(57)【要約】【課題】電極の剥がれを抑制することができる半導体装置を得る。【解決手段】スイッチング素子１の表面に入力電極１ａが設けられている。Ａｕワイヤ５が入力電極１ａにボンディングされている。スイッチング素子１は、Ｓｉ膜１０と、Ｓｉ膜１０上に設けられたＳｉＯ２膜１１とを有する。入力電極１ａは、ＳｉＯ２膜１１上に設けられＳｉＯ２膜１１と接するポリシリコン膜１２と、ポリシリコン膜１２上に設けられポリシリコン膜１２と接するバリアメタル１３と、バリアメタル１３上に設けられたＡｌ膜１４とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップの表面に設けられた電極と、
前記電極にボンディングされたワイヤとを備え、
前記半導体チップは、半導体膜と、前記半導体膜上に設けられた絶縁膜とを有し、
前記電極は、
前記絶縁膜上に設けられ前記絶縁膜と接するポリシリコン膜と、
前記ポリシリコン膜上に設けられ前記ポリシリコン膜と接するバリアメタルと、
前記バリアメタル上に設けられた金属膜とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体膜はＳｉ膜であり、
前記絶縁膜はＳｉＯ２膜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】
前記電極上に設けられた金属バンプを更に備え、
前記ワイヤは前記金属バンプ上にステッチボンドされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ワイヤの硬度は前記金属バンプの硬度より低い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】
前記ワイヤは純金であり、
前記金属バンプは金合金であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップは、スイッチング素子、又は前記スイッチング素子を制御する制御回路であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体チップ及び前記ワイヤを封止する樹脂を更に備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの電極にワイヤをボンディングした半導体装置に関し、特に電極の剥がれを抑制することができる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの電極にワイヤをボンディングした半導体装置が広く用いられている。また、電極上に金属バンプを設け、その金属バンプ上にワイヤをステッチボンドした半導体装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０８１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の半導体装置では、半導体チップ表面のＳｉＯ２膜上に、電極としてバリアメタルと金属膜が順に積層されていた。しかし、ＳｉＯ２膜とバリアメタルとの密着性強度が低いため、ワイヤボンドを行うと電極が剥がれやすいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は電極の剥がれを抑制することができる半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップの表面に設けられた電極と、前記電極にボンディングされたワイヤとを備え、前記半導体チップは、半導体膜と、前記半導体膜上に設けられた絶縁膜とを有し、前記電極は、前記絶縁膜上に設けられ前記絶縁膜と接するポリシリコン膜と、前記ポリシリコン膜上に設けられ前記ポリシリコン膜と接するバリアメタルと、前記バリアメタル上に設けられた金属膜とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、電極の剥がれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置の内部を示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るスイッチング素子の入力電極にボンディングされるワイヤを示す斜視図及び上面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るスイッチング素子とその入力電極の界面付近を示す断面図である。
【図５】比較例に係るスイッチング素子とその入力電極の界面付近を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、図１の半導体装置の内部を示す上面図である。この半導体装置は、モーターの駆動装置や家電製品等の内部に設けられたインバータ回路である。
【００１０】
スイッチング素子１はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。このようにスイッチング素子１としてＩＧＢＴなどを用いることでインバータ回路は電力損失の少ない電圧変換等を行うことができる。制御回路２は、ＩＧＢＴを駆動するためのドライバＩＣである。
【００１１】
スイッチング素子１の表面に入力電極１ａと出力電極１ｂが設けられ、制御回路２の表面に入力電極２ａと出力電極２ｂが設けられている。制御回路２の入力電極２ａと入力端子３がＡｕワイヤ４により接続されている。ただし、Ａｕワイヤ４と入力端子３の接合にはステッチボンディングを用いるが、制御回路２へのダメージや入力電極２ａの剥れを抑制するためにＡｕワイヤ４と制御回路２の入力電極２ａの接合にはボールボンディングを用いる。制御回路２の出力電極２ｂとスイッチング素子１の入力電極１ａがＡｕワイヤ５により接続されている。スイッチング素子１の出力電極１ｂと出力端子６は、大電流を流すために電流容量の多いＡｌワイヤ７により接続されている。
【００１２】
スイッチング素子１、制御回路２、Ａｕワイヤ４，５、及びＡｌワイヤ７は樹脂８により封止されている。これにより、Ａｕワイヤ４，５及びＡｌワイヤ７に流れる電流が絶縁保護され、Ａｕワイヤ４，５及びＡｌワイヤ７の変形が防止される。
【００１３】
図３は、本発明の実施の形態に係るスイッチング素子の入力電極にボンディングされるワイヤを示す斜視図及び上面図である。スイッチング素子１の入力電極１ａ上に高硬度の金合金ワイヤにより金属バンプ９が設けられ、Ａｕワイヤ５はその金属バンプ９上にステッチボンドされている。なお、ステッチボンド（ウェッジ接合）とは、ボールを形成せずにワイヤを接合することである。
【００１４】
金属バンプ９をＡｕワイヤ４，５と異なる材料で形成するために、ワイヤボンド装置にワイヤボンドを行う製造途中の半導体装置（ワーク）を投入し、高硬度の金合金ワイヤにより金属バンプ９を形成した後、同ワークを再びワイヤボンド装置に投入し、低硬度のＡｕワイヤ４，５によるボンディングを行う。これにより２種類のワイヤによる金属バンプ９の形成とボンディングを実施できる。
【００１５】
図４は、本発明の実施の形態に係るスイッチング素子とその入力電極の界面付近を示す断面図である。スイッチング素子１は、Ｓｉ膜１０と、Ｓｉ膜１０上に設けられたＳｉＯ２膜１１とを有する。入力電極１ａは、ＳｉＯ２膜１１上に設けられＳｉＯ２膜１１と接するポリシリコン膜１２と、ポリシリコン膜１２上に設けられポリシリコン膜１２と接するバリアメタル１３と、バリアメタル１３上に設けられたＡｌ膜１４とを有する。なお、バリアメタル１３としてＴｉなどが用いられる。
【００１６】
続いて、本実施の形態に係る半導体装置の動作を説明する。外部のマイコン（図示せず）から入力端子３へ入力されたパルス信号は、Ａｕワイヤ４を通って制御回路２の入力電極２ａへ伝達される。制御回路２の出力信号は出力電極２ｂからＡｕワイヤ５を通ってスイッチング素子１の入力電極１ａに入力される。スイッチング素子１の出力信号は出力電極１ｂからＡｌワイヤ７を通って出力端子６へ伝達される。これにより、スイッチング素子１のＯＮ／ＯＦＦを行い、インバータ回路としての動作を行うことができる。
【００１７】
続いて、本実施の形態に係る半導体装置の効果を比較例と比較して説明する。図５は、比較例に係るスイッチング素子とその入力電極の界面付近を示す断面図である。比較例ではポリシリコン膜１２が設けられておらず、ＳｉＯ２膜１１とバリアメタル１３が接している。しかし、ＳｉＯ２膜１１とバリアメタル１３は密着性強度が低いため、ワイヤボンドを行うと入力電極１ａが剥がれやすい。
【００１８】
これに対して、本実施の形態では、ＳｉＯ２膜１１とバリアメタル１３の間にポリシリコン膜１２が設けられている。ポリシリコン膜１２の密着強度はＳｉＯ２膜１１とバリアメタル１３の何れに対しても高いため、電極構造全体として密着強度が高くなる。この結果、ワイヤボンドを行っても入力電極１ａの剥がれを抑制することができる。
【００１９】
また、金属バンプ９を用いることで、入力電極１ａへの衝撃が弱まるため、入力電極１ａがさらに剥がれにくくなり、安定したワイヤ接合を実現できる。さらに、スイッチング素子１へのダメージを抑制できる。
【００２０】
また、Ａｕワイヤ５は純金であるため、金合金である金属バンプ９に比べて硬度が低い。高硬度の金属バンプ９上に低硬度のＡｕワイヤ５を接合した場合は、高硬度の合金ワイヤを入力電極１ａに直接接合した場合に比べて、入力電極１ａへのダメージを低減できるため、入力電極１ａの剥がれを抑制することができる。
【００２１】
また、入力電極１ａに低硬度のＡｕワイヤ５を直接にボンディングすると、パープルプレイグと呼ばれるＡｕＡｌ２などのＡｕ−Ａｌ金属間化合物を形成する。これにより、発熱の大きいスイッチング素子１では高温になって接合強度の劣化や導通の劣化を招く。そこで、高硬度の金属バンプ９を用いることによりパープルプレイグの発生を抑制できるため、信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、上記のように入力電極１ａとＡｕワイヤ５の接合強度が高くなるため、樹脂８によりスイッチング素子１やＡｕワイヤ５を封止した場合でも接合部分や入力電極１ａの剥がれを抑制することができる。
【００２３】
また、制御回路２の出力電極２ｂとスイッチング素子１の入力電極１ａとの間に高低差がある場合、両者を接続するＡｕワイヤ５のワイヤ（ループ）長が大きくなる。このような場合でも、樹脂モールド時のワイヤ流れによる接合部分や入力電極１ａの剥がれを抑制することができる。
【００２４】
なお、金属バンプ９を用いずに金合金ワイヤを直接に入力電極１ａにボールボンド又はステッチボンドを行ってもよい。この場合でも、ポリシリコン膜１２により入力電極１ａの剥がれを抑制することができる。この場合には１種類のワイヤのみを用いてワイヤ配線が可能となるため、ワイヤボンド装置へのワイヤの切替えが無くなり作業時間を低減できる。さらに、純金ワイヤではなく硬度の高い合金ワイヤを用いることで、ワイヤ線径を小さくすることができるため、材料コストを削減できる。
【００２５】
また、制御回路２の入力電極２ａや出力電極２ｂ上にも高硬度の金合金ワイヤにより金属バンプを設け、低硬度のＡｕワイヤをその金属バンプ上にステッチボンドさせてもよい。これにより、チップ面積が小さく、入力電極２ａや出力電極２ｂを大きく取れない制御回路２において接合不良率を低減できる。
【符号の説明】
【００２６】
１  スイッチング素子（スイッチング素子、半導体チップ）
１ａ，２ａ  入力電極（電極）
２  制御回路（制御回路、半導体チップ）
２ｂ  出力電極（電極）
４，５  Ａｕワイヤ（ワイヤ）
８  樹脂
９  金属バンプ
１０  Ｓｉ膜（半導体膜）
１１  ＳｉＯ２膜（絶縁膜）
１２  ポリシリコン膜
１３  バリアメタル
１４  Ａｌ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014003126.tif 000006
【図５】
2014003126.tif 000007