(57)【要約】【課題】  層間絶縁膜等の膜剥がれを防止し、かつボンディング性を向上させる。【解決手段】  半導体基板上に積層された層間絶縁膜内にそれぞれ形成された複数の配線と、前記複数の配線を上下方向に接続するビアと、前記複数の配線のうちの少なくとも１つの配線と接続され、外部との電気的接続のためのボンディングワイヤを接続するボンディングエリアを有するボンディングパッドと、前記ボンディングパッドの下部の前記層間絶縁膜内に形成され、前記ボンディングパッドとは電気的に接続されない複数の強化パターンと、複数の前記強化パターンのうち、上下に配置された前記強化パターン同士を接続する強化用ビアとを有し、前記強化パターンは、前記複数の配線と同一の部材から構成されており、かつ、前記ボンディングエリアの直下部分における前記部材のうち、その少なくとも一部に前記部材が存在しない部位を有していることを特徴とする半導体集積回路装置。【選択図】  図１
2006019312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に積層された層間絶縁膜内にそれぞれ形成された複数の配線と、
前記複数の配線を上下方向に接続するビアと、
前記複数の配線のうちの少なくとも１つの配線と接続され、外部との電気的接続のためのボンディングワイヤを接続するボンディングエリアを有するボンディングパッドと、
前記ボンディングパッドの下部の前記層間絶縁膜内に形成され、前記ボンディングパッドとは電気的に接続されない複数の強化パターンと、
複数の前記強化パターンのうち、上下に配置された前記強化パターン同士を接続する強化用ビアとを有し、
前記強化パターンは、前記複数の配線と同一の部材から構成されており、かつ、前記ボンディングエリアの直下部分における前記部材のうち、その少なくとも一部に前記部材が存在しない部位を有していることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
前記強化パターンは、前記ボンディングエリアの直下部分における前記部材のうち、その中央部に前記部材が存在しない部位を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路装置。
【請求項３】
前記強化パターンは、前記ボンディングエリアの直下部分における前記部材のうち、その全部分に前記部材が存在しないことを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路装置。
【請求項４】
前記強化パターンの前記ボンディングエリアの直下部分における前記部材が存在しない部位には、前記層間絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置。
【請求項５】
前記強化パターンは、前記複数の配線のうちの１つの配線と同一の層に形成され、前記強化用ビアは、前記ビアと同一の層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路装置の層間絶縁膜として、誘電率が低い（k≦３．０）絶縁膜であるいわゆるlow-k膜が用いられるようになってきた。しかし、このlow-k膜は、密度が低いため、層間絶縁膜の下部層、例えば拡散防止膜等との密着強度が弱く、ダイシング時等に発生するダメージによりlow-k膜の膜剥がれが生じるといった問題が発生していた。
【０００３】
このlow-k膜の膜剥がれ対策としては、ボンディングパッドの下部にダミー配線を配設した半導体集積回路装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この特許文献１の半導体集積回路装置によれば、ボンディングパッドの下部に配線層と同じ材料からなるダミー配線及び、ビアを配してダイシング時のダメージをダミー配線及びビアにより防止しようとするものである。
【０００５】
しかし、上記半導体集積回路装置では、ボンディングパッドに、ボンディングワイヤを超音波と熱加重を併用して押し付け接着する場合に以下のような問題がある。
【０００６】
配線材料として、例えば銅（Ｃｕ）が用いられたとき、ボンディングパッドの下部に、銅をダミー配線として配置すると、ボンディングパッドにボンディングワイヤを加重して接続する際に、ボンディングパッドにボンディングワイヤを接続することが困難である。
【特許文献１】特開2001-267323号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体集積回路装置内の層間絶縁膜等の膜剥がれを防止し、かつボンディング性を向上させることが可能な半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の半導体集積回路装置は、半導体基板上に積層された層間絶縁膜内にそれぞれ形成された複数の配線と、前記複数の配線を上下方向に接続するビアと、前記複数の配線のうちの少なくとも１つの配線と接続され、外部との電気的接続のためのボンディングワイヤを接続するボンディングエリアを有するボンディングパッドと、前記ボンディングパッドの下部の前記層間絶縁膜内に形成され、前記ボンディングパッドとは電気的に接続されない複数の強化パターンと、複数の前記強化パターンのうち、上下に配置された前記強化パターン同士を接続する強化用ビアとを有し、前記強化パターンは、前記複数の配線と同一の部材から構成されており、かつ、前記ボンディングエリアの直下部分における前記部材のうち、その少なくとも一部に前記部材が存在しない部位を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体集積回路装置の層間絶縁膜剥がれの防止及びボンディング性を高めることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１１】
本発明の実施例に係る半導体集積回路装置を図１及び図２を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の実施例に係る半導体集積回路装置の構造を示す平面図であり、チップの上部付近の構成のみを示している。また、図１は必ずしも実際の寸法が反映されたものではない。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、半導体集積回路装置の中央部には素子領域１が形成され、周辺部には、パッド領域２が形成される。素子領域１には、トランジスタ、ダイオード及びキャパシタ等の各種機能素子が形成され、この素子領域１の上部には各機能素子を接続する配線が多層構造に形成されている。一方、パッド領域２には、半導体集積回路装置の外部から半導体集積回路装置の内部に電気信号を入出力する端子となるボンディングパッド６０が形成され、そのボンディングパッド６０の直下部分には、強化パターン８０及び強化用ビア９０が形成されている。
【００１３】
図１（b）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図１（b）に示すように、半導体基板１０上に、第１の層間絶縁膜２０、拡散防止膜３０が積層状に形成されている。この第１の層間絶縁膜２０には、誘電率k＝２．２〜２．７の範囲程度の誘電率kの低いlow-k膜（例えば、ＳｉＯＣ膜）が用いられている。また、拡散防止膜３０は、配線４０として用いられる銅（Ｃｕ）が第１の層間絶縁膜２０に拡散するのを防止するために設けられたものであって、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ等が用いられている。
【００１４】
素子領域１の上部における積層状の第１の層間絶縁膜２０部分には、銅（Ｃｕ）等の金属導体からなる配線４０が多層構造に設けられ、下層の配線４０と上層の配線４０とがビア４５によって電気的接続されている。そして、この配線４０は、半導体基板１０等に形成された各種機能素子に電気的に接続されている。
【００１５】
そして、これらの配線４０及びビア４５が所定の数だけ繰り返し積み上げられて多層配線が形成され、最上層の拡散防止膜３０上には、ＳｉＮ、ＳｉＯ２等の絶縁材料からなる第２の層間絶縁膜５０が形成されている。第１の層間絶縁膜２０は、誘電率kが大きいと半導体集積回路装置の信号遅延を引き起こすため、誘電率k(k≦３．０)の低いlow-k膜を用いるが、第２の層間絶縁膜５０は、配線４０の信号遅延を及ぼす影響が小さいため、low-k膜に比べて誘電率kは高いが機械的強度が強いＳｉＮ、ＳｉＯ２等の絶縁材料を用いている。
【００１６】
第２の層間絶縁膜５０上のパッド領域２に、ＡｌやＣｕ等の金属からなるボンディングパッド６０が形成されている。そして、このボンディングパッド６０は最上層の配線４０にビア４５を介して電気的に接続されている。
【００１７】
なお、このボンディングパッド６０は、配線４０及びビア４５と同一の材質であるＣｕを用いてもよいし、また、ボンディングパッド６０上に、バンプ用メッキ層を形成してもよい。
【００１８】
第２の層間絶縁膜５０及びボンディングパッド６０の上部に、半導体集積回路装置の外部との電気信号の送受信のための金（Ａｕ）やアルミ合金からなるボンディングワイヤ（図示しない）が接続されるボンディングエリア６５を除いて、パッシベーション膜７０が形成されている。なお、ボンディングエリア６５は、ボンディングワイヤをボンディングパッド６０に加重して押し付けボンディングする際に、加重が集中する部分である。
【００１９】
そして、パッド領域２内であってボンディングパッド６０の下部には、配線４０と同一材料のＣｕを部材とし、かつ、配線４０とほぼ同一の多層構造を有する強化パターン８０が形成されている。この強化パターン８０は、配線４０と同一層に形成され、かつ、図１（c）に示すように、チップの外周部に、素子領域１を囲うようにリング状に形成され、配線４０及びビア４５と電気的に接続されず、独立して設けられている。
【００２０】
さらに、各強化パターン８０は、ビア４５と同一のＣｕを部材とする強化用ビア９０によって連結されている。この強化用ビア９０もまた、配線４０及びビア４５とは電気的に接続されていない。
【００２１】
これらの強化パターン８０及び強化用ビア９０は、配線４０及びビア４５と同様に所定の数だけ繰り返し積み上げて形成されている。
【００２２】
ここで、上記強化パターン８０の形状について、図２を用いて説明する。図２における斜線部分が強化パターン８０である。図２（a）に示すように、強化パターン８０は、パッド領域２に形成され、かつ各ボンディングパッド６０のボンディングエリア６５の直下部分のうち、その中央部を中心とした四角形状の強化パターン８０の部材が存在しない部位を有している。
【００２３】
また、図２（b）に示すように、強化パターン８０は、パッド領域２に形成され、かつ各ボンディングパッド６０のボンディングエリア６５の直下部分のうち、その中央部を中心とした円状の強化パターン８０の部材が存在しない部位を有している。
【００２４】
また、図２（c）に示すように、強化パターン８０は、各ボンディングパッド６０に対応して独立して設けられ、各ボンディングパッド６０のボンディングエリア６５の直下部分のうち、その中央部を中心とした四角形状の強化パターン８０の部材が存在しない部位を有している。
【００２５】
さらに、図２（d）に示すように、強化パターン８０は、パッド領域２に形成され、かつ各ボンディングパッド６０のボンディングエリア６５の直下部分の全部分には強化パターン８０の部材が存在しない形状を有している。
【００２６】
なお、図２（a）、図２（b）、図２（c）及び図２（d）に示したボンディングエリア６５の直下部分のうち、強化パターン８０の部材が存在しない部位には、第１の層間絶縁膜２０が充填されている。以上のようにして、本発明の本実施例に係る半導体集積回路装置は構成されている。
【００２７】
以下、本発明の実施例に係る半導体集積回路装置の製造方法を図３を用いて説明する。まず、図３（a）に示すように、トランジスタ、ダイオード及びキャパシタ等の各種機能素子が作りこまれた半導体基板１０上に、最下層の第１の層間絶縁膜２０aを形成する。この第１の層間絶縁膜２０aは、ＳｉＯＣ等の誘電率kが低い（k≦３．０)、いわゆるlow-k膜であり、ＣＶＤ（chemical vapor deposition)法若しくはＳＯＧ（spin on glass）法等により形成する。以降、半導体基板１０及びその上層の形成物に対して、各種機能素子が形成された領域を素子領域１、各種機能素子が形成されていない領域をパッド領域２と呼ぶ。
【００２８】
次に、素子領域１の第１の層間絶縁膜２０aをドライエッチング技術を用いてパターニングして、溝２１a（配線４０aに対応する平面形状を有する）を形成する。その際、第１の層間絶縁膜２０aのパッド領域２にも溝２２a（強化パターン８０aに対応する平面形状を有する）を形成する。
【００２９】
この溝２１a及び溝２２a形成の際には、各溝２１a、２２aの底面から半導体基板１０が露出しないようにする。上記溝２１aの溝幅（配線４０aの幅に相当）は、例えば０．１〜１．０μｍ程度である。また、上記溝２２aの幅（強化パターン８０aの平面形状の寸法）は、例えば８０〜１００μｍ角程度である。
【００３０】
次に、図３（b）に示すように、第１の層間絶縁膜２０a、溝２１a及び溝２２aの全面に、導電性配線材料である銅（Ｃｕ）等の金属膜を形成し、溝２１aと溝２２aとを金属膜で埋め込む。
【００３１】
次に、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）法を用いて金属膜を第１の層間絶縁膜２０aが露出するまで研磨して平坦化し、配線４０aと強化パターン８０aとを形成する。なお、この配線４０aは、プラグ（図示しない）を介して半導体基板１０等に形成された各種機能素子と電気的に接続されている。ここで、配線４０aと強化パターン８０aは、電気的に接続されないように形成する。
【００３２】
次に、第１の層間絶縁膜２０a、配線４０a及び強化パターン８０a上の全面に、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ等からなる拡散防止膜３０aをＳＯＧ法やＣＶＤ法により形成する。
【００３３】
続いて、拡散防止膜３０a上に、第１の層間絶縁膜２０aと同一の第１の層間絶縁膜２０bを堆積する。以降、同一のものを添え字のみを変えて表現する。
【００３４】
次に、図３（c）に示すように、第１の層間絶縁膜２０bにドライエッチング技術を用いてパターニングして、素子領域１に前記配線４０aに達するようなビアホール２４a（ビア４５aの形状に対応する）を形成し、パッド領域２には、前記強化パターン８０aに達するようなビアホール２５a（強化用ビア９０aの形状に対応する）を形成する。
【００３５】
また、素子領域１には、第１の層間絶縁膜２０bにドライエッチング技術を用いて、ビアホール２４aと接するように溝２１b（配線４０bに対応する平面形状を有する）を形成する。その際、パッド領域２には、前記溝２２aとほぼ同一の形状の溝２２b（強化パターン８０bに対応する平面形状を有する）を、ビアホール２５aと接するように、第１の層間絶縁膜２０bに形成する。
【００３６】
次に、第１の層間絶縁膜２０b、溝２１b、溝２２b、ビアホール２４a及びビアホール２５aの全面に、溝２１b、溝２２b、ビアホール２４a及びビアホール２５aを埋め込むようにして、金属膜を形成する。続いて、金属膜を前記第１の層間絶縁膜２０bが露出するまで研磨し平坦化し、配線４０b及び強化パターン８０b、ビア４５aと強化用ビア９０aとを形成する。
【００３７】
以下、配線４０、ビア４５、強化パターン８０及び強化用ビア９０の形成工程を繰り返し、図３(d)に示すように、多層の配線層を形成する。
【００３８】
次に、最上層の拡散防止膜３０c、配線４０c及び強化用パターン８０c上に第２の層間絶縁膜５０を形成する。この第２の層間絶縁膜５０は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２等の絶縁材料から形成されるものである。この第２の層間絶縁膜５０内に最上部の配線４０cに達するような所定の位置に溝を形成し、金属を堆積させ、ＣＭＰ法で平坦化し、ビア４５cを形成する。
【００３９】
次に、第２の層間絶縁膜５０を介して、強化パターン８０a、８０b及び８０cの上部に、ボンディングパッド６０を形成する。このボンディングパッド６０は、ビア４５cを介して、配線４０cとは接続されているが、強化パターン８０a、８０b及び８０cとは、電気的に接続されていない。続いて、このボンディングパッド６０の一部であるボンディングエリア６５を除くようにして、パッシベーション膜７０を形成する。
【００４０】
次に、ボンディングエリア６５に、半導体集積回路装置の外部との電気信号の送受信のための金（Ａｕ）やアルミ合金等からなるボンディングワイヤ（図示しない）を、超音波と熱加重を併用して押し付け、ボンディングパッド６０とボンディングワイヤの界面を金属共晶させて接続する。以上のようにして、本発明の本実施例に係る半導体集積回路装置は製造されている。
【００４１】
このようにして、配線４０a、４０b、４０c及びビア４５a、４５bと同一の工程で、各強化パターン８０a、８０b、８０c及び強化用ビア９０a、９０bを形成することが可能となる。
【００４２】
本実施例に示すように、半導体集積回路装置内に強化パターン８０及び強化用ビア９０を配設することにより、ダイシング時等に発生する衝撃による、第１の層間絶縁膜２０の剥がれを防止することができる。
【００４３】
これは、半導体集積回路装置の外周部からダメージが発生し、外周部から第１の層間絶縁膜２０に膜剥がれが生じたとしても、強化パターン８０及び強化用ビア９０によって、第１の層間絶縁膜２０の膜剥がれが、素子領域１に進行することを防止可能となる。従って、素子領域１内部の配線４０及びビア４５が断線される等の半導体集積回路装置の故障を防ぐことが可能となる。
【００４４】
また、強化パターン８０及び強化用ビア９０が形成されているパッド領域２内の下部層は、通常の半導体集積回路装置においては、トランジスタ、ダイオード及びキャパシタ等の各種機能素子は形成されておらず、第１の層間絶縁膜２０が形成されているだけのデッドスペースである。このパッド領域２に本実施例による強化パターン８０及び強化用ビア９０を配置することにより、半導体集積回路装置のチップ面積を増大させることなく、層間絶縁膜２０の層間膜剥がれを抑止することが可能となる。
【００４５】
さらに、強化パターン８０は、ボンディングパッド６０のボンディングエリア６５の直下部分のうち、少なくとも一部には強化パターン８０の部材が存在しない形状を有し、この強化パターン８０の部材が存在しない部分には、第１の層間絶縁膜２０が形成されている。
【００４６】
強化パターン８０が上記のような形状を有している理由は次の通りである。ボンディングエリア６５の直下に形成される第１の層間絶縁膜２０内に、Ｃｕ等の金属が形成されている半導体集積回路装置は、Ｃｕ等の金属が形成されていない半導体集積回路装置に比べてボンディングパッド６０にボンディングワイヤを接続しにくくなることを確認した。
【００４７】
そこで、本実施例に係る半導体集積回路装置においては、ボンディングエリア６５の直下部分のうち少なくとも一部に強化パターン８０の部材であるＣｕ等の金属が存在しない形状の強化パターン８０を有している。このように、ボンディングエリア６５直下の一部にはＣｕ等の金属が形成されていないので、超音波と熱加重を併用してボンディングパッド６０にボンディングワイヤを押し付け接続するときに、高いボンディング性を得ることが可能となる。
【００４８】
ボンディングエリア６５の直下のうち少なくとも一部に強化パターン８０の部材が存在していなければ、ボンディングエリア６５の直下部分の全部分に強化パターン８０が形成されているものに比べて、ボンディング性を高めることが可能である。さらに、ボンディングエリア６５の直下の全部分に強化パターン８０の部材が存在しなければ、ボンディングエリア６５の直下の一部分のみに強化パターン８０の部材が存在しないものに比べ、ボンディング性を高めることが可能である。
【００４９】
本実施例では、強化パターン８０及び強化用ビア９０は、図１（b）に示すように、半導体基板１０上の第１の層間絶縁膜２０から最上層の第１の層間絶縁膜２０に至るまで、全ての第１の層間絶縁膜２０及び拡散防止膜３０に配置されている。しかし、この強化パターン８０及び強化用ビア９０の配置は、これに限らず、最上層の第１の層間絶縁膜２０及び拡散防止膜３０にのみに配置する場合など、配線４０及びビア４５等の素子領域１内の多層配線形成の妨げにならない範囲で変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例に係る半導体集積回路装置の構造を示す図。
【図２】本発明の実施例に係る半導体集積回路装置の強化パターンの構造を示す概略図。
【図３】本発明の実施例に係る半導体集積回路装置の製造方法を示す製造工程断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１  素子領域
２  パッド領域
１０  半導体基板
２０、２０a、２０b  第１の層間絶縁膜
２１a、２１b、２２a、２２b  溝
２４a、２５a  ビアホール
３０、３０a、３０b、３０c  拡散防止膜
４０、４０a、４０b、４０c  配線
４５、４５a、４５b、４５c  ビア
５０  第２の層間絶縁膜
６０  ボンディングパッド
６５  ボンディングエリア
７０  パッシベーション膜
８０、８０a、８０b、８０c  強化パターン
９０、９０a、９０b  強化用ビア
【図１】
2006019312.tif 000003
【図２】
2006019312.tif 000004
【図３】
2006019312.tif 000005