(57)【要約】【課題】高速性能の劣化が抑制された状態で、ボンディングパッドにおける水分の侵入が抑制できるようにする。【解決手段】基板１０１の上には、無機材料からなる第１保護膜１０４、有機材料からなる第２保護膜１０５、無機材料からなる第３保護膜１０６が形成されている。ボンディングパッド１０３のボンディング領域１２１においては、第１保護膜１０４、第２保護膜１０５、および第３保護膜１０６が開口し、ボンディングパッド１０３の表面が露出している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体から構成された基板と、
前記基板の上に形成された化合物半導体からなる素子を備える回路素子形成領域と、
前記基板の上に形成されて前記回路素子形成領域に接続するボンディングパッドと、
前記ボンディングパッドの周縁部を覆って前記ボンディングパッドの周縁部に接して形成された無機材料からなる第１保護膜と、
前記第１保護膜の上に接して形成された有機材料からなる第２保護膜と、
前記第２保護膜の上に接して前記第２保護膜を被覆するとともに前記ボンディングパッドの周縁部で前記第１保護膜の上に接して形成され、かつ前記回路素子形成領域を覆って形成された無機材料からなる第３保護膜と
を備えることを特徴とする化合物半導体集積回路。
【請求項２】
請求項１記載の化合物半導体集積回路において、
前記第１保護膜の厚さは１００ｎｍ以下とされていることを特徴とする化合物半導体集積回路。
【請求項３】
請求項１または２記載の化合物半導体集積回路において、
前記第１保護膜および前記第３保護膜は、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンの膜から構成されていることを特徴とする化合物半導体集積回路。
【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備える化合物半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体を用いた高速に動作する集積回路で用いられる絶縁膜には、配線遅延を低減する目的で、低誘電率の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よく用いられる。しかし、酸化シリコンや窒化シリコンなどの無機絶縁膜と比べて、有機絶縁膜は吸湿性・透水性が高く、良好な耐湿性が得られにくい。このため、有機絶縁膜を用いた集積回路では、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が多く、このことが低コスト化の大きな妨げとなっていた。
【０００３】
これに対し、近年、化合物半導体を用いた超高速用途の集積回路においても、低コスト化への要求が高まり、安価なプラスチックパッケージの適用が課題となってきている。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、集積回路のチップ自体で耐湿性を確保することが必須となる。
【０００４】
有機材料からなる絶縁膜を用いる場合、耐湿性を確保するためには、ほとんど水を透過しない窒化シリコンなどの無機材料による絶縁保護膜により、ボンディングパッド部以外の部分を覆う構成が一般的である。この構成例について、図３を用いて説明する。まず、化合物半導体から構成された集積回路の周縁部に、ボンディングパッド２０２が形成されている。また、基板２０１の上には、有機材料からなる有機絶縁保護膜２０３が形成され、有機絶縁保護膜２０３の上には、無機材料からなる無機絶縁保護膜２０４が形成されている。ボンディングパッド２０２は、金属配線２１１により、図示していない回路素子形成領域に接続している。
【０００５】
また、ボンディングパッド２０２のボンディング領域２１２においては、有機絶縁保護膜２０３および無機絶縁保護膜２０４が開口し、ボンディングパッド２０２の表面が露出している。この例では、有機絶縁保護膜２０３が、ボンディングパッド２０２の周縁部を覆ってボンディングパッド２０２の周縁部に接して形成されている。また、無機絶縁保護膜２０４は、有機絶縁保護膜２０３を被覆するとともに、ボンディングパッド２０２の周縁部に接して形成されている。金属配線２１１の上には、有機材料からなる有機絶縁保護膜２０３が接して形成された状態となる。なお、ボンディングパッド２０２は、ワイヤボンディングにより外部回路と接続する必要があるため、金（Ａｕ）などの酸化されにくい金属で作製することにより耐湿性は確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許５２７１２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した集積回路において、ボンディングパッドは配線と同様にＡｕで形成されることが多いが、一般に、窒化シリコンなどの無機材料とＡｕとの間では、良好な密着性が得られにくいことが知られている。ボンディングパッドと無機絶縁保護膜との間で充分な密着性が得られないと、密着性が不十分な部分から水分が侵入してしまう。一度、無機絶縁保護膜の内側に水分が侵入してしまうと、内部にある有機絶縁膜は透水性が高いため、水分は容易に回路素子形成領域にも到達し、充分な耐湿性が確保できないという問題が生じる。
【０００８】
安定して良好な密着性を得るには、ボンディングパッドを形成した直後に、続けて無機絶縁保護膜を形成することにより、密着面においてコンタミネーションが生じるのを極力抑制することが望ましい。しかしながら、ボンディングパッドを形成した直後に無機絶縁保護膜を堆積すると、金属配線の上にも直接接して無機絶縁保護膜が堆積されることになる。
【０００９】
金などによる金属配線は熱膨張係数が大きいため、温度変化によって容易に膨張・収縮するが、窒化シリコンなどによる無機絶縁保護膜が金属配線の上に接して堆積されていると、金属配線が膨張・収縮する際に無機絶縁保護膜に容易に亀裂が生じてしまう。亀裂が生じるとその部分から水分が内部に侵入してしまうため、耐湿性を保つことができなくなる（特許文献１参照）。
【００１０】
また、無機絶縁保護膜は誘電率が高いため、金属配線に接して形成すると、配線遅延時間が増大してしまうという問題も生じる。特に超高速動作用の化合物半導体による集積回路においては、配線遅延時間は極力小さくする必要がある。このため、金属配線上には、誘電率が低い有機絶縁膜を形成し、有機絶縁膜を介することで、ある程度金属配線と離れた状態で無機絶縁保護膜を形成することが望ましい。
【００１１】
しかしながら、有機絶縁膜を形成すると、ボンディングパッド表面には有機絶縁膜の形成工程にともなうコンタミネーションが生じる。このため、無機絶縁保護膜の形成時には、ボンディングパッド表面に上述したコンタミネーションが存在し、これが、無機絶縁保護膜とボンディングパッドとの密着性低下の一因となっている。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、高速性能の劣化が抑制された状態で、ボンディングパッドにおける水分の侵入が抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る化合物半導体集積回路は、化合物半導体から構成された基板と、基板の上に形成された化合物半導体からなる素子を備える回路素子形成領域と、基板の上に形成されて回路素子形成領域に接続するボンディングパッドと、ボンディングパッドの周縁部を覆ってボンディングパッドの周縁部に接して形成された無機材料からなる第１保護膜と、第１保護膜の上に接して形成された有機材料からなる第２保護膜と、第２保護膜の上に接して第２保護膜を被覆するとともにボンディングパッドの周縁部で第１保護膜の上に接して形成され、かつ回路素子形成領域を覆って形成された無機材料からなる第３保護膜とを備える。
【００１４】
上記化合物半導体集積回路において、第１保護膜の厚さは１００ｎｍ以下とされているとよい。
【００１５】
上記化合物半導体集積回路において、第１保護膜および第３保護膜は、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンの膜から構成されていればよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、無機材料からなる第１保護膜を形成し、この上に、有機材料からなる第２保護膜を介して無機材料からなる第３保護膜を形成するようにしたので、高速性能の劣化が抑制された状態で、ボンディングパッドにおける水分の侵入が抑制できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における化合物半導体集積回路の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態における化合物半導体集積回路の製造途中における一部構成を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態における化合物半導体集積回路の製造途中における一部構成を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施の形態における化合物半導体集積回路の製造途中における一部構成を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の実施の形態における化合物半導体集積回路の製造途中における一部構成を示す断面図である。
【図３】図３は、ボンディングパッドを備える化合物半導体集積回路の一部構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態における化合物半導体集積回路について図１を参照して説明する。この化合物半導体集積回路は、まず、化合物半導体から構成された基板１０１を備え、基板１０１の上には、化合物半導体からなる素子を備える回路素子形成領域（不図示）が形成されている。回路素子形成領域には、例えば、化合物半導体によるトランジスタ、薄膜抵抗、ＭＩＭキャパシタ、金属配線、層間絶縁膜などから構成されている。また、基板１０１の上には、回路素子形成領域に接続するボンディングパッド１０３が形成されている。ボンディングパッド１０３は、金属配線１１１により回路素子形成領域に電気的に接続している。金属配線１１１は、所謂多層配線構造とされていてもよい。
【００１９】
また、基板１０１の上には、第１保護膜１０４、第２保護膜１０５、第３保護膜１０６が形成されている。ボンディングパッド１０３のボンディング領域１２１においては、第１保護膜１０４、第２保護膜１０５、および第３保護膜１０６が開口し、ボンディングパッド１０３の表面が露出している。
【００２０】
ここで、第１保護膜１０４は、無機材料から構成され、ボンディングパッド１０３の周縁部を覆ってボンディングパッド１０３の周縁部に接して形成されている。金属配線１１１の上には、第１保護膜１０４が接して形成された状態となる。
【００２１】
また、第２保護膜１０５は、有機材料から構成され、第１保護膜１０４の上に接して形成されている。第２保護膜１０５は、例えば、ポリイミドやベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）から構成されていればよい。第２保護膜１０５は、ボンディングパッド１０３および金属配線１１１には接触することなく形成されている。
【００２２】
また、第３保護膜１０６は、無機材料から構成され、第２保護膜１０５の上に接して第２保護膜１０５を被覆するとともにボンディングパッド１０３の周縁部で第１保護膜１０４の上に接して形成されている。また、第３保護膜１０６は、回路素子形成領域を覆って形成されている。
【００２３】
例えば、第１保護膜１０４および第３保護膜１０５は、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンの膜から構成されていればよい。
【００２４】
上述したように、実施の形態によれば、ボンディングパッド１０３に接して形成されているのは、無機材料による第１保護膜１０４であり、これらの接触領域における第１保護膜１０４とボンディングパッド１０３との間には、有機材料によるコンタミネーションが存在することがない。このため、ボンディングパッド１０３と第１保護膜１０４との間には、良好な密着性が確保されている。
【００２５】
また、実施の形態によれば、第１保護膜１０４の上に、無機材料からなる第３保護膜１０６を備えているので、水の侵入抑制には、第３保護膜１０６を厚く形成すればよく、第１保護膜１０４は、可能な範囲で薄くすることができる。この結果、配線遅延時間への影響が抑制できる。例えば、第１保護膜１０４の厚さは、１００ｎｍ以下とすれば、要求される高速性能が充分に得られるものとなる。また例えば、温度変化により金属配線１１１が膨張・収縮しても、第１保護膜１０４における亀裂の発生が抑制できる。
【００２６】
また、厚く形成する第３保護膜１０６は、有機材料からなる第２保護膜１０５を介して形成されるので、金属配線１１１から離して配置することが可能となり、速度性能の劣化が抑制できる。
【００２７】
以上に説明したように、実施の形態によれば、第１保護膜１０４は、配線遅延時間への影響はほとんどない程度まで薄くし、第３保護膜１０６は、水の侵入を充分に抑制できるように充分に厚くすることができる。この結果、高速性能の劣化を招くことなく水分が回路内部へ侵入するのを防ぐことが可能となり、集積回路チップ自体での耐湿性を確保することができるため、プラスチックパッケージの適用による低コスト化が可能となる。
【００２８】
次に、上述した実施の形態における化合物半導体集積回路の製造方法例について、図２Ａ〜図２Ｄを用いて説明する。
【００２９】
まず、図２Ａに示すように、化合物半導体からなる素子が形成されている基板１０１の上に、金属配線１１１に接続するボンディングパッド１０３を形成する。例えば、公知の電解めっき法などにより、金属配線１１１およびボンディングパッド１０３を形成すればよい。
【００３０】
次いで、基板１０１の上に、金属配線１１１およびボンディングパッド１０３を覆って第１保護膜１０４を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法など公知の堆積法により、窒化シリコンや酸窒化シリコンなどの無機絶縁材料を、基板１０１の全域に堆積することで、第１保護膜１０４を形成すればよい。ボンディングパッド１０３を形成した直後に第１保護膜１０４が形成されるので、これらの間の界面には、有機物などのコンタミネーションはほとんど無く良好な密着性が確保される。
【００３１】
次に、図２Ｂに示すように、第２保護膜１０５を形成する。第２保護膜１０５は、ボンディング領域を含む領域が開口した開口部１２２が形成された状態とする。例えば、ポリイミドやＢＣＢなどの有機材料を、スピンコートなどの塗布法により基板１０１の上に塗布して塗布膜を形成する。次に、形成した塗布膜をパターニングすることで、第２保護膜１０５を形成する。
【００３２】
例えば、塗布膜を加熱して硬化した後、塗布膜の上に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いてフォトレジストによるマスクパターンを形成し、次いで、反応性イオンエッチングなどによりマスクパターンをマスクとして塗布膜を選択的に除去することで、開口部１２２を備える第２保護膜１０５が形成できる。
【００３３】
また、感光性を有する有機材料を用いれば、ステッパーなどを用いたフォトリソグラフィー技術により塗布膜をパターニングすることで、開口部１２２を備える第２保護膜１０５が形成できる。この場合、塗布膜をパターニングした後で、加熱などにより第２保護膜１０５を硬化させる。
【００３４】
次に、図２Ｃに示すように、基板１０１の上に、第１保護膜１０４、第２保護膜１０５など覆って第３保護膜１０６を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法など公知の堆積法により、窒化シリコンや酸窒化シリコンなどの無機絶縁材料を堆積することで、第３保護膜１０６を形成すればよい。第３保護膜１０６は、充分な耐湿性が得られるように、厚さ５００ｎｍ以上に形成するとよい。
【００３５】
ここで、例えば、有機材料からなる第２保護膜１０５の開口部１２２における第１保護膜１０４の表面には、第２保護膜１０５の形成時に発生したコンタミネーションが生じている。従って、第３保護膜１０６の形成では、開口部１２２などにおける第１保護膜１０４との間に、コンタミネーションが存在することになる。しかしながら、無機絶縁材料同志では、コンタミネーションなどが存在していても良好な密着性が得られやすい。従って、開口部１２２などにおける第１保護膜１０４と第３保護膜１０６との間での密着性に関しての問題は生じない。
【００３６】
次に、図２Ｄに示すように、まず、公知のフォトリソグラフィー技術により、ボンディング領域１２１やスクライブラインなどが配置される周辺領域１２３に開口を備えるマスクパターン１３１を形成する。次いで、マスクパターン１３１をマスクとして第３保護膜１０６および第１保護膜１０４を選択的にエッチングし、ボンディング領域１２１のボンディングパッド１０３の表面を露出させ、周辺領域１２３の基板１０１を露出させる。この後、マスクパターン１３１を除去することで、図１を用いて説明した実施の形態における化合物半導体集積回路が得られる。
【００３７】
次に、上述した化合物半導体集積回路に対して実施した耐湿試験の結果について説明する。この試験では、耐湿性の改善効果を確認するために、実施の形態における化合物半導体集積回路と、図３を用いて説明した従来の化合物半導体集積回路とを試験対象とした。試験条件は環境温度８５℃、湿度８５％の中での１６００時間の保管試験とした。また、サンプル数は、それぞれ１５０個とした。
【００３８】
上述した試験の結果、従来の化合物半導体集積回路では、試験後の光学顕微鏡観察で、窒化シリコンによる無機絶縁保護膜のボンディングパッドからの膜の浮き上がりが３９サンプルで確認された。一方、実施の形態における化合物半導体集積回路では、試験後の光学顕微鏡観察で、第１保護膜１０４、第３保護膜１０６のボンディングパッド１０３からの浮き上がりは全く観測されず、本発明における効果が確認された。
【００３９】
以上に説明したように、本発明によれば、無機材料からなる第１保護膜、有機材料からなる第２保護膜、無機材料からなる第３保護膜を用いるようにしたので、高速性能の劣化が抑制された状態で、ボンディングパッドにおける水分の侵入が抑制できるようになる。
【００４０】
なお、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。
【符号の説明】
【００４１】
１０１…基板、１０３…ボンディングパッド、１０４…第１保護膜、１０５…第２保護膜、１０６…第３保護膜、１１１…金属配線、１２１…ボンディング領域。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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