(57)【要約】      （修正有）【課題】アルミニウムワイヤをアルミニウム膜に超音波接合で固着する場合、その接合強度および接合の長期信頼性を向上させることができる半導体装置およびその製造製法を提供する。【解決手段】シリコン基板１上に選択的に酸化膜５を形成し、その上にアルミニウム膜６を形成することで、アルミニウム膜６の面方位を部分的に（１００）面に配向させ、［１００］方位に配向しているアルミニウムワイヤ８をこのアルミニウム膜６に超音波接合で固着することで、接合面９の面方位が（１００）面のアルミニウムワイヤ８と部分的に面方位が（１００）面となっているアルミニウム膜６をホモエピタキシャル接合させることで、接合強度および接合の信頼性を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に選択的に形成された酸化膜と、該酸化膜上と前記半導体基板上および前記酸化膜と前記半導体基板との境界上とを覆って形成されたアルミニウム膜と、少なくとも前記境界上の前記アルミニウム膜に固着するアルミニウムワイヤとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記アルミニウム膜が、Ａｌ−０．１重量％Ｓｉ〜Ａｌ−３重量％Ａｌのアルミニウム合金であり、前記アルミニウムワイヤが純アルミニウムであ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】
前記半導体基板がシリコン基板であり、前記酸化膜が前記シリコン基板の（１００）面上に選択的に形成され、前記酸化膜と該酸化膜が形成されない前記シリコン基板との境界上に形成された前記アルミニウム膜の面方位が部分的に（１００）面であり、該（１００）面の前記アルミニウム膜に、接合面の面方位が（１００）面を含む前記アルミニウムワイヤを固着することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記アルミニウム膜の面方位が、前記境界を跨ぐ領域以外の前記酸化膜上では（１１０）であり、前記境界を跨ぐ領域以外の前記シリコン基板上では（１１１）であ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】
前記酸化膜が、多数の島状もしくはストライプ状に形成されることを特徴とする請求項１または４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
面方位が（１００）面のシリコン基板上に選択的に酸化膜を形成する工程と、該酸化膜上と前記シリコン基板上にアルミニウム膜を形成する工程と、前記酸化膜と該酸化膜が形成されない前記シリコン基板の境界近傍上の面方位が部分的に（１００）面の前記アルミニウム膜に超音波接合することで接合面の面方位が（１００）を含むとなるアルミニウムワイヤを固着する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記酸化膜が熱酸化法もしくはＣＶＤ法で形成され、前記アルミニウム膜がスパッタ法もしくは蒸着法で形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、半導体チップに形成されたアルミニウム膜にアルミニウムワイヤを超音波接合で固着した半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、アルミニウムの結晶格子の図である。アルミニウムは面心立方格子であり、図６では本発明に関係のある［１００］方位、［０１０］方位、［００１］方位および（１００）面が結晶の方位と面方位として示されている。
図７は、アルミニウムワイヤの方位を示す図であり、同図（ａ）は細線加工の様子を示した図、同図（ｂ）はアルミニウムワイヤの方位を示した図である。アルミニウム配線材２１を円形の貫通孔２３のある加工治具２２を通し細線加工してアルミニウムワイヤ８にすると、線引き方向（長手方向）にアルミニウムワイヤ８を概ね［００１］方位に配向させることができる。一方、線径方向の方位はランダムに配向される。
【０００３】
図８は、アルミニウム膜の方位を示す図であり、同図（ａ）はシリコン基板上に形成したアルミニウム膜の場合であり、同図（ｂ）はシリコン基板上の酸化膜上に形成したアルミニウム膜の場合である。
単結晶シリコンで面方位が（１００）面のウェハ上に形成されるアルミニウム膜６ａの面方位は同図（ａ）で示すように（１１０）面に配向する。また、酸化膜５上に形成されるアルミニウム膜６ｂの面方位は同図（ｂ）で示すように（１１１）面に配向する。
【０００４】
図９は、シリコン基板上の酸化膜上に形成したアルミニウム膜にアルミニウムワイヤを超音波接合で固着した図である。図９では固着したアルミニウムワイヤ８とアルミニウム膜６を便宜的に離して示した。
長手方向に概ね［００１］方位となったアルミニウムワイヤ８をアルミニウム膜６に超音波接合でボンディングすると、アルミニウムワイヤ８の接合面はアルミニウムワイヤの長手方向に対して垂直方向に概ね［０１０］方位に配向することを、後方散乱電子回折法（ＥＢＳＤ法）による結晶方位の調査で見出した。これは下地の影響を受けずシリコン基板１上に形成したアルミニウム膜６で下地がニッケルなどの金属の場合でも同様のことが起こる。
【０００５】
前記したように、アルミニウムワイヤ８の接合面は概ね［００１］方位と概ね［０１０］方位を有することになり、従って、アルミニウムワイヤ８の接合面に対して垂直方向は概ね［１００］方位となる。つまり、アルミニウムワイヤ８の接合面の面方位は概ね（１００）面となる。また、図示しないがシリコン基板１上に酸化膜５を介在させずに直接形成したアルミニウム膜６の場合もアルミニウムワイヤの接合面の面方位は概ね（１００）面となる。
【０００６】
従って、アルミニウムワイヤ８をアルミニウム膜６に超音波接合で固着する場合、接合面の面方位が部分的に（１００）面になっているアルミニウムワイヤ８を概ね（１１０）面のアルミニウム膜６ａまたは概ね（１１１）面のアルミニウム膜６ｂに超音波接合することになり、アルミニウムワイヤ８とアルミニウム膜６の接合面の面方位は合致しないことになる。
【０００７】
また、特許文献１において、高密度実装、低温接続などを実現するために、ボール接合部での良好な真円性を高めたり、接合強度を上昇したりできる、半導体素子用ボンディングワイヤを供給できる方法が開示されている。それは、端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、ワイヤ長手方向に垂直な該ボール部の断面の結晶粒組織、あるいは、基板表面と水平方向のボール接合断面の結晶粒組織において、［１１１］方位、［１００］方位などの結晶方位を制御した半導体装置用ボンディングワイヤとすることで達成できる。
【特許文献１】特開２００５−２６８７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記のように接合面の面方位が合致しない場合には、超音波接合時に、アルミニウム膜側の接合面での結晶は再配列する。例えば、弱い超音波エネルギーではもとの結晶面を保って弱く結合する。これは不整合な接合となるため接合力を弱める。
また、強い超音波エネルギーでは、接合するアルミニウムワイヤとアルミニウム膜の両接合面では、同一結晶体となって結晶体は粗大化し、接合面の歪が大きくなり接合力を弱める。つまり、いずれの場合も接合強度および接合の長期信頼性を低下させる。
【０００９】
また、前記特許文献１では、シリコン基板に選択的に酸化膜を形成した場合、酸化膜と酸化膜が形成されないシリコン基板の境界近傍上のアルミニウム膜の面方位が（１００）面になることは記載されていない。また、アルミニウムワイヤをアルミニウム膜に超音波接合するとアルミニウムワイヤの接合面の面方位が（１００）面になることに関しても記載されていない。また、アルミニウムワイヤとアルミニウム膜の接合において、互いの接合面の面方位を（１００）に合わせてホモエピタキシャル接合することに関係する記述はない。
【００１０】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、アルミニウムワイヤをアルミニウム膜に超音波接合で固着する場合、その接合強度および接合の長期信頼性を向上させることができる半導体装置およびその製造製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１記載の発明によれば、半導体基板上に選択的に形成された酸化膜と、該酸化膜上と前記半導体基板上および前記酸化膜と前記半導体基板との境界上とを覆って形成されたアルミニウム膜と、少なくとも前記境界上の前記アルミニウム膜に固着するアルミニウムワイヤとを有する半導体装置とする。
また、特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記アルミニウム膜が、Ａｌ−０．１重量％Ｓｉ〜Ａｌ−３重量％Ａｌのアルミニウム合金であり、前記アルミニウムワイヤが純アルミニウムである半導体装置とする。
【００１２】
また、特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明において、前記半導体基板がシリコン基板であり、前記酸化膜が前記シリコン基板の（１００）面上に選択的に形成され、前記酸化膜と該酸化膜が形成されない前記シリコン基板との境界上に形成された前記アルミニウム膜の面方位が部分的に（１００）面であり、該（１００）面の前記アルミニウム膜に、接合面の面方位が（１００）面を含む前記アルミニウムワイヤを固着する半導体装置とする。
【００１３】
ここで、前記アルミニウムワイヤの接合面における（１００）面は、前記アルミニウム膜の（１００）面と前記アルミニウムワイヤの接合面における（１００）面との接合面積が多いほど両者の接合は強固となる。
また、特許請求の範囲の請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明において、前記アルミニウム膜の面方位が、前記境界を跨ぐ領域以外の前記酸化膜上では（１１０）であり、前記境界を跨ぐ領域以外の前記シリコン基板上では（１１１）である半導体装置とする。
また、特許請求の範囲の請求項５記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記酸化膜が、多数の島状もしくはストライプ状に形成される半導体装置とする。
【００１４】
また、特許請求の範囲の請求項６記載の発明によれば、面方位が（１００）面のシリコン基板上に選択的に酸化膜を形成する工程と、該酸化膜上と前記シリコン基板上にアルミニウム膜を形成する工程と、前記酸化膜と該酸化膜が形成されない前記シリコン基板の境界近傍上の面方位が部分的に（１００）面の前記アルミニウム膜に超音波接合することで接合面の面方位が（１００）を含みアルミニウムワイヤを固着する工程と、を有する半導体装置の製造方法とする。
【００１５】
また、特許請求の範囲の請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の発明において、前記酸化膜を熱酸化法もしくはＣＶＤ法で形成し、前記アルミニウム膜をスパッタ法もしくは蒸着法で形成する半導体装置の製造方法とする。
図５は、シリコン基板上にストライプ状の酸化膜を形成し、全面上にアルミニウム膜を形成した模式図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。ここでは、酸化膜５を形成したシリコン基板１の面方位は(１００)面である。また、結晶方位の調査はＥＢＳＤ法で行なった。
【００１６】
前記したように、シリコン基板１上のアルミニウム膜６ａの面方位は（１１０）面であり、酸化膜５上のアルミニウム膜６ｂの面方位は（１１１）面である。
また、シリコン基板１と酸化膜５の境界を跨ぐ領域（シリコン基板１と酸化膜５の境界近傍上）では部分的にアルミニウム膜６ｃの面方位は（１００）面になることを見出した。図５では単純化するために境界近傍全域で（１００）面となっている図を示したが実際は部分的に（１００）面が形成されている。
【００１７】
この（１００）面が発生するメカニズムは明確には判っていないが、（１１１）面のアルミニウム膜６ｂと（１１０）面のアルミニウム膜６ａの境界にかかる応力などが関係して（１００）面のアルミニウム膜６ｃが現れるものと推定される。
前記のことから、アルミニウム膜６とその上に接合するアルミニウムワイヤ８の接合面の面方位を超音波接合で（１００）面に合わせて固着できる。接合面の面方位を合わせることでホモエピタキシャル接合ができて、従来の不整合な面同士での接合に比べて、歪の小さい、接合強度と信頼性に優れたアルミニウムワイヤとアルミニウム膜の接合ができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、シリコン基板面上に選択的に酸化膜を形成し、その上にアルミニウム膜を形成することで、酸化膜とシリコン基板の境界を跨ぐ領域（シリコン基板と酸化膜の境界近傍上）のアルミニウム膜の面方位を部分的に（１００）面に配向させることができる。また、長手方向に向って概ね［１００］方位に配向しているアルミニウムワイヤをこのアルミニウム膜に超音波接合させることで、アルミニウムワイヤの接合面の面方位を概ね（１００）面に配向させることで、アルミニウムワイヤとアルミニウム膜をホモエピタキシャル接合させることができる。
【００１９】
その結果、従来の不整合な接合に比べ、接合時の歪および経時的な変化が抑制され、接合強度および接合の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、この発明の第１実施例の半導体装置の要部構成図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。この半導体装置はダイオードを例に示した。
図１では、シリコン基板１上に配置された複数の島状をした酸化膜５と、この酸化膜５上とシリコン基板１上、および、酸化膜５とシリコン基板１との境界を跨ぐ境界近傍の上部をそれぞれ覆って形成されたアルミニウム膜６（６ａ、６ｂ、６ｃ）と、アルミニウム膜６に固着するアルミニウムワイヤ８を示している。尚、図中の２はドリフト領域、３はカソード領域、４はアノード領域、７はアノード電極、アルミニウム膜６はカソード電極である。また、アルミニウムワイヤ８は図示しない外部端子に接続する。シリコン基板１にはカソード領域３とアノード領域４が拡散などで形成されている。
【００２２】
アルミニウム膜６は、Ａｌ−０．１重量％Ｓｉ〜Ａｌ−３重量％Ａｌのアルミニウム合金であり、アルミニウムワイヤ８は純アルミニウムである。
酸化膜５は、面方位が（１００）面のシリコン基板１上に形成され、この酸化膜５と酸化膜５が形成されないシリコン基板１との境界近傍上に形成されたアルミニウム膜６ｃの接合面９ｂの面方位は部分的に（１００）面となり、アルミニウム膜６と接合するアルミニウムワイヤ８の接合面９ａの面方位は概ね（１００）面である。そのため、アルミニウムワイヤ８とアルミニウム膜６の接合面９はホモエピタキシャル接合で固着する。尚、アルミニウムワイヤ８の接合面９ａに［００１］方位と［０１０］方位があり、［０１０］方位は紙面に垂直な方向である。また、接合面９は接合面９と接合面９ｂの両方を含めていう場合に用いる。
【００２３】
アルミニウム膜６の面方位は下地の影響を受けて３種類あり、酸化膜５と酸化膜５が形成されないシリコン基板１との境界近傍上のアルミニウム膜６ｃでは部分的に（１００）面となり、境界近傍以外の酸化膜５上のアルミニウム膜６ｂでは前記したように概ね（１１０）面となり、酸化膜５が形成されない面方位が（１００）面のシリコン基板１上のアルミニウム膜６ａでは前記したように概ね（１１１）面となる。
【００２４】
図１では酸化膜５は島状（セル状）に多数形成されているが、ストライプ状に多数形成されていてもよい。
図２〜図４は、図１に示す半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。
図２において、面方位が（１００）面のシリコン基板１上に図１（ａ）に示すような島状の酸化膜５を１μｍ程度の厚さで形成する。図２では酸化膜を熱酸化で形成した場合を示したがＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で数十ｎｍ程度の酸化膜を形成する場合もある。
【００２５】
図３において、酸化膜５上とシリコン基板１（カソード領域３）上にＡｌ−１重量％Ｓｉのアルミニウム膜６をスパッタ法もしくは蒸着法で５μｍ程度の厚さに形成する。また、アノード領域４上にはアノード電極７を形成する。
図４において、酸化膜５とシリコン基板１の境界近傍を含んだアルミニウム膜６ｃの上に長手方向が［００１］方位の数十μｍΦ程度のアルミニウムワイヤ８を超音波接合でワイヤボンディングする。
【００２６】
前記のアルミニウム膜６は１重量％Ｓｉが導入されたアルミニウム合金であるが、１重量％から３重量％のＳｉが導入さたアルミニウム合金としてもよい。
前記のアルミニウムワイヤ８の材質は純アルミニウムである。しかし、厳密には数十ｐｐｍ程度のニッケルが含有されたアルミニウムであるが、結晶性が純アルミニウムと変らないので純アルミニウムとして扱ってよい。
【００２７】
長手方向が［００１］方位のアルミニウムワイヤ８をアルミニウム膜６に超音波接合すると、アルミニウムワイヤ８の接合面の面方位が（１００）面に配向する。一方、境界近傍上に形成されたアルミニウム膜６ｃの面方位は（１００）面となるので、互いの接合面の面方位を(１００)面に一致させることができる。
また、前記の酸化膜５を島状に形成したがストライプ状に形成してもよい。ストライプ状に形成すると、酸化膜５とシリコン基板１の境界線の連続した長さが長くなるため、アルミニウム膜６ｃの面方位が（１００）面に配向される割合が増加して好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の第１実施例の半導体装置の要部構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した断面図
【図２】第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図３】図２に続く、第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図４】図３に続く、第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図５】シリコン基板上にストライプ状の酸化膜を形成し、全面上にアルミニウム膜を形成した模式図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図
【図６】アルミニウムの結晶格子の図
【図７】アルミニウムワイヤの方位を示す図であり、ａ）は細線加工の様子を示した図、（ｂ）はアルミニウムワイヤの方位を示した図
【図８】アルミニウム膜の方位を示す図であり、（ａ）はシリコン基板上に形成したアルミニウム膜の場合であり、（ｂ）はシリコン基板上の酸化膜上に形成したアルミニウム膜の場合の図
【図９】シリコン基板上の酸化膜上に形成したアルミニウム膜にアルミニウムワイヤを超音波接合で固着した図
【符号の説明】
【００２９】
１    シリコン基板
２    ドリフト領域
３    カソード領域
４    アノード領域
５    酸化膜
６    アルミニウム膜
６ａ  （１１０）面のアルミニウム膜
６ｂ  （１１１）面のアルミニウム膜
６ｃ  （１００）面のアルミニウム膜
７    アノード電極
８    アルミニウムワイヤ
９    接合面
９ａ  接合面（アルミニウムワイヤ側）
９ｂ  接合面（アルミニウム膜側）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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