(57)【要約】【課題】  従来の半導体装置において、相異なる絶縁材料によって形成された下層の層間絶縁膜と上層の層間絶縁膜との界面は、外部からの水分等の浸入口となり易い。【解決手段】  半導体装置１は、半導体基板１０、層間絶縁膜群２０（第１の層間絶縁膜群）、層間絶縁膜群３０（第２の層間絶縁膜群）、およびシールリング４０（ガードリング）を備えている。半導体基板１０上には、層間絶縁膜群２０が設けられている。層間絶縁膜群２０上には、層間絶縁膜群３０が設けられている。層間絶縁膜群３０は、層間絶縁膜群２０よりも低い誘電率をもつ絶縁材料によって形成されている。回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２を包囲するようにシールリング４０が設けられている。シールリング４０は、層間絶縁膜群２０と層間絶縁膜群３０との間の界面を貫通し、且つ半導体基板１０と離間して設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路形成領域を有する半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、第１の絶縁材料によって形成された第１の層間絶縁膜群と、
前記第１の層間絶縁膜群上に設けられ、前記第１の絶縁材料よりも誘電率の低い第２の絶縁材料によって形成された第２の層間絶縁膜群と、
前記回路形成領域を包囲するガードリングと、を備え、
前記ガードリングは、前記第１の層間絶縁膜群と前記第２の層間絶縁膜群との間の界面を貫通するとともに、前記半導体基板と離間して設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１の層間絶縁膜群は、
前記半導体基板上に設けられ、コンタクトプラグが埋め込まれたコンタクト層間絶縁膜と、
前記コンタクト層間絶縁膜上に設けられ、第１の配線が埋め込まれた第１配線層間絶縁膜と、を含み、
前記ガードリングの一端は、前記コンタクト層間絶縁膜と前記第１配線層間絶縁膜との間の界面で止まっている半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２の層間絶縁膜群は、
前記第１配線層間絶縁膜上に設けられ、ビアプラグが埋め込まれたビア層間絶縁膜を含む半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置において、
前記第１の絶縁材料は酸化シリコンであり、
前記第２の絶縁材料は低誘電率材料である半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置において、
前記ガードリングの全体が前記半導体基板と離間して設けられている半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の半導体装置において、
前記回路形成領域は、第１および第２の回路形成領域を含む半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置において、
前記第１の回路形成領域は、デジタル回路として構成されており、
前記第２の回路形成領域は、アナログ回路として構成されている半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置としては、例えば特許文献１，２に記載されたものがある。これらの半導体装置においては、水分やイオンが外部から回路形成領域に浸入するのを防止すべく、当該回路形成領域を包囲するシールリングが設けられている。シールリングは、一般に、回路形成領域と同様の配線およびビアプラグ等によって形成される。特許文献２には、シールリングが半導体基板と離間して設けられた態様が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２９７０２２号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、本発明者らの知見によれば、従来の半導体装置においては、ある回路形成領域で発生したノイズがシールリングを通じて他の回路形成領域へと伝わる場合がある。その場合、シールリングがノイズの伝搬経路となってしまうのである。
【０００４】
この点、特許文献２に記載の半導体装置におけるように、シールリングを半導体基板から離間させることにより、シールリングがノイズの伝搬経路となるのを防ぐことができる。つまり、シールリングと半導体基板との間の電気的な接続が断たれることにより、シールリングを通じたノイズの伝搬経路も断たれることになる。
【０００５】
ところで、多層配線構造を有する半導体装置においては、層間絶縁膜が下層部と上層部とで相異なる絶縁材料によって形成されることがある。すなわち、配線距離が比較的長く、それゆえに寄生容量の影響を受け易い上層部では、寄生容量を低減するために、低誘電率材料等、下層部よりも低い誘電率をもつ絶縁材料が用いられることがある。ここで、例えば、下層部には第１配線層以下の層が該当し、上層部には第１ビア層以上の層が該当する。なお、第１配線層および第１ビア層とは、それぞれ最下層の配線およびビアプラグが埋め込まれた層を指す。
【０００６】
本発明者らは、鋭意検討の結果、かかる構造の半導体装置には以下の課題があることを見出した。すなわち、相異なる絶縁材料によって形成された下層部と上層部との界面は、外部からの水分等の浸入口となり易い。したがって、かかる浸入口から回路形成領域への水分等の浸入を防ぐことが、信頼性の高い半導体装置を得る上で肝要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による半導体装置は、回路形成領域を有する半導体装置であって、半導体基板と、上記半導体基板上に設けられ、第１の絶縁材料によって形成された第１の層間絶縁膜群と、上記第１の層間絶縁膜群上に設けられ、上記第１の絶縁材料よりも誘電率の低い第２の絶縁材料によって形成された第２の層間絶縁膜群と、上記回路形成領域を包囲するガードリングと、を備え、上記ガードリングは、上記第１の層間絶縁膜群と上記第２の層間絶縁膜群との間の界面を貫通するとともに、上記半導体基板と離間して設けられていることを特徴とする。
【０００８】
なお、第１の層間絶縁膜群とは、第１の絶縁材料によって形成された１つの層間絶縁膜、または第１の絶縁材料によって形成されるとともに連続して設けられた複数の層間絶縁膜のことである。第２の層間絶縁膜群についても同様である。なお、層間絶縁膜が連続するとは、層間絶縁膜どうしが互いに接している必要はなく、それらの間にエッチングストッパー膜等の他の膜が介在していてもよい。すなわち、層間絶縁膜だけに着目した場合に互いに隣り合う関係にあれば、それらの層間絶縁膜は連続していると言える。
【０００９】
この半導体装置においては、ガードリングが半導体基板と離間して設けられているため、ガードリングがノイズの伝搬経路となるのを防ぐことができる。さらに、ガードリングは、相異なる絶縁材料によって形成された第１および第２の層間絶縁膜群の間の界面を貫通している。これにより、外部からの水分等がこの界面から浸入した場合であっても、それらが回路形成領域まで至る経路をガードリングによって遮断することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ガードリングを通じたノイズの伝搬、および回路形成領域への水分等の浸入を効果的に防ぐことが可能な半導体装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明による半導体装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明による半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。図２は、図１の半導体装置を示す平面図である。図１は、図２のＩＡ−ＩＡ線またはＩＢ−ＩＢ線に沿った断面を示している。半導体装置１は、半導体基板１０、層間絶縁膜群２０（第１の層間絶縁膜群）、層間絶縁膜群３０（第２の層間絶縁膜群）、およびシールリング４０（ガードリング）を備えている。また、半導体装置１には、２つの回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２、ならびにこれらの回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２を包囲するシールリング領域Ｄ２が設けられている。回路形成領域Ｄ１１は、例えば、デジタル回路として構成されたロジック部である。一方、回路形成領域Ｄ１２は、例えば、アナログ回路として構成されたアナログ部である。
【００１３】
半導体基板１０は、例えばＰ型シリコン基板である。半導体基板１０中には、Ｎ型ウエル領域１２、Ｐ型ウエル領域１４および素子分離領域１６が形成されている。さらに、Ｎ型ウエル領域１２中には、ソース・ドレイン領域として機能するＰ＋型の拡散層１２２、およびＮ型ウエル領域１２のコンタクト層として機能するＮ＋型の拡散層１２８が形成されている。半導体基板１０のＮ型ウエル領域１２上には、ゲート酸化膜１２４を介してゲート電極１２６が設けられている。これらの拡散層１２２、ゲート酸化膜１２４およびゲート電極１２６は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴを構成している。
【００１４】
また、Ｐ型ウエル領域１４中には、ソース・ドレイン領域として機能するＮ＋型の拡散層１４２、およびＰ型ウエル領域１４のコンタクト層として機能するＰ＋型の拡散層１４８が形成されている。半導体基板１０のＰ型ウエル領域１４上には、ゲート酸化膜１４４を介してゲート電極１４６が設けられている。これらの拡散層１４２、ゲート酸化膜１４４およびゲート電極１４６は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴを構成している。
【００１５】
拡散層１２２、ゲート電極１２６、拡散層１２８、拡散層１４２、ゲート電極１４６および拡散層１４８には、それぞれコンタクトプラグ２２０が接続されている。コンタクトプラグ２２０には、配線２４０（第１の配線）が接続されている。この配線２４０は、多層配線中の最下層の配線である。
【００１６】
半導体基板１０上には、層間絶縁膜群２０が設けられている。層間絶縁膜群２０は、層間絶縁膜２２（コンタクト層間絶縁膜）および層間絶縁膜２４（第１配線層間絶縁膜）を含んでいる。層間絶縁膜２２は、半導体基板１０上に設けられている。層間絶縁膜２２中には、上述のコンタクトプラグ２２０が埋め込まれている。一方の層間絶縁膜２４は、層間絶縁膜２２上に設けられている。層間絶縁膜２４中には、上述の配線２４０が埋め込まれている。
【００１７】
層間絶縁膜群２０上には、層間絶縁膜群３０が設けられている。層間絶縁膜群３０は、層間絶縁膜３２（第１ビア層間絶縁膜）、層間絶縁膜３４（第２配線層間絶縁膜）、層間絶縁膜３６（第２ビア層間絶縁膜）および層間絶縁膜３８（第３配線層間絶縁膜）を含んでいる。層間絶縁膜３２は、層間絶縁膜２４上に設けられている。層間絶縁膜３２中には、配線２４０に接続されたビアプラグ３２０（第１のビアプラグ）が埋め込まれている。層間絶縁膜３４は、層間絶縁膜３２上に設けられている。層間絶縁膜３４中には、ビアプラグ３２０に接続された配線３４０（第２の配線）が接続されている。層間絶縁膜３６は、層間絶縁膜３４上に設けられている。層間絶縁膜３６中には、配線３４０に接続されたビアプラグ３６０（第２のビアプラグ）が埋め込まれている。層間絶縁膜３８は、層間絶縁膜３６上に設けられている。層間絶縁膜３８中には、ビアプラグ３６０に接続された配線３８０（第３の配線）が接続されている。なお、上述のコンタクトプラグ２２０、配線２４０，３４０，３８０ならびにビアプラグ３２０，３６０の材料としては、例えば、銅またはアルミニウムが挙げられる。
【００１８】
層間絶縁膜群３０は、層間絶縁膜群２０よりも低い誘電率をもつ絶縁材料によって形成されている。層間絶縁膜群２０を構成する絶縁材料（第１の絶縁材料）の比誘電率は、例えば４．０以上である。一方、層間絶縁膜群３０を構成する絶縁材料（第２の絶縁材料）の比誘電率は、例えば３．５以下である。また、第１の絶縁材料としては、例えば酸化シリコンが挙げられる。一方、第２の絶縁材料としては、例えば低誘電率材料が挙げられる。
【００１９】
低誘電率材料としては、例えば、ＳｉＯＣ、ＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン）、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）、またはＭＨＳＱ（メチル化ハイドロジェンシルセスキオキサン）等のポリオルガノシロキサン、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）、ジビニルシロキサン−ビス−ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはＳｉｌｋ（登録商標）等の芳香族含有有機材料、ＳＯＧ(ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ)、ＦＯＸ(ｆｌｏｗａｂｌｅ ｏｘｉｄｅ)等種々のものを用いることができる。また、低誘電率材料としては、ポーラス状のものを用いることができる。これにより、膜の比誘電率をさらに低くすることができる。
【００２０】
回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２を包囲するようにシールリング４０が設けられている。シールリング４０は、層間絶縁膜群２０と層間絶縁膜群３０との間の界面を貫通している。具体的には、シールリング４０は、層間絶縁膜３８と後述するパッシベーション膜５０との間の界面に端を発し、層間絶縁膜２２と層間絶縁膜２４との間の界面まで延びている。すなわち、シールリング４０の一端（半導体基板１０側の端部）は、層間絶縁膜２２と層間絶縁膜２４との間の界面で止まっている。半導体装置１の高さ方向（半導体基板１０の基板面に垂直な方向）について見ると、シールリング４０は、層間絶縁膜群３０の全体に延在する一方で、層間絶縁膜群２０の一部（本実施形態では層間絶縁膜２４）にのみ延在している。また、シールリング４０は、半導体基板１０と離間して設けられている。本実施形態においては特に、シールリング４０の全体が半導体基板１０と離間している。
【００２１】
このシールリング４０は、導電部材４１〜４５によって構成されている。導電部材４１は、層間絶縁膜２４中に埋め込まれており、配線２４０と同一の材料によって形成されている。導電部材４２は、層間絶縁膜３２中に埋め込まれており、ビアプラグ３２０と同一の材料によって形成されている。導電部材４３は、層間絶縁膜３４中に埋め込まれており、配線３４０と同一の材料によって形成されている。導電部材４４は、層間絶縁膜３６中に埋め込まれており、ビアプラグ３６０と同一の材料によって形成されている。導電部材４５は、層間絶縁膜３８中に埋め込まれており、配線３８０と同一の材料によって形成されている。これらの導電部材４１〜４５は、それぞれ配線２４０、ビアプラグ３２０、配線３４０、ビアプラグ３６０および配線３８０と同時に形成することが可能である。
【００２２】
本実施形態においてシールリング４０は、複数（具体的には３つ）設けられている。すなわち、回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２は、これらのシールリング４０によって、３重に包囲されている。
【００２３】
層間絶縁膜群３０の上面は、パッシベーション膜５０によって覆われている。このパッシベーション膜５０は、半導体装置１の表面を保護する保護膜である。パッシベーション膜５０の材料としては、例えば窒化シリコンが挙げられる。
【００２４】
続いて、半導体装置１の効果を説明する。半導体装置１においては、シールリング４０が半導体基板１０と離間して設けられているため、シールリング４０がノイズの伝搬経路となるのを防ぐことができる。
【００２５】
この点に関し、半導体装置１の比較例に係る半導体装置を図３に示す。同図の半導体装置においては、シールリング４０ａが、上述の導電部材４１〜４５ならびに導電部材４６によって構成されている。導電部材４６は、層間絶縁膜２２中に埋め込まれており、コンタクトプラグ２２０と同一の材料によって形成されている。また、Ｐ型ウエル領域１４がシールリング領域Ｄ２まで延びており、シールリング領域Ｄ２内のＰ型ウエル領域１４中にＰ＋型の拡散層１８が形成されている。この拡散層１８に、導電部材４６が接続されている。
【００２６】
かかる構成の半導体装置においては、図４に示すように、回路形成領域Ｄ１１または回路形成領域Ｄ１２の一方で発生したノイズが、シールリング４０ａを通じて他方に伝わってしまうことがある。同図においては、ノイズの伝搬経路を点線矢印で示している。これは、シールリング４０ａと半導体基板１０とが電気的に接続されているために、シールリング４０ａがノイズの伝搬経路として機能してしまうからである。
【００２７】
これに対し、半導体装置１によれば、シールリング４０を半導体基板１０から離間させることにより、シールリング４０を通じたノイズの伝搬経路を断っている。特に、回路形成領域Ｄ１１および回路形成領域Ｄ１２がそれぞれデジタル回路およびアナログ回路として構成されている場合には、前者で発生したノイズが後者に伝わると、後者での誤動作につながってしまう。したがって、この場合、半導体装置１が特に有用となる。
【００２８】
さらに、シールリング４０は、相異なる絶縁材料によって形成された層間絶縁膜群２０，３０の間の界面を貫通している。これにより、外部からの水分等がこの界面から浸入した場合であっても、それらが回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２まで至る経路をシールリング４０によって遮断することができる。このように、シールリング４０を通じたノイズの伝搬、および回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２への水分等の浸入を効果的に防ぐことが可能な半導体装置１が実現されている。
【００２９】
また、シールリング４０は、半導体装置１の製造工程においてダイシング領域をダイシングする際に、回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２にクラックが発生するのを抑える作用も有している。すなわち、ダイシングの際には、ダイシング領域にクラックが発生することがあるが、ダイシング領域と回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２との間にシールリング４０が存在するため、そのクラックが回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２にまで達することが防止される。
【００３０】
シールリング４０は、半導体装置１の高さ方向について、層間絶縁膜群３０の全体に延在している。これにより、層間絶縁膜群３０の側面から回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２に水分等が浸入するのを効果的に防止することができる。層間絶縁膜群３０に低誘電率材料を用いた場合、低誘電率材料は吸湿し易い性質をもつため、層間絶縁膜群３０からの水分等の浸入を防ぐことが特に肝要である。
【００３１】
シールリング４０の全体が半導体基板１０と離間して設けられている。これにより、シールリング４０の底面全体の半導体基板１０からの高さを揃えることができるので、シールリング４０の製造ひいては半導体装置１の製造が容易になる。なお、シールリング４０の全体が半導体基板１０と離間していることは必須ではなく、シールリング４０の一部が半導体基板１０まで達していてもよい。ただし、その場合であっても、シールリング４０が回路形成領域Ｄ１１と回路形成領域Ｄ１２とを結ぶノイズの伝播経路となるのを防ぐために、これらの回路形成領域Ｄ１１および回路形成領域Ｄ１２のうち何れか一方の半導体基板１０にのみシールリング４０が接する構成とされる。
【００３２】
シールリング４０の一端は、層間絶縁膜２２と層間絶縁膜２４との間の界面で止まっている。このように、第１配線層（層間絶縁膜２４）以上の配線およびビアプラグを用いてシールリング４０を形成することにより、シールリング４０が層間絶縁膜群２０と層間絶縁膜群３０との間の界面を貫通し且つ半導体基板１０と離間した構成を容易に実現することができる。
【００３３】
層間絶縁膜２４以下の層間絶縁膜（層間絶縁膜２２，２４）が比較的誘電率の高い第１の絶縁材料によって形成されている一方で、層間絶縁膜３２以上の層間絶縁膜（層間絶縁膜３２，３４，３６，３８）は比較的誘電率の低い第２の絶縁材料によって形成されている。これにより、比較的中・長距離の配線に用いられる層間絶縁膜３２以上の層間絶縁膜における寄生容量を小さく抑えることができる。
【００３４】
本発明による半導体装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては層間絶縁膜群２０と層間絶縁膜群３０との間の界面が層間絶縁膜２４と層間絶縁膜３２との間に位置する例を示したが、この界面は、他の連続する２つの層間絶縁膜の間に位置していてもよい。例えば、上記界面は、層間絶縁膜３２と層間絶縁膜３４との間に位置してもよいし、層間絶縁膜２２と層間絶縁膜２４との間に位置してもよい。
【００３５】
なお、後者の場合、図５に示すように、シールリング４０の下端は層間絶縁膜２２の途中で止まった構成となる。同図において、シールリング４０は、導電部材４１〜４５に加えて、導電部材４７を有している。導電部材４７は、半導体装置１の高さ方向について、層間絶縁膜２２の一部に埋め込まれている。かかる構成により、シールリング４０が層間絶縁膜群２０と層間絶縁膜群３０との間の界面を貫通し且つ半導体基板１０と離間した構成が実現されている。
【００３６】
また、上記実施形態においてはシールリング４０で包囲された領域に複数の回路形成領域（回路形成領域Ｄ１１，Ｄ１２）が設けられた例を示したが、シールリング４０で包囲された領域に設けられる回路形成領域の数は１つであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置を示す平面図である。
【図３】比較例に係る半導体装置を示す断面図である。
【図４】図３の半導体装置の課題を説明するための平面図である。
【図５】変形例に係る半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    半導体装置
１０    半導体基板
１２    Ｎ型ウエル領域
１４    Ｐ型ウエル領域
１６    素子分離領域
１８    拡散層
２０    層間絶縁膜群
２２，２４    層間絶縁膜
３０    層間絶縁膜群
３２，３４，３６，３８    層間絶縁膜
４０    シールリング
４１〜４５    導電部材
５０    パッシベーション膜
１２２    拡散層
１２４    ゲート酸化膜
１２６    ゲート電極
１２８    拡散層
１４２    拡散層
１４４    ゲート酸化膜
１４６    ゲート電極
１４８    拡散層
２２０    コンタクトプラグ
２４０    配線
３２０    ビアプラグ
３４０    配線
３６０    ビアプラグ
３８０    配線
Ｄ１１，Ｄ１２    回路形成領域
Ｄ２    シールリング領域
【図１】
2007027639.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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