(57)【要約】【課題】ベンゾシクロブテンから構成された層間絶縁膜を備える半導体集積回路の耐湿性が、より向上できるようにする。【解決手段】半導体装置は、基板１０１を備え、基板１０１の上には、配線１０２,層間絶縁膜１０３，貫通配線１０４，配線１０５などが形成され、半導体集積回路１５１を構成している。また、この半導体装置は、半導体集積回路１５１を覆って形成された第１の保護膜１０６と、第１の保護膜１０６の上に形成された第２の保護膜１０７と、第２の保護膜１０７の上に形成された第３の保護膜１０８とを備える。層間絶縁膜１０３は、ベンゾシクロブテンから構成されている。また、第１の保護膜１０６は、窒化シリコンから構成され、第２の保護膜１０７は、ベンゾシクロブテンよりも小さな透水性の有機材料から構成され、第３の保護膜１０８は、無機材料から構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された化合物半導体による複数の素子、配線、およびベンゾシクロブテンから構成された層間絶縁膜を備える半導体集積回路と、
窒化シリコンから構成されて前記半導体集積回路を覆って形成された第１の保護膜と、
ベンゾシクロブテンよりも小さな透水性の有機材料から構成されて前記第１の保護膜の上に形成された第２の保護膜と、
無機材料から構成されて前記第２の保護膜の上に形成された第３の保護膜と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第２の保護膜は、ポリイミドもしくはポリベンゾオキサゾールから構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体装置において、
前記第３の保護膜は、窒化シリコンから構成されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体を用いた半導体集積回路を備える半導体装置に関し、特に、耐湿性が得られるように保護膜が形成された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、より速い演算、より高い周波数発振のために、より高速動作可能なトランジスタが求められている。この要求に対し、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓなどの化合物半導体が用いられている。化合物半導体を用いることで、組成や組成比の変更により、高速動作を可能とするヘテロ構造を備えるトランジスタが容易に作製できる。
【０００３】
上述したような化合物半導体を用いた素子を集積した半導体集積回路では、高速動作という特徴を阻害しないためなど、配線遅延を低減する目的で、より低誘電率の材料を層間絶縁膜などに用いるようにしている。例えば、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（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、上述したような有機絶縁膜は、誘電率が低いという優れた特性をもつ反面、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、吸湿性が高く、また透水性も高いため、層間絶縁膜に用いた場合、良好な耐湿性が得られにくい。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。
【０００５】
しかし、近年、超高速用途の化合物半導体集積回路においても、低コスト化への要求が高まってきており、安価なプラスチックパッケージの適用が要求されるようになってきている。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、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。
【０００６】
例えば、層間絶縁膜に有機膜を用いた化合物半導体集積回路において、耐湿性を確保するためには、図２に示すように、水分の侵入を阻止する目的で、ほとんど水を透過しない窒化シリコン等の無機材料による保護膜２０６を形成するのが一般的である（特許文献２参照）。
【０００７】
この半導体集積回路は、まず、トランジスタなどの能動素子（不図示）や抵抗，キャパシタなどの受動素子（不図示）などが形成された化合物半導体の基板２０１の上に、配線２０２が形成され、配線２０２を覆って層間絶縁膜２０３が形成されている。また、層間絶縁膜２０３を貫通して配線２０２に接続する貫通配線２０４が形成され、貫通配線２０４に接続して層間絶縁膜２０３の上に形成された配線２０５が形成され、配線２０５を覆って層間絶縁膜２０３の上に形成された保護膜２０６を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−０２２３８４号公報
【特許文献２】特開２００７−２５０８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、窒化シリコン等の無機材料による保護膜は、以下に説明するように、亀裂の発生が懸念されるという問題がある。化合物半導体集積回路では、高速化・高機能化のための集積化が進み、最上層の配線の間隔がより狭くなっている。このような状態において、温度変化に伴う配線の膨張・収縮により、保護膜に亀裂が発生する危険がある。
【００１０】
このように保護膜に亀裂が入り、水分が侵入可能な状態となると、有機材料から層間絶縁膜が構成されている場合、水分の侵入を防ぐことができない。特に、透水性が大きいベンゾシクロブテンから層間絶縁膜を構成している場合には、集積回路内を短時間で水分が拡散してしまう。ベンゾシクロブテンよりも透水性が小さいポリイミドやポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等を層間絶縁膜に用いれば、水分の拡散速度を抑制することは可能であるが、ベンゾシクロブテンと比較して誘電率が高いため、配線遅延時間が増大してしまう。
【００１１】
特に、超高速用途の化合物半導体集積回路では、層間絶縁膜として誘電率が低いベンゾシクロブテンを用いることは必須となるため、層間絶縁膜としてベンゾシクロブテンを用いた場合でも、耐湿性が確実に得られる構造が必要となってきている。
【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、ベンゾシクロブテンから構成された層間絶縁膜を備える半導体集積回路の耐湿性が、より向上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】
本発明に係る半導体装置は、基板の上に形成された化合物半導体による複数の素子、配線、およびベンゾシクロブテンから構成された層間絶縁膜を備える半導体集積回路と、窒化シリコンから構成されて半導体集積回路を覆って形成された第１の保護膜と、ベンゾシクロブテンよりも小さな透水性の有機材料から構成されて第１の保護膜の上に形成された第２の保護膜と、無機材料から構成されて第２の保護膜の上に形成された第３の保護膜とを備える。
【００１４】
上記半導体装置において、第２の保護膜は、ポリイミドもしくはポリベンゾオキサゾールから構成されていればよい。また、第３の保護膜は、窒化シリコンから構成されているとよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したことにより、本発明によれば、ベンゾシクロブテンから構成された層間絶縁膜を備える半導体集積回路の耐湿性が、より向上できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における半導体装置の一部構成を示す断面図である。
【図２】図２は、化合物半導体を用いた半導体集積回路の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における半導体装置の一部構成を示す断面図である。
【００１８】
この半導体装置は、基板１０１を備え、基板１０１の上には、配線１０２,層間絶縁膜１０３，貫通配線１０４，配線１０５などが形成され、半導体集積回路１５１を構成している。貫通配線１０４は、層間絶縁膜１０３を貫通し、配線１０２と配線１０５とを接続する。配線１０２，貫通配線１４，配線１０５は、例えばＡｕから構成されている。また、基板１０１の上には、図示しない化合物半導体による複数の素子を備え、これら素子が配線１０２，貫通配線１０４，配線１０５により接続されて集積回路を構成している。素子は、トランジスタなどの能動素子や抵抗，キャパシタなどの受動素子である。なお、基板１０１は、素子を構成している化合物半導体と同系の半導体から構成されていればよい。
【００１９】
また、この半導体装置は、半導体集積回路１５１を覆って形成された第１の保護膜１０６と、第１の保護膜１０６の上に形成された第２の保護膜１０７と、第２の保護膜１０７の上に形成された第３の保護膜１０８とを備える。
【００２０】
ここで、層間絶縁膜１０３は、ベンゾシクロブテンから構成されている。また、第１の保護膜１０６は、窒化シリコンから構成され、第２の保護膜１０７は、ベンゾシクロブテンよりも小さな透水性の有機材料から構成され、第３の保護膜１０８は、無機材料から構成されている。例えば、第２の保護膜１０７は、ポリイミドもしくはポリベンゾオキサゾールから構成すればよい。これらは、ベンゾシクロブテンよりも小さな透水性の有機材料である。また、第３の保護膜１０８は、窒化シリコンから構成すればよい。なお、第３の保護膜１０８は、窒化シリコンに限らず、他の無機絶縁材料から構成してもよい。
【００２１】
上述した実施の形態によれば、温度変化に伴う配線１０５の膨張・収縮などにより、第１の保護膜１０６に亀裂が発生しても、第２の保護膜１０７および第３の保護膜１０８が存在しているため、これらが形成されていない構成に比較して耐湿性を大幅に改善することができる。
【００２２】
まず、第２の保護膜１０７の存在により、第３の保護膜１０８を超えて侵入した水分を、この膜で吸収させることができる。また、第２の保護膜１０７は、ベンゾシクロブテンに比較して透水性の低い有機材料から構成しているので、この膜より下へ水分が侵入していく時間を遅らせることができる。
【００２３】
また、例えば、第３の保護膜１０８を窒化シリコンより構成すれば、この層で水分の侵入が防止できる。第３の保護膜１０８は、第２の保護膜１０７の上に形成しているため、配線１０５より離れた状態であり、温度変化に伴う配線１０５の膨張・収縮などが発生しても、亀裂が発生しにくい状態となっている。また、第３の保護膜１０８に亀裂が発生したとしても、上述したように、第２の保護膜１０７によって水分の侵入が抑制できる。
【００２４】
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。例えば、上述では、層間絶縁膜が１つの２層配線構造としているが、これに限るものではなく、複数の層間絶縁膜を用いた配線層が３層以上の多層配線構造としてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１０１…基板、１０２…配線、１０３…層間絶縁膜、１０４…貫通配線、１０５…配線、１０６…第１の保護膜、１０７…第２の保護膜、１０８…第３の保護膜、１５１…半導体集積回路。
【図１】
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【図２】
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