(57)【要約】  半導体素子は、規則的に配置されている複数の活性セル（１）を備えており、活性セルは、それぞれ、少なくとも１つの主規定線（８）を備えている。ボンディングワイヤ（１８，２０）は、ボンディング器具によってボンディングすることにより、少なくとも１つのボンディング面（１４，１６）と固定されている。このボンディング器具は、外部電気接触のために、主振動方向（２２，２４）に振動している。主振動方向（２２，２４）を、主境界線（８）に対して９０°以外の角度（α）とできるように、ボンディング面（１４，１６）のサイズおよび配置が規定されている。
2005510057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
規則的に配置されており、少なくとも１つの主境界線（８）をそれぞれ備えている複数の活性セル（１）と、
少なくとも１つのボンディング面（１４，１６）とを備え、
主振動方向（２２，２４）に振動するボンディング器具を用いて、ボンディング面（１４，１６）に対し、少なくとも１つのボンディングワイヤ（１８，２０）をボンディングにより固定できる半導体素子において、
上記の主振動方向（２２，２４）を、主境界線（８）に対して９０°以外の角度（α）に設定できるように、ボンディング面（１４，１６）のサイズおよび配置が規定されている半導体素子。
【請求項２】
上記の主振動方向（２２，２４）を、主境界線（８）に対して平行に設定できる、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
上記の主境界線（８）が、半導体素子の外側エッジ（４）に対して平行である、請求項１または２に記載の半導体素子。
【請求項４】
上記活性セル（１）がストリップ形状に形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載野半導体素子。
【請求項５】
２次元に規則的に配置されており、少なくとも１つの主境界線（３４，３５）をそれぞれ備えている複数の活性セル（１）と、
少なくとも１つのボンディング面（５０）とを備えており、
主振動方向（５４）に振動するボンディング器具を用いて、ボンディング面（５０）に対し、少なくとも１つのボンディングワイヤ（５２）をボンディングにより固定できる半導体素子において、
上記の主振動方向（５４）を、主境界線（３４，３５）に対して９０°以外の角度に設定できるように、ボンディング面（５０）のサイズおよび配置が規定されている半導体素子。
【請求項６】
上記活性セル（３０）が、長方形に形成されているとともに、半導体素子の長方形の外郭（４０）に対して４５°回転して配置されており、
上記ボンディング面（５０）が長方形に形成されており、この長方形の長辺が、上記外郭（４０）の一外側エッジ（４０ｂ）に対して平行に延びている、請求項５に記載の半導体素子。
【請求項７】
上記活性セル（６０）が菱形に形成されており、
主振動方向（６６）を、上記の菱形における長い対角線（６３）に対して９０°以外の角度に設定できるように、ボンディング面（６４）のサイズおよび配置が規定されている、請求項１，２，３または５のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項８】
上記の主振動方向（６６）を、上記の菱形における長い対角線（６３）に対して平行に設定できるように、ボンディング面（６４）のサイズおよび配置が規定されている、請求項７に記載の半導体素子。
【請求項９】
規則的に配置されており、少なくとも１つの主境界線（８）をそれぞれ備えている複数の活性セル（１）と、少なくとも１つのボンディング面（１４，１６）とを備える半導体素子の接触方法において、
ボンディングワイヤ（１８，２０）を、主振動方向（２２，２４）のボンディングによって、ボンディング面（１４，１６）と接続し、
主振動方向を、主境界線（８）に対して９０°以外の角度（α）に設定する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、半導体電子光学、特に、電力半導体の分野のものである。また、本発明は、半導体素子、および、このような半導体素子の接触方法（Verfahren zum Kontaktieren）に関するものである。
【０００２】
ドイツ公開特許第４１３５４１１号Ａ１（DE 4135411A1）に、複数の活性セルを備える半導体素子が記載されている。これらのセルは、例えばＭＯＳセルとして構成される。この半導体素子は、外部との電気的な接触のために、ボンディングパッドまたはパッドとも呼ばれる、接触面またはボンディング面（Bondflaechen）を備えている。ボンディング面は、金属層または金属化物（Metallisierungen）として、半導体素子の上側、または、半導体素子の活性セルの上方に形成されている。ボンディング面は、アルミニウム製でもよく、また、長方形でもよい。
【０００３】
活性セルを、例えばいわゆるストリップセルＩＧＢＴ（Streifenzellen Insulated Gate Bipolar Transistor）とする場合、セルをストリップセル配置（vorliegen）することが可能である。また、活性セルを、Ｘ−Ｙ方向に２次元に構成することもできる。２次元構成は、Ｘ方向と、例えばこれに対して直交するＹ方向とに規則的な周期でセルを形成することによってなされる。活性セルは、主長手方向（Hauptlaengsrichtung）を有し、この主長手方向は、長方形のセルまたは長く引き伸ばされたセルでは、セルの主境界線（Hauptbegrenzungslinie）に対してほぼ平行に延びている。
【０００４】
ボンディング作業の際、すなわち、ボンディングワイヤを所定のボンディング面と導電性接続（elektrisch leitenden Verbinden）する時には、振動ヘッド（Schwingkopf）を有するボンディング器具（Bondwerkzeug）を使用する。上記の振動ヘッドは、いわゆるボンディング方向（以下では、主振動方向とも呼ぶ）に振動する。つまり、これは、振動エネルギーを適用することによって、接続線（ボンディングワイヤ）の一領域（いわゆるボンディングベース）を、ボンディング面と接続するためである。この作業を、「超音波ウエッジボンディング（Ultraschall-Wedge-Bonding）」とも呼ぶ。
【０００５】
上記したドイツ公開特許第４１３５４１１号Ａ１（DE 41 35 411 A1）には、活性セルの主境界線に対する主振動方向（ボンディング方向）の配置（Orientierung）について、何も記載されていない。
【０００６】
本発明の目的は、半導体素子、および、半導体素子の接触方法を、ボンディング作業時に半導体素子にかかる負荷が最小限となるように最適化することにある。
【０００７】
この目的を、本発明の請求項１および５に記載の半導体素子、ならびに、請求項９に記載の方法によって達成する。
【０００８】
本発明は、ボンディング作業時に、機械的なエネルギーを導入することにより、半導体素子が損傷または破損されてしまう可能性があるという問題に注目している。本発明は、セル構造がストリップ型、または、セル配列がメッシュ型である場合に、主振動方向が、「危険方向」に延びている、すなわち、ストリップセルの広がり（Erstreckung）に対して垂直にまたは横切るように延びているか、もしくは、活性セルの最も広い長手方向への広がり（Laengserstreckung）を横切って延びている場合、破壊の危険性がかなり高いという認識に基づいている。これは、通常、周期的なセル配列の方向が、半導体素子または半導体チップのエッジ（Kanten）に対して平行に延びており、（長方形の）ボンディング面も、上記のエッジに対して平行に配置されている場合に生じる。この場合には、ボンディング作業時に、ストリップセルの方向（Ausrichtung）が（活性セルが２次元配列されている場合には配列方向（Anordnungsrichtungen）の１つが）、ボンディング面の長手方向を横切るように（すなわち、この方向に対して９０°の角度で）、すなわち、ボンディング器具の主振動方向を横切るように延びている。
【０００９】
従って、本発明の主観点は、半導体素子にかかる機械的な負荷を減少するために、活性セルの配置に対してボンディング方向を最適化することである。
【００１０】
本発明では、ボンディング器具の主振動方向（ボンディング方向）に加えられる力の成分（Kraftkomponente）が、完全に危険方向に、すなわち、活性セルの主境界線に対して直角方向に作用しないようになっている。各ボンディング方向を危険方向から逸らすことによって、負荷状況を改善でき、その結果、生産高を上げられる。主振動方向と主境界線（例えば、ストリップセルの長手方向に対して平行）との間の角度を３０°にするだけで、主境界線を横切るように作用する力の成分を、約５０％低減できる。
【００１１】
ストリップセルでは、主振動方向を、活性セルの主境界線に沿って（laengs zur Hauptbegrenzungslinie）配置する（legen）ことが特に好ましい。また、（ストリップ）セルがボンディング面の長辺に沿って配される（ausgerichtet sind）ように、チップまたは半導体素子構造を選択することが好ましい。また、なかでも（ihrerseits）、ボンディング面が、半導体素子のエッジに対して平行に配されていることが好ましい。この場合には、主境界線は、半導体素子の外側エッジに対して平行である。
【００１２】
活性セルがメッシュ型構造または２次元配列である場合、当然、危険方向は２つある。２つの危険方向は、例えば活性セルが直交配列されている場合、互いに直交する。一方、セルが環状に配列されている場合には、他の角度（例えば、４５°）となることもある。
【００１３】
このような場合、本発明では、主振動方向を、主境界線に対して９０°以外の角度に設定できるように、ボンディング面のサイズ（bemessen）および配置を規定する。２つの危険方向が直交して延びている場合、ボンディング面および主振動方向を、２つの危険方向に対して、それぞれ４５°に配置することが特に好ましい。
【００１４】
このようなボンディング方向の配置（Bondausrichtung）については、半導体素子の構造によっては簡単に実施できる。本発明の好ましい発展形（Fortbildung）では、長方形に形成した活性セルを、半導体素子の長方形の外郭に対して４５°だけ回転させて配置する。この場合、ボンディング面が長方形に形成され、長方形の長辺（laengeren Rechteckseite）が、上記外郭の外側エッジに対して平行に延びていることが好ましい。
【００１５】
本発明の他の好ましい変化形は、メッシュ状に相互に直交する方向に活性セルの配置されているものではなく、例えば４５°の角度で交叉した状態で延びた軸に沿って活性セルの配置された半導体素子に関するものである。この場合には、菱形の単純なセル（Elementarzelle）がメッシュ構造をなすこととなる。この場合、セルの主境界線を、半導体素子の外郭に対して４５°の角度で配置できる。また、ボンディング面を、外郭に沿って配置できる。菱形の角度がより大きい場合でも、セル構造では、菱形の対角線が半導体素子の外郭に対して平行であり、ボンディング面が菱形の長い方の対角線に対して平行に形成されていることが好ましい。その結果、危険なセルエッジ（kritischen Zellenkante；主境界線）に作用するボンディング力（Bondkraefte）を、最適に減少できる。
【００１６】
規則的に配置されており、少なくとも１つの主境界線をそれぞれ備えている複数の活性セルと、少なくとも１つのボンディング面とを備える半導体素子の本発明にかかる接触方法は、ボンディングワイヤを、主振動方向にボンディングすることによって、ボンディング面と接続する工程を含んでいる。このとき、主振動方向を、主境界線に対して９０°以外の角度に設定する。
【００１７】
本発明の実施例を、図を参考にしながら以下に詳しく説明する。
【００１８】
図１は、本発明の半導体素子の第１実施例を示す平面図である。図２は、本発明の半導体素子の他の実施例を示す平面図である。図３は、本発明の半導体素子の第３実施例を示す平面図である。
【００１９】
図１に示した半導体素子は、反復方向（Wiederholungsrichtung）Ｒに沿って規則的に形成された複数の活性セル１を備えている。活性セル１は、ストリップセルの形状を有している。ストリップセル１は、半導体本体２に形成されている。半導体本体または半導体チップは、長方形であり、外側の境界エッジ４を備えている。ストリップセル１は、両矢印６の方向に沿って長く延びている。また、ストリップセル１は、この延びに対して平行な、主境界線８を備えている。機械的な負荷について、主境界線８は、特に力の成分の影響を受けやすい。なお、力の成分は、横方向に、すなわち、本実施例では主境界線８に対して直角の方向（両矢印の方向 （「危険方向（kritische Richtung）」）１０）に、ストリップセル１に対して作用する。
【００２０】
半導体素子の上側１２に、ボンディングワイヤ１８，２０による電気的接触を図るための金属の接続面１４，１６が備えられている。これらの接続面１４，１６は、ボンディング面、または、ボンディングパッドとも呼ばれる。ボンディングワイヤの端領域（Endbereiche）を、ボンディング（Bonden）によって、ボンディング面１４，１６と伝導接続する（leitend verbunden）。
【００２１】
ボンディング作業時に、ボンディング器具の主振動方向２２が、ストリップセル１を横切るように延びるか、または、ストリップセル１の主境界線８を横切るように延びる場合（すなわち、両矢印の「危険方向」１０に延びる場合）に、ストリップセル１に特に高い機械的な負荷が生じる。ここで、ボンディング面１４を、主境界線（ストリップセルの長手方向に対して平行）に対して約３０°の角度で配置することにより、危険方向１０の力の成分Ｋが、約５０％減少する。これはすなわち、「Ｋｇｅｓ＝ボンディング器具によって加えられる力の合計」とすると、上記の力の成分は、「Ｋ＝Ｋｇｅｓ*sinα＝Ｋｇｅｓ*０．５」のように量定されるからである。
【００２２】
ボンディング面１６の配置角度を選ぶことによって、危険方向を横切るように作用する力の成分を、最適に（この例では０に）低減できる。この場合、長方形に形成されたボンディング面の主な広がりは、主境界線８に対して平行となっている。従って、ボンディング器具の主振動方向２４を主境界線８に対して平行とし、主境界線８を横切るような力の成分の発生を回避するように、ボンディング器具を配置できる。なお、本実施例では、主境界線、および、主振動方向が、半導体素子の外側の境界エッジ４に対して平行であることが、製造技術的に（fertigungstechnisch）好ましい。
【００２３】
図２に、本発明にかかる半導体素子の他の実施例を示す。この実施例では、ほぼ正方形の形状である複数の活性セル３０が、メッシュ状の格子に配置されている。従って、活性セル３０は、それぞれ、互いに直交する２つの主境界線３４，３５の組を備えている。本実施例では、活性セル３０は、外郭４０またはその外側エッジ４０ａ，４０ｂに対して、４５°ずれた状態に向けられている（versetzt ausgerichtet）。これを、エッジ４０ａ，４０ｂに対して４５°の角度で延びる点の補助線４６，４８によって示す。ボンディング面５０は、半導体素子の上側に形成されている。このボンディング面５０によって、既述のように、ボンディングワイヤ５２は、ボンディングによって、半導体素子の接触部と導電接続されている（elektrisch leitend verbunden）。ボンディングワイヤ５２は、ボンディング器具によってボンディングされており、その主振動方向５４は、主境界線３４，３５または補助線４６，４８に対してそれぞれ４５°の角度で延びている。本実施例でも、ボンディング面５０の方向によって、活性セルの主境界線に作用するボンディング力を減少できる。なぜなら、ボンディング力は、主境界線に対して垂直には作用せず、相当する角度関数ｃｏｓ（４５°）だけ減少した成分となるからである。この構造では、主境界線の負荷を完全に取り除くことは、事実上不可能である。なぜなら、他の主境界線に完全に負荷をかけることになるからである。
【００２４】
すなわち、力の成分を均等に分配することが好ましい。このことは、図２に示す構成によって実現されている。この構成では、主振動方向５４がエッジ４０ａ，４０ｂに対して平行に延びており、活性セルが４５°回転されて配置されており、その結果、主振動方向５４が、菱形の活性セル３０の各対角線Ｄに対して平行となっている。
【００２５】
図３は、図２に示した本発明の半導体素子の他の実施例の変化形を示す。この実施例では、複数の活性セル６０が、ほぼ菱形の基本形状（Grundgestalt）で、メッシュ状の格子に配置されている。しかし、これら活性セルの菱形は、菱形の内角が異なっているので、短い対角線６２と長い対角線６３とを有しているという点で非対称である。この場合、ボンディング器具の主振動方向６６を、長い方の対角線６３に対して９０°以外の角度に（最適な場合には平行に）設定できるように、半導体素子の上側に形成されたボンディング面６４のサイズおよび配置が規定される。このような構造およびサイズ決定規則（Bemessungsregel）は、活性セルが、直角の格子またはメッシュ状に配置されておらず、図３に補助線で示すように、例えば、２つの方向Ｒ１，Ｒ２（例えば、４５°の角度を含む）に沿って配置されている場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の半導体素子の第１実施例を示す平面図である。
【図２】本発明の半導体素子の他の実施例を示す平面図である。
【図３】本発明の半導体素子の第３実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２７】
α    角度
Ｄ    対角線
Ｋ    力の成分
Ｒ    反復方向
Ｒ１，Ｒ２    方向
１    活性セル（ストリップセル）
２    半導体本体
４    境界エッジ
６    二重矢印
８    主境界線
１０    危険方向
１２    上側
１４，１６    ボンディング面
１８，２０    ボンド線
２２，２４    主振動方向
３０    活性セル
３４，３５    主境界線
４０    外郭
４０ａ，４０ｂ    外側エッジ
４６，４８    補助線
５０    ボンディング面
５２    ボンディングワイヤ
５４    主振動方向
６０    活性セル
６２    短い対角線
６３    長い対角線
６４    ボンディング面
６６    主振動方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2005510057.tif 000008
2005510057.tif 000009
2005510057.tif 000010
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