(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に設けられた多孔質金属膜と、
前記多孔質金属膜の上に設けられ、パッド領域を定義する開口部が設けられる保護膜と、
前記開口部に対してワイヤボンディングされるワイヤと、を有し、
前記多孔質金属膜は、空孔を備える空孔領域と非空孔領域とからなり、
前記空孔領域と前記非空孔領域との界面は、パッド開口端または前記パッド開口端よりも外側に位置している半導体装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に設けられた多孔質金属膜と、
前記多孔質金属膜の上に設けられ、パッド領域を定義する開口部が設けられる保護膜と、
前記開口部に対してワイヤボンディングされるワイヤと、を有し、
前記多孔質金属膜と前記保護膜との間に設けられた金属膜をさらに備え、
前記金属膜の領域が前記多孔質金属膜の領域よりも大きくなっている半導体装置。
【請求項３】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に設けられた多孔質金属膜と、
前記多孔質金属膜の上に設けられ、パッド領域を定義する開口部が設けられる保護膜と、
前記開口部に対してワイヤボンディングされるワイヤと、を有し、
前記多孔質金属膜は、複数の金属ナノ粒子と粒子間空孔とからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記多孔質金属膜は、前記金属ナノ粒子の層が少なくとも上下２層からなることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属ナノ粒子は、第１の粒子径を有する第１の金属ナノ粒子と、
第２の粒子径を有する第２の金属ナノ粒子と、
を備えることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２の金属ナノ粒子の粒子径は、前記第１の金属ナノ粒子の粒子径の０．１５倍以上であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体基板の表面に絶縁膜を設ける工程と、
前記絶縁膜の上に選択的に多孔質金属膜を設ける工程と、
前記多孔質金属膜の上に保護膜を設ける工程と、
パッド領域を定義する開口部を前記多孔質金属膜の上の前記保護膜に設ける工程と、
前記開口部に対してワイヤをワイヤボンディングする工程と、を有し、
前記多孔質金属膜を設ける工程は、
第一金属膜にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチを備える前記第一金属膜の上に、スパッタにより第二金属膜を成膜する工程と、
前記トレンチに空孔を備える前記第二金属膜を充填する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記多孔質金属膜を設ける工程は、
スパッタに用いるターゲットと半導体ウェハとの角度が３０°〜８０°であり、前記スパッタに用いるアルゴンガスのガス圧力が２Ｐａ〜３Ｐａとして金属膜を成膜する工程である請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板の表面に絶縁膜を設ける工程と、
前記絶縁膜の上に選択的に多孔質金属膜を設ける工程と、
前記多孔質金属膜の上に保護膜を設ける工程と、
パッド領域を定義する開口部を前記多孔質金属膜の上の前記保護膜に設ける工程と、
前記開口部に対してワイヤをワイヤボンディングする工程と、を有し、
前記多孔質金属膜を設ける工程は、
前記絶縁膜の上に導電性ペーストを塗布する工程と、
前記塗布した導電性ペーストを焼成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記導電性ペーストを塗布する工程は、２種の粒子径を有する金属ナノ粒子と有機バインダーを含む導電性ペーストを塗布する工程である請求項９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】
本発明は、ワイヤボンディングにおいて使用されるパッドを備えた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパッドを備えた半導体装置について説明する。図９に従来の半導体装置のパッドの部分の断面図を示す。この例では、絶縁膜９１の上面に設けられた最上層の金属膜９２の上の保護膜９３の開口部がパッドとして定義され、そのパッドに対し、ワイヤ９４がワイヤボンディングされている（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】特開平０３−０４９２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のパッドを備えた半導体装置では、ワイヤボンディングの衝撃で発生した応力により、金属膜９２から形成されるパッドやパッド下の絶縁膜９１にクラックが入ってしまう危険性があり、問題となっていた。
本発明は、上記問題の解決のためになされ、ワイヤボンディングによるクラックが入りにくい構造を有するパッドを備えた半導体装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、半導体基板と、前記半導体基板の表面に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に設けられた多孔質金属膜と、前記多孔質金属膜の上に設けられ、パッド領域を定義する開口部が設けられる保護膜と、前記開口部に対してワイヤボンディングされるワイヤと、を有する半導体装置とする。
【０００６】
また、本発明は、上記課題を解決するため、半導体基板の表面に絶縁膜を設ける工程と、前記絶縁膜の上に選択的に多孔質金属膜を設ける工程と、前記多孔質金属膜の上に保護膜を設ける工程と、パッド領域を定義する開口部を前記多孔質金属膜の上の前記保護膜に設ける工程と、前記開口部に対してワイヤをワイヤボンディングする工程と、を有する半導体装置の製造方法とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ワイヤボンディングの衝撃で発生した応力は、多孔質金属膜の歪みにより、多孔質金属膜にほとんど吸収される。よって、この衝撃で発生した応力により多孔質金属膜の下の絶縁膜にクラックが入ることを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体装置を示す断面図である。
【図２】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】半導体装置を示す断面図である。
【図４】半導体装置を示す断面図である。
【図５】半導体装置を示す断面図である。
【図６】半導体装置を示す断面図である。
【図７】半導体装置を示す断面図である。
【図８】半導体装置を示す断面図である。
【図９】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図１０】半導体装置の製造方法を示す部分断面図である。
【図１１】半導体装置の部分断面図である。
【図１２】半導体装置の部分断面図である。
【図１３】半導体装置の部分断面図である。
【図１４】半導体装置の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
まず、半導体装置の構成について説明する。図１は、半導体装置の実施例を示す断面図である。実施例で示した半導体装置は、半導体基板１、絶縁膜２、多孔質金属膜７、金属膜５、保護膜９、ワイヤ１０、及び、封止樹脂１１を備えている。
【００１０】
半導体基板１の表面に絶縁膜２を設け、絶縁膜２の一部の表面上に選択的に多孔質金属膜７を設ける。多孔質金属膜７の上に金属膜５を設け、金属膜５の上に保護膜９を設ける。そして、この保護膜９に、金属膜５の表面の一部を露出させるよう開口部を設ける。保護膜９の開口部は、パッド領域を定義している。パッド領域に対してワイヤ１０をワイヤボンディングにより接続する。その後、半導体装置を封止樹脂１１で封止する。
【００１１】
次に、図２用いてを多孔質金属膜７に係る半導体装置の製造方法を説明する。図２は、半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。
図２（Ａ）に示すように、スパッタにより、金属膜３を絶縁膜２の上に成膜する。金属膜３の上にレジスト（図示せず）を塗布し、露光・現像により、レジストを選択的に残す。このレジストをマスクとし、金属膜３が金属膜３の膜厚分エッチングし、図２（Ｂ）に示すように、金属膜３にトレンチ４を形成し、その後、レジストを剥離する。
【００１２】
その後、半導体装置の表面を約２００Åの深さまでエッチングし、酸化膜を除去する。図２（Ｃ）に示すように、スパッタにより、トレンチ４を備える金属膜３の上に金属膜５を成膜する。この時、金属膜５は、トレンチ４の下部よりも上部の方で、厚く成膜していく。
図２（Ｄ）に示すように、トレンチ４に、空孔６を備える金属膜５を充填する。こうして、多孔質金属膜７を形成し、その上に金属膜５を形成する。
【００１３】
次に、ワイヤボンディングの衝撃で発生した応力の半導体装置への影響について説明する。
ワイヤボンディングをパッドに対して行うと、ワイヤボンディングの衝撃点を中心に、この衝撃で発生した応力により、図示しないが、多孔質金属膜７における複数の空孔６がワイヤボンディングの衝撃に応じた方向にそれぞれ潰れ、多孔質金属膜７は歪む。この時、多孔質金属膜７の歪みにより、発生した応力は、多孔質金属膜７にほとんど吸収される。一方、多孔質金属膜７と絶縁膜２との接合面はほとんど歪まないので、ワイヤボンディングの衝撃は絶縁膜２にほとんど影響しない。つまり、絶縁膜２にはワイヤボンディングの衝撃で発生した応力によるクラックが入りにくいことになる。
【００１４】
［効果］このようにすると、ワイヤボンディングの衝撃で発生した応力は、多孔質金属膜７の歪みにより、多孔質金属膜７にほとんど吸収される。このため、多孔質金属膜７の下の絶縁膜２にはこの衝撃で発生した応力によるクラックが入りにくくなる。
【００１５】
［変形例１］図２（Ｂ）の形状を決定するレジストパターンを形成する際に適宜変更されたマスクを使用することにより、図３に示すように、多孔質金属膜７において、トレンチ４及び空孔６を備える空孔領域、及び、トレンチ４及び空孔６を備えない非空孔領域７ａを設けることが可能である。この多孔質金属膜７の側面を覆うよう非空孔領域７ａを設け、空孔領域と非空孔領域７ａとの界面はパッド開口端またはパッド開口端よりも外側に位置させる。すなわち、非空孔領域７ａの図上の半導体基板方向の厚みは、保護膜９と金属膜５とのオーバーラップ幅と同等に、または、それ以下に形成される。これにより、半導体製造プロセスでの保護膜９の形成工程において、非空孔領域７ａの存在により、空孔６が露出することが無くなるので、空孔６の内部の汚染が無くなる。また、少なくともパッド領域の下方に多孔質金属膜７が存在するので、図１の半導体装置と同様に、クラックが多孔質金属膜７の下の絶縁膜２に入りにくい。
【００１６】
［変形例２］図４に示すように、図２の（Ｄ）の金属膜５の全てがエッチングされた多孔質金属膜７を、金属膜５ａの上に設けることが可能である。
［変形例３］図５に示すように、図４の半導体装置において、さらに非空孔領域７ａを設けることが可能である。
［変形例４］図６に示すように、図２の（Ｄ）の金属膜５の全てがエッチングされた多孔質金属膜７を、絶縁膜２の上に設けることが可能である。
［変形例５］図７に示すように、図６の半導体装置において、さらに非空孔領域７ａを設けりことが可能である。
【００１７】
［変形例６］図８に示すように、図１の半導体装置において、金属膜５ｂの領域を多孔質金属膜７の領域よりも大きくすることが可能である。
［変形例７］金属膜３は、図２の（Ｂ）では、金属膜３の膜厚分エッチングされる。図示しないが、金属膜３の膜厚よりも浅くエッチングすることも可能である。
［変形例８］多孔質金属膜７を製造するときに、図示しないが、スパッタに用いるターゲットと半導体ウェハとの角度を３０°〜８０°にし、スパッタに用いるアルゴンガスのガス圧力の雰囲気を通常時よりも高い２Ｐａ〜３Ｐａにした状態で、金属膜を成膜することにより、多孔質金属膜７を形成することが可能である。
【００１８】
［変形例９］図１０〜図１４は、本発明の半導体装置の多孔質金属膜７領域の膜構造及び製造方法を示す部分断面図である。図１０は、絶縁膜２上に導電性ペースト１６を塗布した状態を示している。導電性ペーストは複数の第１の金属ナノ粒子１２と有機バインダー１５の液状混合物で、その中に金属ナノ粒子１２は分散している。これを焼成すると有機バインダーは分解し、真空雰囲気で脱ガスして、図１１〜１２に示すように複数の金属ナノ粒子１２同士が接合する。そして、その粒子と粒子との間には粒子間空孔１４が形成される。このようにして、金属ナノ粒子と粒子間空孔からなる多孔質金属膜７が形成される。ここで、多孔質金属膜７は少なくとも上下２層以上の金属ナノ粒子層から形成されることで多孔質と成りうる。
【００１９】
図示していないが、上記のように形成された多孔質金属膜７の上に金属膜をスパッタ等の手法により堆積し、パターニングすることで電極パッドを形成し、次いで保護膜をＣＶＤ等により堆積し、開口部を設け、さらに開口部にワイヤボンディングすることで図１に示す半導体装置となる。
【００２０】
図１１〜図１２では、ほぼ粒子径のそろった１山の粒子径（粒度）分布を有する金属ナノ粒子を含有する導電性ペーストを用いて多孔質金属膜を形成したが、図１３〜図１４には２山の粒子径分布を有する金属ナノ粒子を含む導電性ペーストから形成した多孔質金属膜７を示す。粒子径の大きい第１の金属ナノ粒子１２に接して粒子径の小さい第２の金属ナノ粒子１３を配することで、図１１〜図１２に図示した粒子間空孔よりも小さい粒子間空孔１４が、より多く形成されることになる。上記構成とすることで、ワイヤボンディングの衝撃で発生した応力は多孔質金属膜によって、より緩和されることになる。また、本構成であれば、金属粒子間の接点が増えることで、より緻密で低抵抗の電極パッドとすることができる。
【００２１】
なお、図１３のような配列とした場合は、第２の金属ナノ粒子１３の粒子径は第１の金属ナノ粒子１２の粒子径の（√２−１）≒０．４１倍で、図１４のような配列とした場合は、（２√３／３−１）≒０．１５倍となる。よって、第２の金属ナノ粒子の粒子径は第１の金属ナノ粒子の粒子径の０．１５倍以上であることが望ましい。
【符号の説明】
【００２２】
１  半導体基板
２  絶縁膜
３  金属膜
４  トレンチ
５  金属膜
６  空孔
７  多孔質金属膜
９  保護膜
１０  ワイヤ
１１  封止樹脂
１２  第１の金属ナノ粒子
１３  第２の金属ナノ粒子
１４  粒子間空孔
１５  有機バインダー
１６  導電性ペースト
【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】
0005882069.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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