(57)【要約】【課題】電極パッドからの水分の拡散を防止できると共に、絶縁膜の薄膜化及び低誘電率化に対応できるようにする。【解決手段】半導体装置は、半導体基板１１の上方に形成され、外部との電気的な接続を取る接続部２５である電極パッドと、半導体基板と接続部との間に積層された絶縁膜１４等にそれぞれ形成され、上層の配線３４が接続部と接続された複数の第１配線層及び該第１配線層同士を接続するビア３１よりなる積層構造体２７と、複数の絶縁膜に積層構造体の周囲を隙間なく囲むように形成され、複数の第２配線層４０等及び該第２配線層同士を線状に接続するラインビア４１よりなるリング構造体２８と、接続部と内部回路とを電気的に接続する引き出し配線３２Ａとを有している。積層構造体とリング構造体とは複数の第１配線層の少なくとも１つによって互いに接続されており、引き出し配線はリング構造体と接続されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上方に形成され、外部との電気的な接続を取る接続部である電極パッドと、
前記半導体基板と前記接続部との間に積層された複数の絶縁膜にそれぞれ形成され、上層の配線が前記接続部と接続された複数の第１配線層及び該第１配線層同士を接続するビアよりなる積層構造体と、
前記複数の絶縁膜に前記積層構造体の周囲を隙間なく囲むように形成され、複数の第２配線層及び該第２配線層同士を線状に接続するラインビアよりなるリング構造体と、
前記接続部と内部回路とを電気的に接続する引き出し配線とを備え、
前記積層構造体と前記リング構造体とは、前記複数の第１配線層の少なくとも１つによって互いに接続されており、
前記引き出し配線は、前記リング構造体と接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記引き出し配線は電源配線であり、且つ、前記複数の第２配線層のうちの上層の配線と接続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。
【請求項３】
前記複数の第１配線層は、前記内部回路に向かう方向に延びる形状となるように配置された配線を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の第１の配線層のうち前記リング構造体と接続される配線は、前記接続部から２層下に配置された配線であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数の第１配線層は、前記半導体基板における前記電極パッドから最も近い端面に並行な方向に延びる形状となるように配置された配線を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記複数の第１配線層は、前記内部回路に向かう方向に延びる形状となるように配置された第１の配線と、前記半導体基板における前記電極パッドから最も近い端面に並行な方向に延びる形状となるように配置された第２の配線とを有し、
前記第２の配線は、前記第１の配線よりも下層に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記複数の第２配線層における上層の配線は、その下層の配線と比べて幅が広いことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれかに１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記複数の第２配線層における上層の配線は、その外周面が下層の配線の外周面と比べて外側に位置することを特徴とする請求項１〜７のうちいずれかに１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ラインビアは、上層のラインビアと下層のラインビアとからなり、
前記上層のラインビアは、前記下層のラインビアと比べて幅が広いことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれかに１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ラインビアは、上層のラインビアと下層のラインビアとからなり、
前記下層のラインビアは、複数本が互いに沿うように形成されていることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれかに１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記複数の第２配線層における下層の配線は、複数本が互いに沿うように形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれかに１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記絶縁膜は、互いに誘電率が異なる複数の絶縁層からなり、
上層の絶縁層の誘電率は、下層の絶縁層の誘電率よりも高いことを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれかに１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に電極パッドを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、配線の微細化により生じる寄生容量を抑制し、半導体装置の高速化に対応するために、従来のシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜等のシリコン化合物よりも誘電率が低い低誘電率材料が層間絶縁膜に用いられるようになってきている。誘電率が３以下の低誘電率材料は、従来の酸化膜誘電体と比較して、ヤング率が低い、硬度が低い、熱膨張率が高い及び吸湿しやすいといった物理的特性の著しい違いが存在し、この物理特性の違いは誘電率が低くなるほど大きくなる。このため、低誘電率材料を用いた半導体装置においては、プローブ等による検査工程及びワイヤボンディング工程等の外部との電気的接続を取る工程において、電極パッドに大きな圧力が印加されることから、電極パッドの下層の低誘電率材料よりなる絶縁膜にクラックが発生してしまう。この発生したクラックから絶縁膜が水分を吸収し、また拡散させることにより、電極パッドの周囲の配線の信頼性を劣化させるという問題がある。
【０００３】
特に、高速動作が要求される回路を搭載した電荷結合素子（charge coupled device:ＣＣＤ）又はイメージセンサにおいては、光学特性との関係を考慮して配線層を含むチップの高さを低くすることが必要である。このため、チップに形成される絶縁膜の膜厚も薄くなっていることから、この問題は発生しやすくなる。
【０００４】
従来の問題の解決策として、電極パッドの下層に配線及びビアの積層構造を形成して、電極パッド構造を機械的に強化することにより、クラックの発生を抑制するという方法がある。また、電極パッドを配線とラインビアとを積層してなるリング構造で囲むことにより、たとえ電極パッドの下層にクラックが発生し、発生したクラックから水分が吸収されたとしても、リング構造の内側に水分を閉じ込めて、該リング構造の外部に水分を拡散させないという方法がある（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
図２１〜図２３は特許文献１に記載された、周囲をリング構造によって囲まれた電極パッド構造を有する従来の半導体装置を示している。図２１〜図２３に示すように、シリコンよりなる半導体基板１０１の上には、電極パッド構造１００が形成されている。電極パッド構造１００は、積層された複数の絶縁膜の上に形成された板状の金属よりなる接続部１１５を有している。積層された複数の絶縁膜は、半導体基板１０１の上に順次形成され、それぞれの間にライナ膜１０３が形成された第１の絶縁膜１０２、第２の絶縁膜１０４、第３の絶縁膜１０７及び第４の絶縁膜１１１である。
【０００６】
接続部１１５の下方の領域において、第２の絶縁膜１０４には複数の第１の配線１２０が形成され、第３の絶縁膜１０７には複数の第２の配線１２２が形成され、第４の絶縁膜１１１には、接続部１１５と接するように形成された板状の第３の配線１２４が形成されている。第１の配線１２０と第２の配線１２２との間には、両者と接続された複数のビア１２１が形成され、第２の配線１２２と第３の配線１２４との間には、両者と接続された複数のビア１２３が形成されている。これにより、電極パッド構造１００の接続部１１５を含む積層構造体１１７が構成される。
【０００７】
接続部１１５を含む積層構造体１１７は、その周囲をリング構造体１１８により囲まれている。リング構造体１１８は、第２の絶縁膜１０４に形成された第４の配線１３０と、第３の絶縁膜１０７に形成された第５の配線１３２と、第４の絶縁膜１１１に形成された第６の配線１３４とを有している。また、第４の配線１３０と第５の配線１３２との間には、両者と接続されたラインビア１３１が形成され、第５の配線１３２と第６の配線１３４との間には、両者と線状に接続されたラインビア１３３が形成されている。
【０００８】
第４の絶縁膜１１１上におけるリング構造体１１８の上側には第１の保護絶縁膜１１４が形成され、該第１の保護絶縁膜１１４の周縁部の上には、接続部１１５の周縁部が跨るように形成されている。さらに、第１の保護絶縁膜１１４の上には、第２の保護絶縁膜１１６が接続部１１５の周縁部を挟むように形成されている。
【０００９】
図２１及び図２３に示すように、電極パッド構造１００から、内部回路と電気的に接続される引き出し配線１２４Ａが引き出されており、該引き出し配線１２４Ａは、接続部１１５の下の第３の配線１２４の一部が引き出されて構成されている。従って、リング構造体１１８における引き出し配線１２４Ａの形成箇所には、第６の配線１３４に欠損部１３４ａが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１４２５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、前記従来の半導体装置における電極パッドは、引き出し配線の形成箇所においてリング構造体に欠損部が生じる。このため、欠損部から水分がリング構造体の外部に拡散して、電極パッドの周囲の配線に水分によるリークが生じる等の信頼性の低下を招くという問題がある。
【００１２】
また、さらなる絶縁膜の薄膜化と、該絶縁膜に低誘電率材料を用いることによる絶縁膜の脆弱化とによって、電極パッドに外部から圧力が印加された場合に、電極パッドの下部に絶縁膜の剥がれが生じたり、絶縁膜に剥がれの起点となる大きなクラックが発生したりする。その結果、製造プロセスにおける封止工程等の圧力によって、絶縁膜の剥がれ又はクラックが広がって、リング構造体を破壊してしまうという問題もある。
【００１３】
本発明は、前記の問題を解決し、電極パッドからの水分の拡散を防止できると共に、絶縁膜の薄膜化及び低誘電率化に対応できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置を、電極パッドを構成する配線とビアとの積層構造体から、その周囲を囲むリング構造体に欠損部を設けることなく、引き出し配線を形成できる構成とする。
【００１５】
具体的には、本発明に係る半導体装置は、半導体基板の上方に形成され、外部との電気的な接続を取る接続部である電極パッドと、半導体基板と接続部との間に積層された絶縁膜にそれぞれ形成され、上層の配線が接続部と接続された複数の第１配線層及び該第１配線層同士を接続するビアよりなる積層構造体と、複数の絶縁膜に積層構造体の周囲を隙間なく囲むように形成され、複数の第２配線層及び該第２配線層同士を線状に接続するラインビアよりなるリング構造体と、接続部と内部回路とを電気的に接続する引き出し配線とを備え、積層構造体とリング構造体とは、複数の第１配線層の少なくとも１つによって互いに接続されており、引き出し配線はリング構造体と接続されている。
【００１６】
本発明の半導体装置によると、引き出し配線がリング構造体と接続されているため、電極パッドに対してプローブ等による外部からの圧力の印加時に絶縁膜にクラックが発生して水分が浸入したとしても、リング構造体が積層構造体を隙間なく囲んでいるため、リング構造体の内部に水分を留めることができる。これにより、電極パッドの周囲に配された配線の信頼性の水分による劣化を抑えることができる。また、積層構造体とリング構造体とは第１配線層により接続されているため、外部からの応力を電極パッドの下側の積層構造体だけでなく、リング構造体でも支えることが可能となるため、電極パッド自体の機械的強度が向上するので、クラックの発生及び絶縁膜の膜剥がれの発生を防止することができる。
【００１７】
本発明の半導体装置において、引き出し配線は電源配線であり、且つ複数の第２配線層のうちの上層の配線と接続されていてもよい。
【００１８】
このようにすると、電源配線がリング構造体の下層の配線と接続される場合と比較して、下層の配線からビアを介して上層の配線と接続する必要がなくなるため、電源配線の抵抗を下げることができるので、電源を強化することができる。
【００１９】
本発明の半導体装置において、複数の第１配線層は、内部回路に向かう方向に延びる形状となるように配置された配線を有していてもよい。
【００２０】
このように、電極パッドに圧力を与えるプローブの進入方向である内部回路の方向に第１の配線層の配線が形成されているため、プローブの圧力に対して電極パッドの機械的強度を高めることができる。また、引き出し配線が、リング構造体の内側から引き出される場合には、半導体基板の外周面に平行な方向の配線によって、積層構造体とリング構造体とを接続する場合と比較して、引き出し配線の抵抗を下げることができる。
【００２１】
この場合に、複数の第１の配線層のうちリング構造体と接続される配線は、接続部から２層下に配置された配線であってもよい。
【００２２】
このようにすると、研磨工程において、面積が大きくディッシングが起きやすい配線を用いる接続部の直下に形成された第１の配線層と接続する場合と比較して、安定した接続が可能となる。また、プローブの圧力は上層の絶縁膜の方が下層の絶縁膜よりも大きいため、電極パッドの接続部の２層下に配置された配線により接続すると、プローブの圧力に対して電極パッドの機械的強度を高めることができる。
【００２３】
本発明の半導体装置において、複数の第１配線層は、半導体基板における電極パッドから最も近い端面に並行な方向（直近の外周面に並行な方向）に延びる形状となるように配置された配線を有していてもよい。
【００２４】
このようにすると、ワイヤボンド工程等において印加される電極パッドの外周面に並行な方向への圧力に対して電極パッドの機械的強度を高めることができる。
【００２５】
本発明の半導体装置において、複数の第１配線層は、内部回路に向かう方向に延びる形状となるように配置された第１の配線と、半導体基板における電極パッドから最も近い端面に並行な方向に延びる形状となるように配置された第２の配線とを有し、第２の配線は、第１の配線よりも下層に設けられていてもよい。
【００２６】
このように、プローブに対する電極パッドの構造を強化する、内部回路に向かう方向に延びる形状となるように配置された第１の配線を上層とすることにより、該第１の配線を下層に配置する場合と比較して、電源パッドの機械的強度を高めることができる。
【００２７】
本発明の半導体装置において、複数の第２配線層における上層の配線は、その下層の配線と比べて幅が広くてもよい。
【００２８】
このように、リング構造体の複数の第２配線層において、電極パッドに印加される外部からの圧力によってクラックが最も発生しやすく、且つ水分を吸収しやすい上層の絶縁膜に形成される配線の配線幅を広くすることにより、リング構造体からの水分の拡散をより大きく抑えることが可能となる。
【００２９】
本発明の半導体装置において、複数の第２配線層における上層の配線は、その外周面が下層の配線の外周面と比べて外側に位置していてもよい。
【００３０】
このようにすると、上層の配線よりも微細な配線が使用されることが多い下層の配線を電極パッドの構成部材として有効に活用することができる。
【００３１】
本発明の半導体装置において、ラインビアは上層のラインビアと下層のラインビアとからなり、上層のラインビアは下層のラインビアと比べて幅が広くてもよい。
【００３２】
このように、リング構造体の複数の第２配線層において、クラックが最も発生しやすく、且つ水分を吸収しやすい上層の絶縁膜に構成されるラインビアの幅を広くすることにより、リング構造体からの水分の拡散をより大きく抑えることができる。
【００３３】
また、本発明の半導体装置において、ラインビアは上層のラインビアと下層のラインビアとからなり、下層のラインビアは複数本が互いに沿うように形成されていてもよい。
【００３４】
このように、内部回路で微細な配線が必要なため、上層よりも幅を広げることができないリング構造体の下層のラインビアを複数本として形成することにより、水分の拡散を防止する効果と電極パッドを補強する効果とを高めることができる。
【００３５】
本発明の半導体装置において、複数の第２配線層における下層の配線は、複数本が互いに沿うように形成されていてもよい。
【００３６】
このようにすると、内部回路で微細な配線が必要なため、上層よりも幅を広げることができないリング構造体の下層の配線を複数本として形成することにより、水分の拡散を防止する効果と電極パッドを補強する効果とを共に高めることができる。
【００３７】
本発明の半導体装置において、絶縁膜は互いに誘電率が異なる複数の絶縁層からなり、上層の絶縁層の誘電率は下層の絶縁層の誘電率よりも高くてもよい。
【００３８】
このように、電極パッドに印加される外部からの圧力によってクラックが最も発生しやすく、且つ水分を吸収しやすい上層の絶縁膜を、誘電率が低い材料と比較して、ヤング率及び硬度が高く、且つ水分を吸収しにくい誘電率が高い絶縁膜とすることにより、水分の拡散を防止する効果と電極パッドを補強する効果とを共に高めることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る半導体装置によると、電極パッドからの水分の拡散を防止できると共に、絶縁膜の薄膜化及び低誘電率化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置における電極パッド構造を示す平面図である。
【図３】図２のIII−III線における断面図である。
【図４】図２のIV−IV線における断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示す平面図である。
【図７】図６のVII−VII線における断面図である。
【図８】図６のVIII−VIII線における断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示す平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図１１】図９のXI−XI線における断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態の第４変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示す平面図である。
【図１３】図１２のXIII−XIII線における断面図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態の第５変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置における電極パッド構造を示す平面図である。
【図１６】図１５のXVI−XVI線における断面図である。
【図１７】図１５のXVII−XVII線における断面図である。
【図１８】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における電極パッド構造を示す平面図である。
【図１９】図１８のXIX−XIX線における断面図である。
【図２０】図１８のXX−XX線における断面図である。
【図２１】従来の半導体装置における電極パッド構造を示す平面図である。
【図２２】図２１のXXII−XXII線における断面図である。
【図２３】図２１のXXIII−XXIII線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【００４２】
図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置は、半導体チップ５１の内側に内部回路を有し、半導体チップ５１において内部回路を囲うように（半導体チップ５１上の周縁部に）、いわゆるペリフェラル配置で配置された複数の電極パッド構造５３を有している。また、図示はしていないが、半導体チップ５１のチップ端面５１ａの内側には、内部回路及び複数の電極パッド構造５３を囲うように、配線とラインビアとよりなるシールリングが形成されている。なお、電極パッド構造５３の配置は、上記の配置に限定されることはない。また、内部回路は、電極パッド構造５３から見た場合、電極パッド構造５３の外側に位置することとなる。また、内部回路とは、トランジスタ等の半導体素子及び絶縁膜と配線からなる配線構造等を指している。
【００４３】
図２〜図４に電極パッド構造５３の構成を示す。図２〜図４に示すように、電極パッド構造５３は、例えばシリコン（Ｓｉ）よりなる半導体基板１１の上の複数の絶縁膜にそれぞれ形成された配線及びビアと、上層の配線の上に形成された板状の金属よりなる接続部（電極パッド）２５とを有している。積層された複数の絶縁膜は、基板側から順次形成され、それぞれの間にライナ膜１３が形成された第１の絶縁膜１２、第２の絶縁膜１４、第３の絶縁膜１７及び第４の絶縁膜２１である。
【００４４】
接続部２５の下方の領域において、第２の絶縁膜１４には複数の第１の配線３０が形成され、第３の絶縁膜１７の上部には複数の第２の配線３２が形成され、第４の絶縁膜２１の上部には、接続部２５と接するように形成された板状の第３の配線３４が形成されている。第１の配線３０と第２の配線３２との間には、両者と接続された複数のビア３１が形成され、第２の配線３２と第３の配線３４との間には、両者と接続された複数のビア３３が形成されている。これにより、電極パッド構造５３の接続部２５を含む積層構造体２７が構成される。
【００４５】
接続部２５を含む積層構造体２７は、その周囲をリング構造体２８により囲まれている。リング構造体２８は、第２の絶縁膜１４に形成された第４の配線４０と、第３の絶縁膜１７の上部に形成された第５の配線４２と、第４の絶縁膜２１の上部に形成された第６の配線４４とを有している。また、第４の配線４０と第５の配線４２との間には、両者と接続されたラインビア４１が形成され、第５の配線４２と第６の配線４４との間には、両者と線状に接続されたラインビア４３が形成されている。
【００４６】
第４の絶縁膜２１上におけるリング構造体２８の上側には第１の保護絶縁膜２４が形成され、該第１の保護絶縁膜２４の周縁部の上には、接続部２５の周縁部が跨るように形成されている。さらに、第１の保護絶縁膜２４の上には、第２の保護絶縁膜２６が接続部２５の周縁部を挟むように形成されている。
【００４７】
ここで、図４に示すように、本実施形態に係る半導体装置の電極パッド構造５３は、積層構造体２７を構成する第２の配線３２が延長されることによって、内部回路（図示せず）と接続される引き出し配線３２Ａが形成されている。さらに、第２の配線３２は、リング構造体２８を構成する第５の配線４２と一体に形成されて接続されている。
【００４８】
従って、第１の実施形態においては、引き出し配線３２Ａは、積層構造体２７の第２の配線３２がリング構造体２８を貫通して外部に引き出されるため、リング構造体２８には、欠損部が生じることがない。
【００４９】
以下に、本実施形態に係る半導体装置、すなわち電極パッド構造５３の製造方法を説明する。ここでは、一例として、絶縁膜に低誘電率材料を用い、配線及びビアには銅（Ｃｕ）を用いる場合を説明する。
【００５０】
まず、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法により、所望の半導体素子が形成されたウェハ状の半導体基板１１の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を主成分とする第１の絶縁膜１２を半導体素子を覆うように形成する。続いて、第１の絶縁膜１２の上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）又は酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の窒化絶縁膜よりなるライナ膜１３と、低誘電率材料、例えば炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）等よりなる第２の絶縁膜１４を形成する。
【００５１】
次に、リソグラフィ法及びエッチング法により、第２の絶縁膜１４及びライナ膜１３に、積層構造体２７を構成する第１の配線用の配線溝及びリング構造体２８を構成する第４の配線用の配線溝を所定の領域に形成する。
【００５２】
次に、例えばスパッタ法により、複数の配線溝を含め第２の絶縁膜１４の上の全面に、窒化タンタル（ＴａＮ）膜と銅（Ｃｕ）シード膜とを形成する。
【００５３】
次に、例えば電界めっき法により、Ｃｕシード膜の上にＣｕ膜を堆積する。
【００５４】
次に、例えば化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＣＭＰ）法により、堆積したＣｕ膜を第２の絶縁膜１４が露出するまで研磨して、Ｃｕよりなる第１の配線３０及び第４の配線４０を形成する。
【００５５】
次に、ＣＶＤ法により、第１の配線３０及び第４の配線４０を含め第２の絶縁膜１４の上に全面にわたって窒化絶縁膜よりなるライナ膜１３及び低誘電率材料よりなる第３の絶縁膜１７を形成する。続いて、形成された第３の絶縁膜１７に、ビア３１及びラインビア４１と、その上の第２の配線３２及び第５の配線４２並びに引き出し配線３２Ａとを同時に形成する。ここでは、配線とその下のビアとを同時に形成する、いわゆるデュアルダマシン法を用いている。但し、デュアルダマシン法に限られず、ビア３１等とその上の第２の配線３２等をそれぞれ分けた絶縁膜に形成する、シングルダマシン法を用いてもよい。
【００５６】
この後は、同様に、第４の絶縁膜２１を形成した後、ビア３３及びラインビア４３とその上の第３の配線３４及び第６の配線４４とを形成する。
【００５７】
次に、例えばＣＶＤ法により、第３の配線３４及び第６の配線４４を含め第４の絶縁膜２１の上の全面に、ＳｉＮ等よりなる第１の保護絶縁膜２４を形成する。続いて、リソグラフィ法及びエッチング法により、第１の保護絶縁膜２４に、第３の配線３４を露出する開口部を形成する。
【００５８】
次に、例えばスパッタ法により、第１の保護絶縁膜２４の上に、第３の配線３４を露出する開口部を覆うように、チタン（Ｔｉ）と窒化チタン（ＴｉＮ）とよりなるバリアメタル膜（図示せず）と例えばアルミニウム（Ａｌ）膜とを堆積する。その後、堆積されたバリアメタル膜及びアルミニウム膜を開口部を含む領域でパターニングして、接続部２５を形成する。
【００５９】
次に、例えばＣＶＤ法により、接続部２５を含め第１の保護絶縁膜２４の上の全面に、ＳｉＮ等よりなる第２の保護絶縁膜２６を形成する。続いて、リソグラフィ法及びエッチング法により、第２の保護絶縁膜２６から接続部２５を露出して、電極パッド構造５３が形成される。
【００６０】
なお、第１の実施形態に係る製造方法は一例に過ぎず、また、本発明は製造方法にはよらない。すなわち、本発明は、上記の構成材料及び製造方法には限定されない。
【００６１】
上記のように、第１の実施形態に係る半導体装置は、電極パッド構造５３と内部回路とを接続する引き出し配線３２Ａが、リング構造体２８を介して接続部２５を含む積層構造体２７と機械的且つ電気的に接続されている。このため、リング構造体２８が積層構造体２７を切れ目なく完全に囲うことができる。従って、電極パッド構造５３の接続部２５へのプローブ等による外部応力の印加により、該接続部２５の下の第４の絶縁膜２１、第３の絶縁膜１７及び第２の絶縁膜１４にクラックが発生して水分が浸入したとしても、リング構造体２８の内側に、浸入した水分を留めることができる。これにより、電極パッド構造５３の周囲に配された他の配線の信頼性の劣化を確実に抑えることができる。
【００６２】
また、第３の絶縁膜１７に形成され、引き出し配線３２Ａを構成する第２の配線３２は、電極パッド構造５３に圧力を与えるプローブの進入方向である半導体チップ５１の内部方向（直近のチップ端面５１ａに対して垂直な方向）に延びるように形成されている。さらに、第２の配線３２は、積層構造体２７とリング構造体２８とを互いに接続することにより、電極パッド構造５３自体を補強している。このため、電極パッド構造５３に最も高い圧力を生じさせるプローブの圧力を含む半導体チップ５１の内部方向への圧力が、接続部２５を含む積層構造体２７を介してリング構造体２８に伝わりやすくなるので、半導体チップ５１の内部方向への圧力に対して、電極パッド構造５３の機械的強度を高めることができる。
【００６３】
その上、電極パッド構造５３から内部回路に引き出される引き出し配線３２Ａは、リング構造体２８における半導体チップ５１の内側部分から引き出されている。このため、接続部２５の下の複数の第２の配線３２によって引き出すことができるので、直近のチップ端面５１ａに平行な方向の配線で引き出される場合と比較して、引き出し配線３２Ａの抵抗を下げることができる。また、比較的に面積が大きく、ＣＭＰ等による研磨時にディッシングが起きやすい最上層の第３の配線３４を引き出し配線とする場合と比べて、機械的且つ電気的に安定した接続を行うことができる。
【００６４】
また、接続部２５と接する際のプローブの圧力は、上層の絶縁膜ほど大きいため、電極パッド構造５３の接続部２５の下側の２層よりも下の配線、すなわち第１の配線３０で接続する場合と比べて、プローブの圧力に対して電極パッド構造５３を強化することができる。
【００６５】
（第１の実施形態の第１変形例）
図５に第１の実施形態の第１変形例に係る半導体装置の断面構成を示す。図５に示すように、本変形例に係る半導体装置の電極パッド構造５３は、リング構造体２８と接続された積層構造体２７から内部回路に引き出される引き出し配線４４Ａを電源配線とし、且つ電源配線を最上層の第４の絶縁膜２１に形成される第６の配線４４によって形成している。
【００６６】
すなわち、最上層の第６の配線４４によって形成される電源配線用の引き出し配線４４Ａが、リング構造体２８の最上層の第６の配線４４によって形成されている。このため、引き出し配線４４Ａが、リング構造体２８の下層の第５の配線４２又は第４の配線４０によって形成される場合と比べて、電源配線をこれら下層の配線４２、４０から最上層の第６の配線４４にまで複数のビア４１、４３を介して接続する必要がない。その結果、電源配線の抵抗を下げることができるので、電源を強化することができる。
【００６７】
（第１の実施形態の第２変形例）
図６〜図８は第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示している。
【００６８】
図６〜図８に示すように、第２変形例においては、接続部２５を含む積層構造体２７を構成する複数の第２の配線３２が、直近のチップ端面５１ａに平行な方向に配置されている。さらに、第２の配線３２は、リング構造体２８を構成する第５の配線４２と一体に形成されて接続されている。
【００６９】
また、内部回路と接続される引き出し配線４２Ａは、第５の配線４２と一体に形成されて接続されている。
【００７０】
一般に、ワイヤボンド等のボンディング工程において電極パッド構造５３の接続部２５に印加される応力は、半導体チップ５１のチップ端面５１ａに平行な方向に伝わりやすい。従って、第２変形例に係る電極パッド構造５３を用いると、半導体チップ５３の直近のチップ端面５１ａに平行な方向の圧力に対して電極パッド構造５３の機械的強度を高めることができる。
【００７１】
（第１の実施形態の第３変形例）
図９〜図１１は第１の実施形態の第３変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示している。
【００７２】
図９〜図１１に示すように、第３変形例においては、第１の実施形態と同様に、接続部２５を含む積層構造体２７を構成し且つ半導体チップ５１の内部方向に延びる第２の配線３２が、リング構造体２８の第４の配線４０と一体に形成されて接続されている。
【００７３】
さらに、本変形例においては、図９及び図１０に示すように、積層構造体２７を構成する第１の配線３０が、直近のチップ端面５１ａに平行な方向でリング構造体２８と接続されている。
【００７４】
この構成により、本変形例においては、積層構造体２７を構成する第１の配線３０においてもリング構造体２８と接続されているため、電極パッド構造５３の機械的強度の向上をより高めることができる。
【００７５】
その上、積層構造体２７において、上層の第２の配線３２を半導体チップ５１の内部方向に配置することにより、下層の第１の配線３０を半導体チップ５１の内部方向に配置する場合と比べて、電極パッド構造５３に対して最も大きい圧力が付与されるプローブに対する応力の耐性を向上することができる。
【００７６】
（第１の実施形態の第４変形例）
図１２及び図１３は第１の実施形態の第４変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示している。
【００７７】
図１２及び図１３に示すように、第４変形例の第１の実施形態との第１の相違点は、リング構造体２８を構成する上層の第６の配線４４の幅が、下層の第５の配線４２及び第４の配線４０の幅よりも広く設定されている点である。さらに、第６の配線４４の外側の側面は、第５の配線４２及び第４の配線４０の外側の側面よりも外側に位置するように形成されている。
【００７８】
第２の相違点は、積層構造体２７を構成する上層のビア３３の径が、下層のビア３１の径よりも大きい。同様に、リング構造体２８を構成する上層のラインビア４３の幅が、下層のラインビア４１の幅よりも広い。
【００７９】
このように、第４変形例においては、電極パッド構造５３に印加される外部からの圧力によって、最もクラックが発生しやすく且つ水分を吸収しやすい上層の第４の絶縁膜２１に形成され、リング構造体２８を構成する第６の配線４４とラインビア４３の幅とを、それぞれ下層の配線４２、４０及び下層のラインビア４１よりも広くすることにより、リング構造体２８からの水分の外部への拡散を抑える効果がより向上する。
【００８０】
また、リング構造体２８の上層の第６の配線４４の外周面が、その下層の配線４２、４０の外周面よりも外側に位置している。これにより、上層の第３の配線３４及び第６の配線４４よりも微細な配線が用いられることが多い、下層の第１の配線３０、第２の配線３２、第４の配線４０及び第５の配線４２を電極パッド構造５３の近辺で有効に活用することができる。
【００８１】
（第１の実施形態の第５変形例）
図１４は第１の実施形態の第５変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示している。
【００８２】
図１４に示すように、第５変形例においては、上層の第４の絶縁膜２１Ａの構成材料に、低誘電率材料に代えて、誘電率が高い酸化シリコンを用いている。
【００８３】
このように、本変形例においては、電極パッド構造５３に印加される外部からの圧力のうち最もクラックが発生しやすく且つ水分を吸収しやすい上層の第４の絶縁膜２１Ａに、誘電率が低い材料と比較して、ヤング率及び硬度が高く且つ水分を吸収しにくい材料を用いている。
【００８４】
これにより、電極パッド構造５３における水分の拡散を防止する効果と機械的強度を向上する効果とを共に大きくすることができる。
【００８５】
（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について図面を参照しながら説明する。
【００８６】
図１５〜図１７に電極パッド構造５３の構成を示す。図１５〜図１７において、図２〜図４に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８７】
まず、図１５及び図１６に示すように、第２の実施形態に係る半導体装置における電極パッド構造５３は、積層構造体２７を構成する第１の配線３０及び第２の配線３２がそれぞれ２本で構成されている。
【００８８】
さらに、第２の実施形態の第１の実施形態との相違点は、積層構造体２７の下層のビア３１を例えば微細な４本により構成し、リング構造体２８の下層のラインビア４１を互いに並行に延びる微細な２本により構成している。すなわち、上層のラインビアと比べて、下層のラインビアの方が、本数が多くなっている。
【００８９】
一般に、半導体チップ５１に形成される内部回路においては微細なビアが必要である。そこで、第２の実施形態においては、リング構造体２８において、上層のラインビア４３及び第６の配線４４、第５の配線４２及び第４の配線４０よりも幅を広げることができない下層のラインビア４１を複数本で構成している。
【００９０】
これにより、リング構造体２８における最も幅が細くなる部分を補強できるため、電極パッド構造５３における水分の拡散を防止する効果と機械的強度を向上する効果とを共に大きくすることができる。
【００９１】
（第２の実施形態の第１変形例）
図１８〜図２０は第２の実施形態の第１変形例に係る半導体装置における電極パッド構造を示している。
【００９２】
図１９及び図２０に示すように、第１変形例においては、積層構造体２７の下層の第１の配線３０を互いに並行に延びる微細な２本により構成している。同様に、リング構造体２８の下層の第４の配線４０を互いに並行に延びる微細な２本により構成している。すなわち、上層の配線と比べて、下層の配線の方が、本数が多くなっている。
【００９３】
一般に、半導体チップ５１に形成される内部回路においては微細な配線が必要である。そこで、第１変形例においては、リング構造体２８において、上層の第６の配線４４及び第５の配線４２よりも幅を広げることができない下層の第４の配線４０を複数本で構成している。
【００９４】
これにより、リング構造体２８における最も幅が細くなる配線部分を補強できるため、電極パッド構造５３における水分の拡散を防止する効果と機械的強度を向上する効果とを共に大きくすることができる。
【００９５】
なお、以上説明した第１の実施形態及び第２の実施形態並びにその変形例においては、第１の実施形態の第３変形例を除いて、積層構造体２７はその第２の配線３２によってリング構造体２８と接続されている。このようにすると、第１の実施形態で説明したように、安定した電気的接続を得ることができ、且つプローブの圧力に対して電極パッド構造５３の機械的強度を高めることができる。このため、積層構造体２７とリング構造体２８との接続は、第２の配線３２によって行われるのが好ましい。但し、この構成に限られず、第３の配線３４又は第１の配線３０によってのみリング構造体２８と接続してもよい。
【００９６】
また、積層構造体２７とリング構造体２８との接続は、第１の配線３０、第２の配線３２及び第３の配線３４のうちの少なくとも２層の配線を用いて行ってもよい。
【００９７】
また、上記のすべての実施形態及びその変形例において、電極パッド構造５３における接続部２５の下に直接に接続される第３の配線３４は、板状に形成されている。プローブ等の圧力に対しては板状が望ましいが、これに限られず、線状又はドット状であってもよい。
【００９８】
また、電極パッド構造５３を構成する接続部２５を含む積層構造体２７において、第１の配線３０、第２の配線３２、ビア３３及びビア３１の本数は複数であればよく、限定されない。
【００９９】
また、積層構造体２７において、第１の配線３０、第２の配線３２及び第３の配線３４の配置方向は、引き出し配線の引き出し方向又はリング構造体２８との接続方向を指定されていない場合は、本発明を限定しない。
【０１００】
また、積層構造体２７及びリング構造体２８の配線層は３層として説明したが、これに限られず、２層以上であればよい。
【０１０１】
また、積層構造体２７を構成する第１の配線３０、ビア３１、第２の配線３２及びビア３３と、それぞれ対応する絶縁膜に形成されるリング構造体２８の第４の配線４０、ラインビア４１、第５の配線４２及びラインビア４３の幅を同一に設定しているが、配線同士の幅及びビア同士の幅は異なっていても構わない。
【０１０２】
また、第４の絶縁膜２１の上には、第１の保護絶縁膜２４及び第２の保護絶縁膜２６を形成しているが、これに限られず、第１の保護絶縁膜２４の１層でもよく、さらには３層以上の保護絶縁膜を形成してもよい。
【０１０３】
また、リング構造体２８は、その平面形状を長方形としているが、これに限られず、平面円形状、楕円形状又は多角形状等、その形状は問われない。
【０１０４】
また、第１の実施形態及びその変形例並びに第２の実施形態及びその変形例は、矛盾を生じない範囲で、互いに組み合わせることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明に係る半導体装置は、電極パッドからの水分の拡散を防止できると共に絶縁膜の薄膜化及び低誘電率化に対応することができ、電極パッドを有する半導体装置等に有用である。
【符号の説明】
【０１０６】
１１    半導体基板
１２    第１の絶縁膜
１３    ライナ膜
１４    第２の絶縁膜
１７    第３の絶縁膜
２１    第４の絶縁膜
２１Ａ  第４の絶縁膜
２４    第１の保護絶縁膜
２５    接続部（電極パッド）
２６    第２の保護絶縁膜
２７    積層構造体
２８    リング構造体
３０    第１の配線
３１    ビア
３２    第２の配線
３２Ａ  引き出し配線
３３    ビア
３４    第３の配線
４０    第４の配線
４１    ラインビア
４２    第５の配線
４２Ａ  引き出し配線
４３    ラインビア
４４    第６の配線
４４Ａ  引き出し配線
５１    半導体チップ
５１ａ  チップ端面
５３    パッド電極構造
【図１】
2011146563.tif 000003
【図２】
2011146563.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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