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発明の名称 半導体装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−88352(P2007−88352A)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
出願番号 特願2005−277721(P2005−277721)
出願日 平成17年9月26日(2005.9.26)
代理人 【識別番号】100124914
【弁理士】
【氏名又は名称】徳丸 達雄
発明者 國嶋 浩之 / 小田 典明
要約 課題
層間絶縁膜が、ワイヤボンディング時の衝撃によりダメージを受けるのを防止しつつ、層間絶縁膜にトレンチを形成する際のエッチングの条件が変動しないようにする。

解決手段
ボンディングパッドの下に配置されたダミーパターンのサイズを選択的に大きくする。これにより、ワイヤボンディング時の衝撃が直接影響する部分の強度を高めつつ、ダミーパターンのサイズを大きくすることによるエッチング条件の変動を最小限に抑えることができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
ボンディングパッドと、
複数の配線と、
前記ボンディングパッドの下に配置された第1のダミーパターンと、
前記複数の配線の間に配置された第2のダミーパターンと、
を有し、
前記第1のダミーパターンのサイズが前記第2のダミーパターンのサイズよりも大きいこと、
を特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記第1のダミーパターンと前記第2のダミーパターンとは、同一層内に形成されていること、を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第2のダミーパターンと前記複数の配線とが同一層内に形成されていること、を特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第2のダミーパターンは、前記ボンディングパッドの下以外の領域に形成されていること、を特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記複数の配線のうち少なくとも一つが前記ボンディングパッドの下に配置されていること、を特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記ボンディングパッドの下に配置された前記配線が電源配線もしくはグランド配線であること、を特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記ボンディングパッドと前記第1のダミーパターンとが、電気的に絶縁されていること、を特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記ボンディングパッドがアルミニウムを主成分とし、
前記複数の配線と、前記第1のダミーパターンと、前記第2のダミーパターンとが銅を主成分とすること、
を特徴とする請求項7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、ボンディングパッドを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体装置の組み立てにおいて、ワイヤボンディング技術が用いられている。
【0003】
一方、近年、配線間隔が狭くなるにつれて。配線間の寄生容量が増加し信号の伝送速度が低下するという問題が顕在化した。そこで、多層配線層内の層間絶縁膜に低誘電率膜が用いられるようになってきた。
【0004】
しかし、低誘電率膜は、その強度が低く、ワイヤボンディング時にボンディングパッドに印加される衝撃によってダメージを受けてしまう。
【0005】
そこで、かかるダメージから低誘電率膜を守る技術が開発され、特許文献1に開示されている。この特許文献1の技術では、ボンディングパッドの下に、銅のダミーパターン(例えば、同文献図1の下部Cu層200)を配置している。銅の方が低誘電率膜よりも強度が大きいため、低誘電率膜をワイヤボンディング時の衝撃から保護できるのである。
【0006】
一方、配線の間にダミーパターンを配置する技術が、特許文献2に開示されている。
【0007】
【特許文献1】特開2004−235416号公報
【特許文献2】特開2004−39951号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明者らは、上記従来技術には、次のような課題があることを見出した。
【0009】
半導体装置が扱う信号の高速化に伴い、層間絶縁膜の誘電率をさらに下げることが望まれている。一方、膜の誘電率が低くなる程、その強度が低下する傾向にある。従って、今後さらに誘電率の低い膜を使用する場合には、強度を確保するためのダミーパターンのサイズを大きくする必要がある。
【0010】
ダミーパターンのサイズを大きくすると、ダミーパターンを埋め込むために層間絶縁膜に形成されるトレンチのサイズが大きくなる。(尚、本願中で「サイズ」というときは、半導体基板に垂直な方向から見た場合の面積の大きさを言うものとする。)
このとき、半導体基板の全面に亘ってダミーパターンのサイズを大きくすると、トレンチを形成するためにエッチングされる面積が著しく増大する。その結果、必要なエッチングガスの量が増加し、エッチングの最適条件が変わってしまう。
【0011】
通常、半導体装置は複数の配線層を有しており、配線層毎に一配線層内におけるダミーパターンの占める割合が大きく異なる場合がある。その場合に、ダミーパターンのサイズを半導体基板の全面に亘って大きくすると、ダミーパターンの占める割合が大きい配線層のエッチング条件と、割合が小さい配線層のエッチング条件とを変えなければならないという問題が生じる
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、ワイヤボンディング時の衝撃から低誘電率膜を守るためにダミーパターンのサイズを大きくするに際して、ボンディングパッドの下に配置されるダミーパターンを選択的に大きくするものである。
【0013】
ダミーパターンのサイズを大きくすることによって、ワイヤボンディング時の衝撃の大部分がダミーパターン上に印加されることになり、低誘電率膜にダメージが生じるのを防止することができる。
【0014】
また、半導体装置上に形成される全てのボンディングパッドの面積を合計しても、半導体基板全体の面積の数%から十数%程度である。よって、ボンディングパッドの下に配置されるダミーパターンのサイズを大きくしても、エッチングの最適条件はほとんど変動しない。
【0015】
本発明にかかる半導体装置は、例えば、ボンディングパッドと、複数の配線と、前記ボンディングパッドの下に配置された第1のダミーパターンと、前記複数の配線の間に配置された第2のダミーパターンと、を有し、前記第1のダミーパターンのサイズが前記第2のダミーパターンのサイズよりも大きいこと、を特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、ボンディングパッドの下の低誘電率膜をワイヤボンディング時の衝撃から守ることができ、かつ、エッチングの最適条件が変動するのを最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
図1は、本発明にかかる半導体装置100の断面図である。図2は、第4配線層M4の平面図である。図2(a)は、図1の領域Aの平面図であり、図2(b)は、図1の領域Bの平面図である。図1の領域Bは、ボンディングパッドが形成されている場所の周辺の領域であり、領域Aはボンディングパッドが形成されていない領域である。
【0018】
図1を参照して、半導体装置100は半導体基板10と、半導体基板10上に形成された多層配線層20と、多層配線層20上に形成されたボンディングパッド30とを有する。ボンディングパッド30はアルミニウム(Al)を主成分とする。半導体基板10と多層配線層20との間には、コンタクト層40が形成され、その内部に、半導体基板10に形成されたトランジスタ12と多層配線層20内に形成された配線とを電気的に接続するコンタクト4が形成されている。
【0019】
半導体基板10には、所望の機能を発揮する回路を構成するトランジスタ12が形成されている。 多層配線層20は、第1から第6配線層(M1,M2,M3,M4,M5,M6)を有している。各々の配線層は、層間絶縁膜22を有している。第1から第5配線層の層間絶縁膜には、低誘電率の膜が用いられる。例えば、SiOC膜、SiC膜、SiOF膜、ポーラスSiO膜、ポーラスSiOC膜などである。一方、第6配線層M6の層間絶縁膜は、低誘電率膜である必要が無く、強度確保の観点などから、SiO膜などが用いられる。
【0020】
層間絶縁膜内には、配線24と、ダミーパターン262,264とが形成されている。配線24とダミーパターン262,264は、共に、銅(Cu)を主成分とする。
【0021】
ボンディングパッド30の下に配置されているダミーパターン(第1のダミーパターン262)は、ボンディングパッド30の下以外の場所に配置されているダミーパターン(第2のダミーパターン264)よりもサイズが大きい。
【0022】
第6配線層M6には、ボンディングパッド30をその上に配置するための銅パッド240と、銅パッド240から信号を引き出すための引き出し配線242が形成されている。引き出し配線242は、ボンディングパッド30に入力される信号をボンディングパッド30から離れた位置まで引き出す。引き出し配線242により引き出された信号は、第5配線層M5から第1配線層M1内に形成される配線24およびビア246を介して、半導体基板10内に形成されているトランジスタ12等に伝送される。
【0023】
銅パッド240の下の第5配線層M5内に第2の銅パッド244が配置されている。この第2の銅パッド244は、ビア246により銅パッド240に接続している。このような構造にすることにより、ボンディングパッド30に印加されるワイヤボンディングの衝撃をある程度吸収することができる。
【0024】
次いで、図2を参照して、第4配線層M4を例にして本発明の半導体装置の配線層の構造について説明する。
【0025】
図2(a)は、ボンディングパッド30が形成されていない位置(領域A)の平面図であり、図2(b)は、ボンディングパッド30が形成されている位置(領域B)の平面図である。図2(b)中の破線で囲まれた領域32は、ボンディングパッド30と重なる領域(ボンディングパッド30の下の領域)、を表している。
【0026】
図2(a)を参照して、領域Aには、複数の配線241が配置されている。この配線241は、主に、半導体装置100で演算対象となる論理信号を伝送するために用いられる。そして、配線241の間の空いている場所には、ダミーパターン264(第2のダミーパターン)が配置されている。
【0027】
次いで、図2(b)を参照して、領域Bにも、配線243、245が配置されている。配線243,245の一部は、領域32を横断している。配線243,245は電源電圧を供給するために用いられる。配線243と245が共に同じ電圧を供給してもよいし、別々の電圧を供給してもよい。図2(b)には、配線243がVdd電圧を供給し、配線245がグランド電圧を供給する例を示した。
【0028】
領域Bには、ダミーパターン262,264が配置されている。ここで、ボンディングパッドに重なる領域32内に配置されているダミーパターン262(第1のダミーパターン)のサイズは、領域32の外に形成されているダミーパターン264(第2のダミーパターン)のサイズよりも大きい。
【0029】
また、第1のダミーパターン262のサイズは、領域Aに配置されている第2のダミーパターン264のサイズよりも大きい。さらに、領域Aに配置されている第2のダミーパターン264のサイズと、領域Bに配置されている第2のダミーパターン264のサイズは実質的に同じである。すなわち、領域32の外に配置されているダミーパターンのサイズは、実質的に(製造ばらつきを除けば)、全て同じである。
【0030】
本実施の形態のもう一つの効果について、ダミーパターンにより生じる寄生容量の点から説明する。
【0031】
ダミーパターンは、配線およびボンディングパッド30から絶縁されており、その電圧がフローティングの状態である。そのため、何らかの原因によりダミーパターンに電荷が蓄積されると、そのダミーパターンは、寄生容量として周辺の配線内を伝送される信号に影響を及ぼす。この現象は、ダミーパターンのサイズが大きくなるほど顕著となる。
【0032】
従って、タイミングが重要である信号を伝送する配線が多く配置されている領域Aのダミーパターンのサイズを大きくすると、予期せぬタイミング異常が生じる場合があり、問題である。
【0033】
一方、本実施の形態の領域Bには、主に、タイミングが問題とならない電源電圧を供給する配線が配置されているので、ボンディングパッド30と重なる領域32内のダミーパターンのサイズを大きくしても、タイミング異常の問題は生じない。
【0034】
すなわち、ボンディングパッド30に重なる領域32内のダミーパターン262を選んで、そのサイズを大きくすれば、ワイヤボンディング時の衝撃に対する強度を確保しつつ、タイミング異常が発生することを抑制することができるという効果を得ることができる。
【0035】
次に、図3から図6を用いて、第4配線層M4のレイアウトデータを作成する手順について説明する。
【0036】
始めに、図3に示すように、所望の回路を構成するように、配線241,243,245を配置する。このとき、配線が配置されていない場所は空いている。
【0037】
次に、図4に示すように、半導体基板10の全面に、全て同じ大きさのダミーパターン260を仮配置する。このとき配置されるダミーパターンのサイズは、第2のダミーパターン264のサイズと同じである。
【0038】
次いで、図5に示すように、配線241,243,245の上、および、配線241,243,245から所定の距離内に配置されたダミーパターン260を削除する。
【0039】
次いで、図6に示すように、ボンディングパッドと重なる領域32内にあるダミーパターンのサイズのデータを、大きいサイズとなるように書き換え、第1のダミーパターン262とする。尚、領域32のデータは、予めレイアウトデータに与えておく。これにより、レイアウトツールが、どのダミーパターンが領域32内に配置されているのかを認識することができる。そして、サイズを大きくしなかったダミーパターン260が第2のダミーパターン264となる。
【0040】
ここで、領域32の境界上にあるダミーパターン266は、大きいサイズとしても、仮配置時のサイズのままでも、いずれでもよい。図6には、仮配置時のサイズのままとする例を示した。
【0041】
以上の手順により、ボンディングパッド30に重なる領域32内のダミーパターン262のサイズを選択的に大きくしたレイアウトデータを作成することができる。このレイアウトデータに基づき、マスクを作成し、第4配線層M4の製造を行なう。
【0042】
ここまで、第4配線層M4の構造、およびそのレイアウトデータの作成方法について説明したが、第1から第3配線層M1〜M3の構造およびそのレイアウトデータの作成方法についても同様である。
【0043】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、発明の範囲や思想から逸脱することなく、修正や変更を伴うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明にかかる半導体装置の断面図である。
【図2】本発明にかかる半導体装置内の第4配線層の平面図である。
【図3】本発明にかかる半導体装置内の第4配線層のレイアウトデータの作成方法を説明するための図である。
【図4】本発明にかかる半導体装置内の第4配線層のレイアウトデータの作成方法を説明するための図である。
【図5】本発明にかかる半導体装置内の第4配線層のレイアウトデータの作成方法を説明するための図である。
【図6】本発明にかかる半導体装置内の第4配線層のレイアウトデータの作成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【0045】
10 半導体基板
12 トランジスタ
100 本発明の半導体装置
20 多層配線層
22 層間絶縁膜
24,241,243,245 配線
260,262,264,266 ダミーパターン
30 ボンディングパッド
32 ボンディングパッドに重なる領域(ボンディングパッドの下の領域)
4 コンタクト
40 コンタクト層




 

 


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