the second interlayer insulating film among the plurality of interlayer insulating film in the chip region, at least the one of said plurality of interlayer insulating film in the chip region Forming a plug for connecting the element and the wiring or connecting the wiring to the second interlayer insulating film ;
Dual damascene wiring having a structure in which the wiring and the plug connected to the wiring are integrated is formed in at least the second interlayer insulating film of the plurality of interlayer insulating films in the chip region,
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10 , wherein at least one of the seal via and the seal wiring formed in the interlayer insulating film provided with the dual damascene wiring is integrally formed. .
すると共に、該第2の開口部に前記配線と接するパッド電極を形成することを特徴とする
請求項11に記載の半導体装置。 The step (d) is characterized in that a second opening is formed in a region on the wiring in the protective film, and a pad electrode in contact with the wiring is formed in the second opening. 11. The semiconductor device according to 11 .
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