(57)【要約】【課題】  素子層にスリットを形成してチップ内での熱分離を図ると共に、製造工程におけるスリット内の気体膨脹に起因する素子の変形を防ぐことができる半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体基板２１上に、素子層２２と配線層２３とカバー層２４とが積層され、カバー層２４に開口部１４が形成され、素子層２２が熱的に異なる性質を備えた素子が形成された領域Ａ（１１）と領域Ｂ（１２）とを備え、両領域を分離するスリット１３が形成され、配線層２３に、開口部１４とスリット１３とを接続する管状の通気孔２５が形成された半導体装置であり、同一チップ上で２つの領域を熱的に分離すると共に、製造工程の途中であっても通気孔２５が最上層の上面に開口してスリット１３を外気と通じさせるものである。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、半導体素子が形成される素子層と、配線が形成される配線層と、カバー層とが積層された半導体装置であって、
前記カバー層に、前記カバー層を貫通する開口部が形成され、
前記素子層は、第１の領域と、第２の領域とを備え、前記第１の領域と前記第２の領域とを分離するスリットが形成され、
前記配線層に、前記開口部と前記スリットとを接続する管状の通気孔が形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
通気孔が、一直線状の形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
通気孔が、折れ曲がった形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
通気孔が、上に凸となる部分と下に凸となる部分とが組み合わされて接続された形状に形成されたことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
開口部が第１の領域の上部又は第２の領域の上部又はスリットの上部に形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の半導体装置。
【請求項６】
開口部が第１の領域、第２の領域、及びスリットを除いた領域の上部に形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係り、特に素子層にスリットを形成してチップ内での熱分離を図ると共に、製造工程におけるスリット内の気体膨脹に起因する素子の変形を防ぐことができる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
ＩＣチップには、異なる機能を実現する複数の機能ブロックが搭載されている。
機能ブロックとしては、例えば、出力バッファやヒータ回路等の消費電力が大きく発熱しやすい機能ブロックや、発振回路やＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable Programmable ROM）等の、高温条件では特性が劣化する機能ブロックがある。
【０００３】
そこで、同一のＩＣチップ上に熱的に異なる性質を持つ２つの機能ブロックを形成する場合には、両者を熱的に分離することが望ましい。
従来、ＩＣチップ内の異なる機能ブロックを熱的に分離するために、当該機能ブロック間の境界部にスリットを形成することがあった。
【０００４】
［関連技術］
尚、ＩＣチップ内にスリットを形成する従来技術としては、特開２０００−３３８１２５号公報「半導体加速度センサ及びその製造方法」（松下電工株式会社、特許文献１）がある。
特許文献１は、ＩＣチップ内の機能ブロックを熱的に分離することを目的としたものではないが、支持部に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持された重り部を有し、重り部の周囲にスリットが形成され、更に、接合用金属層に単一の空気孔が形成された半導体加速度センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３３８１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体装置では、製造工程において様々な温度条件で処理が行われ、アニール工程など高温条件下で行なわれる工程中に、閉空間であるスリット内に充填された気体が膨張して、スリット周辺の素子が変形することがあるという問題点があった。
【０００７】
尚、特許文献１では、単一の空気孔を形成することが記載されているものの、特許文献１の空気孔は、半導体チップの側面部において開口する構造であり、半導体チップをダイシング等によって切り出すまでは外気と接することがない。
つまり、特許文献１は、製造工程における高温処理によるスリット内の気体膨脹を防ぎ、素子の変形を防ぐものではない。
【０００８】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、素子層にスリットを形成してチップ内での熱分離を図ると共に、製造工程におけるスリット内の気体膨脹に起因する素子の変形を防ぐことができる半導体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】
【０００９】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、半導体基板上に、半導体素子が形成される素子層と、配線が形成される配線層と、カバー層とが積層された半導体装置であって、カバー層に、カバー層を貫通する開口部が形成され、素子層は、第１の領域と、第２の領域とを備え、第１の領域と第２の領域とを分離するスリットが形成され、配線層に、開口部とスリットとを接続する管状の通気孔が形成されたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は、上記半導体装置において、通気孔が、一直線状の形状に形成されたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明は、上記半導体装置において、通気孔が、折れ曲がった形状に形成されたことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明は、上記半導体装置において、通気孔が、上に凸となる部分と下に凸となる部分とが組み合わされて接続された形状に形成されたことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は、上記半導体装置において、開口部が第１の領域の上部又は第２の領域の上部又はスリットの上部に形成されたことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明は、上記半導体装置において、開口部が第１の領域、第２の領域、及びスリットを除いた領域の上部に形成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体基板上に、半導体素子が形成される素子層と、配線が形成される配線層と、カバー層とが積層された半導体装置であって、カバー層に、カバー層を貫通する開口部が形成され、素子層は、第１の領域と、第２の領域とを備え、第１の領域と第２の領域とを分離するスリットが形成され、配線層に、開口部とスリットとを接続する管状の通気孔が形成された半導体装置としているので、第１の領域と第２の領域とを熱的に分離すると共に、製造工程の途中でも通気孔が上部に開口して、スリットを外気と通じさせることができ、製造工程において高温条件になっても、充填された気体の膨張による圧力で素子が変形するのを防ぐことができる効果がある。
【００１６】
また、本発明によれば、通気孔が、折れ曲がった形状に形成された上記半導体装置としているので、開口部からスリットを直接見通すことがないため、ダイシング時に水や切削屑がスリット内部に入り込むのを防ぐことができる効果がある。
【００１７】
また、本発明によれば、通気孔が、上に凸となる部分と下に凸となる部分とが組み合わされて接続された形状に形成された上記半導体装置としているので、上に凸となる部分に相対的に暖かい空気をため、下に凸となる部分に相対的に冷たい空気をためやすくして、外部の温度変化の影響を受けにくくして、素子の温度及び動作を安定させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略平面説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′部分の断面図である。
【図３】第１の応用例の半導体装置の断面図である。
【図４】第２の応用例の半導体装置の断面図である。
【図５】第３の応用例の半導体装置の概略平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る半導体装置は、半導体基板上に、素子層と配線層とカバー層とが積層され、カバー層に開口部が形成され、素子層が第１の領域と第２の領域とを備え、両領域を分離するスリットが形成され、配線層に、開口部とスリットとを接続する管状の通気孔が形成されたものであり、同一チップ上で２つの領域を熱的に分離すると共に、製造工程の途中でも最上層の上面に開口する通気孔を介してスリットを外気と通じるように形成して、製造工程において高温条件になっても、充填された気体の膨張による圧力で素子が変形するのを防ぐことができるものである。
【００２０】
また、本発明の実施の形態に係る応用例の半導体装置は、通気孔が、上に凸となる部分と下に凸となる部分とが交互に組み合わされて接続された形状に形成されたものであり、外部の温度変化の影響を受けにくくするものである。
【００２１】
［実施の形態に係る半導体装置の構成：図１，図２］
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図１，図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略平面説明図であり、図２は、図１のＡ−Ａ′部分の断面図である。
本発明の実施の形態に係る半導体装置（本装置）は、半導体素子が形成されたＩＣチップであり、図１，２では、ダイシング後の状態を示している。
【００２２】
まず、本装置の積層構造について簡単に説明する。
図２に示すように、本装置は、シリコン等の半導体基板（基板）２１上に、素子が形成された素子層２２と、配線が形成された配線層２３と、表面を保護する絶縁膜から成るカバー層２４とが積層されている。
配線層２３は、複数の金属層や絶縁層が積層された多層構造であり、素子層２２には、電極や不純物が注入された領域が形成されているが、ここでは省略している。
【００２３】
図１に示すように、チップ周辺部には、ボンディングワイヤが接続されるパッド１６が複数配置されている。
尚、本装置の平面構成をわかりやすくするために、図１では、チップの中心部分にはカバー層２４を記載していないが、実際には、図２に示すように、開口部１４及びパッド１６を除いてほぼ全ての領域をカバー層２４が覆うように形成されている。
【００２４】
図１，２に示すように、本装置は、素子層２２において、中心部分に設けられた領域Ａ（１１）とその周囲に形成された領域Ｂ（１２）とを備えている。
領域Ａ（１１）と領域Ｂ（１２）とは、互いに熱的に異なる性質を持つ素子が形成された領域である。
例えば、領域Ａ（１１）には、高温になると特性が劣化するＥＥＰＲＯＭや発振回路が形成され、領域Ｂ（１２）には、消費電力が大きく発熱しやすいバッファ回路やヒータ抵抗が形成されている。
領域Ａ（１１）は、請求項に記載した第１の領域に相当し、領域Ｂ（１２）は、第２の領域に相当している。
【００２５】
そして、図１，２に示すように、領域Ａ（１１）と領域Ｂ（１２）の境界部分の素子層には、領域Ａ（１１）を囲むようにスリット（溝）１３が形成されている。
ここでは、スリット１３の幅は数μｍ〜数十μｍ程度としている。
スリット１３を形成することにより、スリット１３内部に充填された空気が断熱材となって、領域Ｂ（１２）の素子で発生した熱が領域Ａ（１１）に伝わりにくくなり、領域Ａ（１１）の素子に対する熱の影響を低減できるものである。
【００２６】
尚、図２では、素子層２２内のみにスリット１３を形成した構成を示しているが、スリット１３を延長して基板２１や配線層２３に達するように形成してもよい。
スリット１３を基板２１や配線層２３に亘って形成することで、領域間の熱分離効果を一層高めることができるものである。
【００２７】
そして、本装置の特徴として、図１，２に示すように、スリット１３の上部のカバー層２４（図示省略）には、カバー層２４を貫通する開口部１４が形成され、更に、図２に示すように、配線層２３には、素子層２２に設けられたスリット１３とカバー層２４に設けられた開口部１４とを接続する通気孔２５が形成されている。
【００２８】
開口部１４は、チップ上部に形成され、外気に直接接している。
通気孔２５は、配線層２３の絶縁層部分に形成された管状の空洞であり、ここでは、数μｍ程度の径としている。
つまり、スリット１３及び通気孔２５は、開口部１４を介して外気と通じる開空間となっている。
【００２９】
特に、本装置では、通気孔２５をチップの側面部に形成するのではなく、上面に接続するように形成しており、工程の途中であっても常に最上層の表面において開口するようになっている。
具体的には、本装置の配線層２３の製造工程において、多層構造の下層から、絶縁層を形成後、それまでに形成されている通気孔２５の空洞パターンに位置合わせするように、エッチングによって当該絶縁層における通気孔２５の空洞パターンを形成する。
【００３０】
これにより、本装置では、製造過程の途中であっても、その時点までに形成された通気孔２５が上面に開口している状態となるため、通気孔２５内部の圧力を装置外部の圧力と等しくして、プロセス中に高温にさらされた場合でも、通気孔２５内部の圧力が高まるのを防止し、素子の変形を防ぐことができるものである。
そして、装置完成後も、カバー層２４に設けられた開口部１４によってチップ外部とつながって内部の圧力が高まらないようにするものである。
更に、本装置では、開口部１４を一つだけ設けた構成としているので、ダイシング時に水や切削屑がチップ内部に入り込むのを防ぐことができるものである。
【００３１】
また、図２に示すように、本装置では、通気孔２５の形状を、スリット１３と開口部１４とを接続する一直線状としている。
つまり、本装置では、開口部１４はスリット１３の上部に設けられており、開口部１４とスリット１３の位置が上下方向にほぼ重なる構成となっている。但し、開口部１４がスリットの真上ではなく、領域Ａ又は領域Ｂの上部に設けられていてもよい。
尚、チップ上で分離する領域の数は２つに限るものではなく、３つ以上の領域を複数のスリットで分離してもよい。
【００３２】
［第１の応用例：図３］
次に、本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の応用例について図３を用いて説明する。図３は、第１の応用例の半導体装置の断面図である。
尚、第１の応用例の半導体装置（第１の応用例）は、図１，２に示した本装置と通気孔の形状が異なっている点を除いて、ほぼ同様の構成となっているため、説明は省略する。
【００３３】
第１の応用例では、素子層２２のスリット１３と、カバー層２４の開口部１４とを接続する通気孔２６が、折れ曲がった形状に形成されている。
具体的には、図３に示すように、通気孔２６は、多層構造を利用して形成されており、１層目の絶縁層にスリット１３から垂直方向（縦方向、上方向）に延びる空洞パターンが形成され、２層目に９０度折れ曲がって水平方向（左方向）に延びる空洞パターンが形成され、３層目に、２層目の空洞パターンの左端に接続して上方向に延びる空洞パターンが形成され、４層目に右方向に延びる空洞パターンが形成されて、開口部１４に接続する形状である。
尚、ここでは便宜的に、基板に平行な方向を水平方向、基板に垂直な方向を垂直方向とする。
【００３４】
通気孔２６を形成する際には、絶縁層が積層される毎に、それまでに形成された通気孔２６の空洞パターンに接続するように、上方向又は水平方向の所定の空洞パターンをエッチングにより形成していく。
【００３５】
第１の応用例では、このように折れ曲がった形状とすることにより、開口部１４からスリット１３が直接見えない構成であるため、ダイシング時に水や切削屑が深くまで入りにくくなり、スリット１３まで入り込むのを防ぐことができるものである。
尚、図３では、開口部１４はスリット１３のほぼ真上に設けられているが、スリット１３からずれた位置に設けても構わない。
【００３６】
［第２の応用例：図４］
次に、本実施の形態の第２の応用例について図４を用いて説明する。図４は、第２の応用例の半導体装置の断面図である。
第２の応用例の半導体装置（第２の応用例）も、基本的な構成は、本装置及び第１の応用例と同様であるが、通気孔の形状が異なっている。
【００３７】
図４に示すように、第２の応用例では、通気孔２７の形状を更に複雑にしており、空気がたまりやすい水平方向の空洞を、異なる高さ（層）で複数設け、それらを縦方向の空洞で連結した形状となっている。
【００３８】
図４の例では、配線層２３が４層の絶縁層を備えている場合を示している。
具体的には、通気孔２７は、１層目の絶縁層にスリット１３に接続する縦方向の空洞パターンが形成され、２層目に水平方向に延びた２つの水平空洞部２７ａ及び２７ｃが形成され、３層目に縦方向の空洞パターンが３つ形成され、４層目に水平空洞部２７ｂ及び２７ｄが形成されており、３層目の縦方向の空洞パターンによって、水平空洞部２７ａと２７ｂ、水平空洞部２７ｂと２７ｃ、水平空洞部２７ｃと２７ｄとが接続され、水平空洞部２７ｄがカバー層２４の開口部１４に接続する構成となっている。
【００３９】
つまり、第２の応用例の通気孔２７の構成は、互いに異なる層に形成された複数の水平空洞部が、当該各層とは別の層に形成された複数の縦方向の空洞パターンによって接続された構成である。
【００４０】
そして、水平部２７ｂとその両端の縦方向の空洞パターンから成る部分は、管が上に凸となる形状であり、水平部２７ｃとその両端の縦方向の空洞パターンから成る部分は、管が下に凸となる形状となっている。
【００４１】
このように、管が上に凸となる部分と下に凸となる部分とが交互に組み合わされて接続された形状とすることにより、管が上に凸となる水平空洞部２７ｂでは、相対的に暖かい空気がトラップされやすく（たまりやすく）、管が下に凸となる水平空洞部２７ｃでは、相対的に冷たい空気がトラップされやすくなる。
これにより、実装後に外部の気温が変動してもスリット内の温度変化を抑制して、保温することができ、素子の動作を安定させることができるものである。
【００４２】
更に、第２の応用例では、通気孔２７の長さが長いため、水や切削屑がスリット１３に入り込むのを確実に防ぐ効果がある。
また、第２の応用例では、通常、スリット１３と開口部１４とが上下に重ならない位置に形成される。
【００４３】
［第３の応用例：図５］
次に、本実施の形態の第３の応用例について図５を用いて説明する。図５は、第３の応用例の半導体装置の概略平面説明図である。
本実施の形態では、熱分離される領域の配置を半導体チップ上で任意に変えることができ、第３の応用例では、図５に示すように、領域Ａを左上に配置し、領域Ａの周囲にスリット１３を形成し、領域Ｂとの熱分離を図っている。
尚、図５においても、カバー層２４は、パッド１６及び開口部１４を除く半導体チップのほぼ全面を覆っている。
【００４４】
また、プロセス制約等により、開口部１４のようにカバー層２４を設けない部分をチップの外周部に配置しなければならない場合には、図５に示すように、配線層２３における通気孔２８を、スリット１３の位置から開口部１４まで延伸して形成する。
つまり、開口部１４は、領域Ａ（１１）、領域Ｂ（１２）及びスリット１３を除いた部分の上部に設けられている。素子層２２において、領域Ａ（１１）、領域Ｂ（１２）及びスリット１３を除いた部分には、絶縁層が形成されている。
【００４５】
この場合、通気孔２８を、スリット１３に接続する部分に近い下層において水平方向に延ばして形成し、その後開口部１４の真下となる位置から上方向に形成して開口部１４に接続させてもよいし、スリット１３に接続する部分から真上に延びて形成した後、水平方向に形成して開口部１４に接続する形状としてもよい。
【００４６】
尚、領域Ａと領域Ｂの配置にかかわらず、カバー層２４を設けない部分の配置に制約がない場合には、図２〜４と同様に、領域Ａ又は領域Ｂの上部に相当する位置に開口部１４を形成することが可能である。
【００４７】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る半導体装置によれば、半導体基板２１上に、素子層２２と配線層２３とカバー層２４とが積層され、カバー層２４に開口部１４が形成され、素子層２２が熱的に異なる性質を備えた素子が形成された領域Ａ（１１）と領域Ｂ（１２）とを備え、両領域を分離するスリット１３が形成され、配線層２３に、開口部１４とスリット１３とを接続する管状の通気孔２５が形成されたものであり、同一チップ上で２つの領域を熱的に分離すると共に、製造工程の途中であっても最上層の上面に開口する通気孔２５を介してスリット１３を外気と通じるように形成して、高温条件下で処理される工程において、スリット１３内に充填された気体が膨張してその圧力で素子が変形するのを防ぐことができる効果がある。
【００４８】
また、本半導体装置の第１の応用例によれば、通気孔２６が折れ曲がった形状に形成されているので、開口部１４からスリット１３を見通せないため、ダイシング時に水や切削屑がスリット１３内に入り込んでしまうのを防ぐことができる効果がある。
【００４９】
また、本半導体装置の第２の応用例によれば、通気孔２７が上下に折れ曲がって、上に凸となる部分と下に凸となる部分とが組み合わされて接続された形状に形成されているので、上に凸となる部分には暖かい空気がたまりやすく、下に凸となる部分には冷たい空気がたまりやすくなり、外気温が変動した場合でもその影響を受けにくくして、素子の温度及び動作を安定させることができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、素子層にスリットを形成してチップ内での熱分離を図ると共に、製造工程におけるスリット内の気体膨脹に起因する素子の変形を防ぐことができる半導体装置に適している。
【符号の説明】
【００５１】
１１...領域Ａ、  １２...領域Ｂ、  １３...スリット、  １４...開口部、  １６...パッド、  ２１...半導体基板（基板）、  ２２...素子層、  ２３...配線層、  ２４...カバー層、  ２５，２６，２７，２８...通気孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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