JP2009094288A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チップクラックを防止することができる半導体装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる半導体装置は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に形成される層間絶縁膜１２と、層間絶縁膜１２上に形成される金属配線１３ａと、金属配線１３ａ上に形成される保護絶縁膜１４と、保護絶縁膜１４上であって、ある所定の長さよりも短い一辺を有する領域内に形成される樹脂膜１５とを備え、樹脂膜１５は、金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下である領域をすべて覆っていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッシベーション膜を有する半導体装置に関する。

従来から、半導体素子等の表面を保護するためのパッシベーション膜として窒化膜が用いられている。基板上に形成される配線及び半導体素子等上に窒化膜が形成されていることにより、半導体装置の耐湿性が向上する。また、半導体装置の表面に異物等が付着することによる配線のショート等を抑制することができる。しかしながら、金属等からなる配線上に形成された窒化膜は、金属との密着性が弱い。このため、半導体装置を個片化した後の工程において、窒化膜の割れ及び剥れ等が発生しやすい。

ここで、図２（ａ）及び（ｂ）に、基板上に形成された配線等上に窒化膜が形成された半導体装置の一部の断面図を示す。図２（ａ）に示すように、例えば、ＧａＡｓからなる基板９１上に層間絶縁膜９２が形成されている。その上に、例えばＡｕ等からなる配線９３ａが形成されている。そして、配線９３ａ上に、当該配線９３ａ等を保護するパッシベーション膜として窒化膜９４が形成されている。上述したように、窒化膜９４は金属との密着性が弱く、特に、Ａｕ配線との密着性が弱い。また、配線９３ａの端部は、外部からの圧力を受けやすい。これにより、図２（ｂ）に示すように、窒化膜９４の割れ及び剥れ等が発生する。さらに、配線９３ａが近接して形成されている場合であって当該配線９３ａの電位が異なる場合、この電位差により、金属が配線間を移動してマイグレーションが発生する場合がある。マイグレーションにより移動した金属１００により、配線９３ａがショートする。

そこで、従来から、窒化膜上に、例えばポリイミド等からなる樹脂膜を形成し、窒化膜の割れ及び剥れ等を抑制している。窒化膜上に樹脂膜が形成された半導体集積回路装置が、例えば特許文献１に記載されている。また、窒化膜上に樹脂膜が形成された半導体装置が例えば特許文献２に記載されている。特許文献１に記載の半導体集積回路装置は、配線が形成された基板全面に窒化珪素膜等からなるパッシベーション膜が形成されている。そして、パッシベーション膜の上層に樹脂膜が形成されている。この樹脂膜は、メモリセルアレイ及び周辺回路等上にそれぞれ形成されてもよい。また、特許文献２に記載の半導体装置は、基板上に形成された電極パッド上に、ＳｉＯＮからなるカバー膜が形成されている。その上に、ポリイミド膜が形成されている。この他、配線層が形成された基板上に樹脂膜がパターニングされている機能素子が例えば特許文献３に記載されている。
特開平８−２４１９６８号公報 特開平１０−１２６０５号公報 特開２０００−８２７２３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の半導体集積回路装置は、基板上に形成されたメモリセルアレイ及び周辺回路等上に樹脂膜が形成されている。また、特許文献２に記載の半導体装置は、基板上に形成されたカバー膜上にポリイミド膜が形成されている。さらに、特許文献３に記載の機能素子は、機能素子上に形成されるバンプ等周辺以外の機能素子上に樹脂が形成されている。すなわち、特許文献１乃至３では、基板上に配線等が形成された半導体装置の広範囲に亘って樹脂膜が形成されている。このように、基板上の広範囲に樹脂膜を形成する場合、樹脂膜の圧縮又は引っ張られる際の応力により半導体装置が反ってしまう場合がある。

ここで、図３（ａ）に、窒化膜上に樹脂膜が形成された半導体装置の一例の平面図を示す。また、図３（ｂ）に、図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図を示す。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＧａＡｓからなる基板９１上に層間絶縁膜９２が形成されていて、その上に電極パッド９３ｂ及び当該電極パッド９３ｂに接続される配線９３ａが形成されている。配線９３ａ及び電極パッド９３ｂ上にパッシベーション膜として窒化膜９４が、例えば膜厚略１μｍ以下に形成されている。電極パッド９３ｂ上に形成された窒化膜９４は除去されていて、電極パッド開口部９４ａを有する。そして、窒化膜９４上に樹脂膜９５が形成されている。この樹脂膜９５は、配線９３ａの高さ方向及び横方向にそれぞれ略１μｍ以上を覆うように形成されている。また、電極パッド９３ｂ近傍の樹脂膜９５は除去されていて、樹脂膜開口部９５ａを有する。配線９３ａの幅は最小で略４μｍであって、配線間距離は最小で略４μｍである。また、配線９３ａ及び電極パッド９３ｂの厚さは、例えば略１〜４μｍである。図３に示すように、窒化膜９４上に樹脂膜９５を形成することにより、窒化膜９４の割れ及び剥れ等を抑制することができるが、当該樹脂膜９５が基板９１上の広範囲に亘って形成されているため、樹脂膜の応力により半導体装置が反ってしまう場合がある。これによりチップクラックが発生する。

このチップクラックについて、図４を用いて説明する。図４に半導体装置１０１上の略全面に樹脂膜１０２が形成されている半導体装置の断面図を示す。図４に示すように、半導体装置１０１上の略全面に樹脂膜１０２が形成されている場合、樹脂膜１０２の圧縮又は引っ張られる際の応力によって半導体装置１０１が反ってしまう。このため、チップクラック１０３が発生するという問題点がある。

上述した課題を解決するために、本発明にかかる半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成される層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成される金属配線と、前記金属配線上に形成される保護絶縁膜と、前記保護絶縁膜上であって、ある所定の長さよりも短い一辺を有する領域内に形成される樹脂膜とを備え、前記樹脂膜は、前記金属配線の間隔がある所定の間隔以下である領域をすべて覆っていることを特徴とする。

本発明においては、樹脂膜は、ある所定の長さよりも短い一辺を有する領域内に形成され、当該樹脂膜が金属配線の間隔がある所定の間隔以下である領域をすべて覆っていることにより、樹脂膜が圧縮する際の応力又は引っ張られる際の応力を低減することができる。

本発明にかかる半導体装置によれば、チップクラックを防止することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）に本実施の形態にかかる半導体装置の平面図を示し、図１（ｂ）に図１（ａ）に示す半導体装置のＩ−Ｉ線における断面図を示す。

図１に示すように、例えばＧａＡｓ又はＩｎＰ等の化合物半導体からなる半導体基板１１上に層間絶縁膜１２が形成されている。本実施の形態では、ＧａＡｓ基板を用いることとする。層間絶縁膜１２上に、Ａｕからなる金属配線１３ａ及び電極パッド１３ｂが形成されている。電極パッド１３ｂは金属配線１３ａに接続されている。金属配線１３ａの幅は最小で略４μｍ、厚さは略１〜４μｍに形成されている。当該金属配線１３ａの間隔（配線間距離）は、最小で略４μｍである。そして、層間絶縁膜１２、金属配線１３ａ、及び電極パッド１３ｂ上にパッシベーション膜として保護絶縁膜１４が膜厚略１μｍ以下に形成されている。この保護絶縁膜１４は、例えば、窒化珪素膜、酸化珪素膜、及び酸化窒化珪素膜のうちのひとつである。電極パッド１３ｂ上の保護絶縁膜１４は除去されていて、電極パッド１３ｂが露出している。すなわち、電極パッド１３ｂ上において、保護絶縁膜１４はパッド開口部１４ａを有する。なお、電極パッド１３ｂには、パッド開口部１４ａに接続されるワイヤー等（図示せず）を介して電源電圧等が供給される。

そして、本実施の形態では、樹脂膜１５は、保護絶縁膜１４上であって、ある所定の長さよりも短い一辺を有する領域内に形成され、金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下である領域をすべて覆うように形成する。当該樹脂膜１５は、ある所定の間隔以下に形成された金属配線１３ａの高さ方向及び横方向をそれぞれ略１μｍを覆うように形成されている。すなわち、樹脂膜１５は、金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下である領域に当該樹脂膜１５が形成される樹脂膜形成領域を有する。また、樹脂膜１５は、半導体基板１１の一端から他端に連続して当該樹脂膜１５が形成されない樹脂膜非形成領域を有する。そして、例えば、本実施の形態では、樹脂膜１５が形成される、ある所定の長さよりも短い一辺を有する領域を、金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下である領域とする。すなわち、金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下に形成されている領域にのみ樹脂膜１５を形成する。このことにより、樹脂膜１５が圧縮又は引っ張られる際の応力を低減することができ、半導体装置のチップクラックを防止することができる。特に、ＧａＡｓ等の化合物半導体からなる半導体基板１１を有する半導体装置の場合、化合物半導体は脆いため、樹脂膜１５の応力を考慮する必要がある。このため、金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下である領域のみを覆うように樹脂膜１５を形成することにより、樹脂膜１５の応力を低減することができ、チップクラックの発生を防止することができる。さらに、金属配線１３ａ上に形成されている保護絶縁膜１４の割れ等を防止し、金属配線１３ａ間のマイグレーションの発生を防止することができる。

この樹脂膜１５は、１０００μｍよりも短い一辺を有する領域内に形成することが好ましい。樹脂膜１５を、１０００μｍ以上の長さの一辺を有する領域に形成する場合、樹脂膜１５の応力によりチップクラックが発生する可能性が高い。このため、樹脂膜１５は、１０００μｍよりも短い一辺を有する領域内に形成することが好ましい。また、樹脂膜１５は、金属配線１３ａのある所定の間隔が略５０μｍ以下である金属配線１３ａを覆うように形成することが好ましい。そして、ある所定の間隔以下に形成された金属配線１３ａの電位差が２Ｖ以上の場合に、当該金属配線１３ａ上に樹脂膜１５を形成することが好ましい。これは、金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下である場合であって当該金属配線１３ａが所定の電位差を有する場合、この電位差により、金属が配線間を移動してマイグレーションが発生する場合があるためである。特に、配線間距離が略５０μｍ以下であって、２Ｖ以上の電位差を有する配線間においてマイグレーションの発生の可能性が高い。このため、配線間距離が略５０μｍ以下であって、２Ｖ以上の電位差を有する配線１３ａ上に樹脂膜１５を形成し、当該金属配線１３ａ上に形成されている保護絶縁膜１４の割れ等を防止することにより、マイグレーションの発生を防止することができる。また、上述したように、樹脂膜１５は、当該樹脂膜１５が形成されない樹脂膜非形成領域を有し、樹脂膜形成領域に形成されている樹脂膜１５は、ある所定の間隔以下に形成された金属配線１３ａ上に独立して形成されている。すなわち、樹脂膜形成領域はそれぞれ分離して形成されている。また、樹脂膜１５は、金属配線１３ａに沿って形成されていることが好ましい。この理由を以下に説明する。上述したように、樹脂膜１５が広範囲に亘って形成されている場合、樹脂膜１５の応力によりチップクラックが発生する場合があるため、樹脂膜１５が形成される樹脂膜形成領域を最低限に抑えることが好ましい。このため、樹脂膜形成領域に形成される樹脂膜１５は、金属配線１３ａに沿って形成することが好ましい。本実施の形態では、樹脂膜１５が形成される樹脂膜形成領域を金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下である領域のみとしたが、少なくとも金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下である領域をすべて覆う樹脂膜形成領域を形成する。この場合、基板の一端から他端に連続して形成される樹脂膜非形成領域が形成されればよく、樹脂膜形成領域を適宜可変させてもよい。なお、樹脂膜１５の材料は、例えば、東レ製ＰＷ−Ｎ６シリーズのポリイミド、又は住友ベークライト製ＣＲＣ８８００シリーズのポリベンゾオキサゾール等を用いる。

本実施の形態では、樹脂膜１５を、ある所定の長さよりも短い一辺を有する領域内に形成する。当該樹脂膜１５は金属配線１３ａの間隔がある所定の間隔以下である領域をすべて覆うように形成する。例えば、本実施の形態では、金属配線１３ａがある所定の間隔以下に形成されている領域にのみ樹脂膜１５を形成することにより、樹脂膜１５が圧縮する際の応力又は引っ張られる際の応力を低減することができる。これにより、半導体装置のチップクラックを防止することができる。特に、ＧａＡｓ又はＩｎＰ等の化合物半導体は脆いため、当該化合物半導体からなる半導体基板１１を有する半導体装置は、半導体装置に形成される樹脂膜１５による応力を考慮する必要性が高い。このため、ＧａＡｓ又はＩｎＰ等の化合物半導体からなる半導体基板１１を有する半導体装置において、本実施の形態の、金属配線１３ａがある所定の間隔以下に形成されている領域に樹脂膜１５を形成することにより、チップクラックの発生を防止することができる。また、ある所定の間隔以下に形成されている金属配線１３ａ上に樹脂膜１５を形成することにより、金属配線１３ａ上に形成されている保護絶縁膜１４の割れ等を防止し、金属配線１３ａ間のマイグレーションの発生を防止することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

（ａ）実施の形態１にかかる半導体装置を示す平面図である。 （ｂ）図１（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図である。 （ａ）従来の窒化膜が形成されている半導体装置の断面図である。 （ｂ）窒化膜の割れ及び剥れの様子を示す半導体装置の断面図である。 （ａ）窒化膜上に樹脂膜が形成された半導体装置の断面図である。 （ｂ）図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 チップ上に樹脂膜が形成された半導体装置の断面図である。

符号の説明

１１ 半導体基板
１２、９２ 層間絶縁膜
１３ａ、９３ａ 配線
１３ｂ、９３ｂ 電極パッド
１４、９４ 窒化膜
１４ａ チップ開口部
１５、９５、１０２ 樹脂膜
９１ 基板
９４ａ 電極パッド開口部
９５ａ 樹脂膜開口部
１００ マイグレーションにより移動した金属
１０１ 半導体装置
１０３ チップクラック

Claims (8)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成される層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜上に形成される金属配線と、
   前記金属配線上に形成される保護絶縁膜と、
   前記保護絶縁膜上であって、ある所定の長さよりも短い一辺を有する領域内に形成される樹脂膜とを備え、
   前記樹脂膜は、前記金属配線の間隔がある所定の間隔以下である領域をすべて覆っていることを特徴とする半導体装置。
2. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成される層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜上に形成される金属配線と、
   前記金属配線上に形成される保護絶縁膜と、
   前記保護絶縁膜上であって、ある所定の長さよりも短い一辺を有する領域内に形成される樹脂膜とを備え、
   前記樹脂膜は、印加される電位差がある所定の電位差以上である前記金属配線の間隔がある所定の間隔以下である領域をすべて覆っていることを特徴とする半導体装置。
3. 前記ある所定の電位差が２Ｖ以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体基板は、化合物半導体からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記化合物半導体は、ＧａＡｓ又はＩｎＰからなることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
6. 前記保護絶縁膜は、窒化珪素膜、酸化珪素膜、及び酸化窒化珪素膜のうちのひとつであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記ある所定の長さは１０００μｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記ある所定の間隔は５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。

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