JP2016171183A

JP2016171183A - 半導体集積回路

Info

Publication number: JP2016171183A
Application number: JP2015049429A
Authority: JP
Inventors: 実井田; Minoru Ida; 賢二栗島; Kenji Kurishima; 典秀柏尾; Norihide Kayao
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-09-23

Abstract

【課題】一段と耐湿性を向上させた半導体集積回路を提供できるようにする。【解決手段】基板（１）上に素子が集積された半導体集積回路（２０）において、前記基板（１）および前記素子の上に形成された有機絶縁膜からなる層間絶縁膜（５）と、前記層間絶縁膜（５）の上に形成された無機絶縁膜からなる表面保護膜（２２）とを備え、前記層間絶縁膜（５）の外縁の二辺が出会う部分は、平面視弧状に形成されているようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路に関し、特に、高い耐湿性が得られるように表面保護膜が形成された半導体集積回路に関する。

従来、半導体集積回路において、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁膜が層間絶縁膜に用いられてきた。これに対して、ＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた素子が集積された高速動作可能な半導体集積回路において、配線遅延を低減する目的で、より低い誘電率を持つポリイミドやベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）といった有機絶縁膜が層間絶縁膜に用いられている（例えば、特許文献１、２を参照。）。

しかしながら、有機絶縁膜は、誘電率が低いという優れた特性を持つ反面、従来から層間絶縁膜に用いられてきた酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁膜と比較すると、吸湿性、透水性が高く、耐湿性に劣る。

このため、有機絶縁膜を層間絶縁膜に用いた化合物半導体集積回路では、セラミックパッケージのような高価な気密封止実装が用いられることになり、これが低コスト化の大きな妨げとなっていた。

近年、超高速用途の化合物半導体集積回路においても、低コスト化の要求が高まっており、安価なプラスチックパッケージを採用することが要求されている。プラスチックパッケージを用いる場合には、パッケージで気密性を確保することができないため、半導体集積回路チップ自体で耐湿性を確保することが必須となる。

このような半導体集積回路チップ自体で耐湿性を確保する従来の化合物半導体集積回路においては、化合物半導体の基板の上に、耐湿性に劣る有機絶縁膜を用いた層間絶縁膜や配線、および、ボンディングパッドが形成されている。その層間絶縁膜や配線、および、ボンディングパッドが、殆ど水分を透過することのない窒化シリコン等の無機絶縁膜を用いた表面保護膜により被覆されている。

例えば、図４に示すように、基板１の上に形成された層間絶縁膜や配線は、殆ど水分を透過することのない窒化シリコン等の無機絶縁膜を用いた表面保護膜２によって被覆されている。

表面保護膜２は、層間絶縁膜の上面と側面、および、基板１の表面の一部の上に形成されており、層間絶縁膜や配線を全て被覆している。これにより半導体集積回路１０の耐湿性が確保されている（例えば、特許文献２を参照。）。また、表面保護膜２は、平面視矩形状であり、その四隅の外縁の二辺が出会う破線の円で囲まれた１１は、その外縁の二辺が９０度に交わる頂点を持つ角部となっている。以下、この部分１１を角部１１と呼ぶ。

なお、ボンディングパッド４は、ワイヤボンディングにより外部回路と接続されるため、このボンディングパッド４のパッド部分の中央部には表面保護膜２により被覆されていない露出部分が残されている。しかしながら、ボンディングパッド４については、金（Ａｕ）等の酸化されにくい金属で作製されているので、表面保護膜２により被覆されていない露出部分についてもその耐湿性は確保されている。

特開平１０−２２３８４号公報特開２００７−２５０８１４号公報

ところで、層間絶縁膜に無機絶縁膜を用いた従来の構造では、表面保護膜２の堆積により生じる残留応力は、表面保護膜２に堆積される層間絶縁膜や表面保護膜２が接触する接触面全体に分散される。

一方、層間絶縁膜に有機絶縁膜を用いた構造では、有機膜自体は無機膜と比較して容易に変形するため、無機絶縁膜の表面保護膜２の堆積により生じる残留応力は、結果的に表面保護膜２と基板１等との接触面に集中することになる。表面保護膜２と基板１とが接触している部分の中でも、特に、図４に示すように、表面保護膜２の角部１１には残留応力が集中し易い。

残留応力が集中し易い角部１１では、長期間使用された場合の破壊現象の一つとして、表面保護膜２の膜剥がれが生じ易くなり、その表面保護膜２が基板１から剥がれてしまうと、その角部１１から水分が浸入し、半導体集積回路１０自体の耐湿性が保てなくなるという問題があった。

そこで、本発明は、一段と耐湿性を向上させた半導体集積回路を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明では、基板（１）上に素子が集積された半導体集積回路（２０）において、前記基板（１）および前記素子の上に形成された有機絶縁膜からなる層間絶縁膜（５）と、前記層間絶縁膜（５）の上に形成された無機絶縁膜からなる表面保護膜（２２）とを備え、前記表面保護膜（２２）の外縁の二辺が出会う部分は、平面視弧状に形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、無機絶縁膜からなる表面保護膜（２２）の外縁の二辺が出会う部分が平面視弧状に形成されていることにより、表面保護膜（２２）の外縁の二辺が出会う部分に残留応力が集中しなくなるので、その部分から表面保護膜（２２）が剥がれることを抑制することができる。かくして、耐湿性に優れた無機絶縁膜からなる表面保護膜（２２）が剥がれないため、水分の浸入を防ぎ、半導体集積回路（２０）の耐湿性を確保することができる。

図１は、本発明の実施の形態における半導体集積回路をウェハ表面側から見た外観図である。図２は、本発明の実施の形態における半導体集積回路の断面構成を示す図１におけるＡ−Ｂ断面図である。図３は、本発明の実施の形態における半導体集積回路の断面構成を示す図１におけるＣ−Ｄ断面図である。図４は、従来の半導体集積回路をウェハ表面側から見た外観図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図３に示すように、本実施の形態に係る半導体集積回路２０は、半導体の基板１の上に、ポリイミドまたはＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を含む有機絶縁膜の層間絶縁膜５、金（Ａｕ）等の金属の配線７、および、ボンディングパッド４が形成されている。

基板１は、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）やＩｎＰ（リン化インジウム）等の化合物半導体基板である。ボンディングパッド４は、配線７と接続されている。なお、配線７は、単層、２層、３層、それ以上の多層構造でもよい。

この基板１の上面や、層間絶縁膜５の上面には、平面視矩形状の無機絶縁膜からなる表面保護膜２２が形成されている。表面保護膜２２は、殆ど水分を透過することのない窒化シリコン等を含んでおり、図２および図３に示すように、層間絶縁膜５の上面と側面、および、基板１の表面の一部の上に形成されている。

表面保護膜２２は、層間絶縁膜５、配線７を全て被覆しているが、外部回路とワイヤボンディングにより電気的に接続されるボンディングパッド４の中央部分だけには表面保護膜２２が被覆されていない。すなわち、表面保護膜２２は、ボンディングパッド４の外縁を被覆しているが（図３）、そのボンディングパッド４の外縁の内側にある中央部分は露出している。ただし、ボンディングパッド４は、その中央部分を含む表面が金（Ａｕ）等の酸化されにくい金属で作製されており、その耐湿性が確保されている。

このように、層間絶縁膜５は、外気に曝される部分が存在しないように、表面保護膜２２で完全に隙間なく覆われ、かつ、ボンディングパッド４についても耐湿性が確保されているので、半導体集積回路２０自体の耐湿性は十分に確保されている。

かかる構成に加えて、表面保護膜２２の外縁の二辺が出会う破線の円で囲まれた部分２３は、その外縁の二辺の出会う先が緩やかな曲線で繋がる平面視円弧状に形成されている。以下、この部分２３を円弧状部２３と呼ぶ。この図１では、１つの円弧状部２３だけが示されている。この場合の円弧状部２３は、その半径が５μｍ以上であることが望ましい。

これは、表面保護膜２２の厚さが５００ｎｍ程度の場合、円弧状部２３の半径が表面保護膜２２の同程度の５００ｎｍ程度の場合、残留応力の分散効果は期待できないが、それよりも一桁程度大きい半径であれば、残留応力の分散効果を十分に期待できると考えられるからである。

このように半導体集積回路２０は、表面保護膜２２の堆積により生じる残留応力が集中し易いと考えられる表面保護膜２２の外縁の二辺が出会う部分２３が円弧状部２３として形成されているので、表面保護膜２２の堆積により生じる残留応力が円弧状部２３に集中することを緩和することができる。

したがって、表面保護膜２２の円弧状部２３に残留応力が集中することが緩和されるため、表面保護膜２２の剥がれを抑制することができる。

かくして、表面保護膜２２が剥がれないため、半導体集積回路２０の耐湿性を確保することができる。このため、層間絶縁膜５に有機絶縁膜を用いた半導体集積回路２０において、高価なセラミックパッケージを適用することなく、安価なプラスチックパッケージの適用による低コスト化を実現することができる。

なお、上述した実施の形態においては、表面保護膜２２に円弧状部２３が形成されるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限るものではなく、外縁の二辺が出会う先が緩やかな曲線で繋がる形状であれば弧状部が形成されるようにしてもよい。

さらに、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、層間絶縁膜５が１つの構造としているが、これに限るものではなく、層間絶縁膜が複数の構造としてもよい。

１……基板、２、２２……表面保護膜、４……ボンディングパッド、５……層間絶縁膜、１１……部分、２３……円弧状部。

Claims

基板上に素子が集積された半導体集積回路において、
前記基板および前記素子の上に形成された有機絶縁膜からなる層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を被覆した状態に形成された無機絶縁膜からなる表面保護膜と
を備え、
前記表面保護膜の外縁の二辺が出会う部分は、平面視弧状に形成されている
ことを特徴とする半導体集積回路。
請求項１記載の半導体集積回路において、
前記表面保護膜は、窒化シリコンを含む
ことを特徴とする半導体集積回路。
請求項１または２記載の半導体集積回路において、
前記層間絶縁膜は、ベンゾシクロブテンまたはポリイミドを含む
ことを特徴とする半導体集積回路。