(57)【要約】【課題】ボンディングワイヤを接合する電極パッドを備えた半導体素子において、電極パッドとボンディングワイヤとの接合強度の劣化を抑制できるようにする。【解決手段】半導体材料からなる素子本体１の主面１ａに形成されて第一金属材料からなるボンディングワイヤ２を接合するための電極パッド３が、第一金属材料よりも小さく、かつ、半導体材料よりも大きい熱膨張係数の第二金属材料からなり、素子本体１の主面１ａに互いに間隔をあけて立設された複数の第二金属層４と、第一金属材料からなり、素子本体１の主面１ａ上において少なくとも第二金属層４の間を埋めるように形成された第一金属層５と、によって構成された半導体素子を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料からなる素子本体の主面に形成されて第一金属材料からなるボンディングワイヤを接合するための電極パッドを備える半導体素子であって、
前記電極パッドが、前記第一金属材料よりも小さく、かつ、前記半導体材料よりも大きい熱膨張係数の第二金属材料からなり、前記素子本体の主面に互いに間隔をあけて立設された複数の第二金属層と、前記第一金属材料からなり、前記素子本体の主面上において少なくとも前記第二金属層の間を埋めるように形成された第一金属層と、によって構成されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記主面の上方に延びる各第二金属層の先端が外方に露出していることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
複数の前記第二金属層が、前記第一金属層に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
半導体材料からなる素子本体の主面に形成されて第一金属材料からなるボンディングワイヤを接合するための電極パッドを備える半導体素子であって、
前記電極パッドが、前記第一金属材料からなり、前記素子本体の主面に形成された第一金属層と、前記第一金属材料よりも小さく、かつ、前記半導体材料よりも大きい熱膨張係数の第二金属材料からなり、前記第一金属層上に互いに間隔をあけて立設された複数の第二金属層と、によって構成されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項５】
複数の前記第二金属層が、互いに平行するように、それぞれ前記主面に沿う同一方向に延在していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項６】
複数の前記第二金属層が、前記主面に沿って互いに交差する二方向に延在し、平面視で格子形状を呈することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項７】
複数の前記第二金属層が、それぞれ平面視で点状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記第二金属材料が、前記第一金属材料よりも硬い金属材料であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記主面の上方に延びる各第二金属層の先端部に、側方に突出する係合突起が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項１０】
各第二金属層の側面が、前記主面の上方に向くように傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーデバイス等をなす半導体装置には、半導体素子に備える電極パッドにボンディングワイヤを接合して構成されるものがある。この種の半導体装置において、ボンディングワイヤをアルミニウム（Ａｌ）等の柔らかい金属材料により構成する場合には、半導体素子の電極パッドをボンディングワイヤと同種の金属材料によって形成することが多い。そして、電極パッドとボンディングワイヤとの接合部分に同種の金属材料同士が金属結合してなる合金を形成することで、電極パッドとボンディングワイヤとの接合強度の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０３８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、半導体素子は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料からなる素子本体の主面に電極パッドを形成して構成されているが、シリコン等の半導体材料の熱膨張係数は、電極パッドやボンディングワイヤを構成する金属材料よりも非常に小さい。このため、上記従来の半導体装置に対して熱サイクル試験や熱疲労試験を実施した場合には、前述した熱膨張係数の差に基づいて電極パッドとボンディングワイヤとの接合部分にかかる応力が大きくなり、その接合強度が劣化してしまう、また、ボンディングワイヤが電極パッドから剥がれてしまう、という問題がある。
【０００５】
なお、従来の半導体素子の電極パッドには、アルミニウム等の金属材料からなるボンディングワイヤよりも熱膨張係数の小さいニッケル（Ｎｉ）等の金属材料のみによって形成したものもある。しかしながら、この構成では、互いに熱膨張係数が異なる金属材料同士の接合面積が大きくなってしまうため、熱サイクル試験や熱疲労試験を実施した際に、熱膨張係数の差に基づいて電極パッドとボンディングワイヤとの接合部分にかかる応力が非常に大きくなり、結果として、前述と同様に接合部分の強度が劣化したり、ボンディングワイヤが電極パッドから剥がれてしまったりする。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、電極パッドとボンディングワイヤとの接合強度の劣化を抑制できる半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明の半導体素子は、半導体材料からなる素子本体の主面に形成されて第一金属材料からなるボンディングワイヤを接合するための電極パッドを備え、前記電極パッドが、前記第一金属材料よりも小さく、かつ、前記半導体材料よりも大きい熱膨張係数の第二金属材料からなり、前記素子本体の主面に互いに間隔をあけて立設された複数の第二金属層と、前記第一金属材料からなり、前記素子本体の主面上において少なくとも前記第二金属層の間を埋めるように形成された第一金属層と、によって構成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体素子は、半導体材料からなる素子本体の主面に形成されて第一金属材料からなるボンディングワイヤを接合するための電極パッドを備え、前記電極パッドが、前記第一金属材料からなり、前記素子本体の主面に形成された第一金属層と、前記第一金属材料よりも小さく、かつ、前記半導体材料よりも大きい熱膨張係数の第二金属材料からなり、前記第一金属層上に互いに間隔をあけて立設された複数の第二金属層と、によって構成されていることを特徴とする。
【０００９】
これらの半導体素子によれば、ボンディングワイヤを電極パッドに接合して半導体装置を構成した状態では、ボンディングワイヤと第一金属層とが同種の金属材料（第一金属材料）同士の金属結合によって接合する。また、ボンディングワイヤや第一金属層をなす第一金属材料と、第二金属材料からなる複数の第二金属層とが、異種の金属材料（第一・第二金属材料）同士の金属結合によって接合する。
【００１０】
そして、この接合状態においては、ボンディングワイヤや第一金属層をなす第一金属材料が複数の第二金属層の間に入り込んでいるため、熱サイクル試験や熱疲労試験の実施によって生じる第一金属材料の熱膨張収縮が、熱膨張係数の小さい第二金属層によって抑えられる。したがって、第一金属材料からなる第一金属層とボンディングワイヤとの接合部分にかかる応力を緩和することができ、これによって、第一金属層とボンディングワイヤとの接合強度の劣化を抑制できる。
【００１１】
また、上記構成の半導体素子によれば、第一金属材料と各第二金属層との接合強度の劣化を抑制することもできる。
具体的に説明すれば、従来のように電極パッドが一つの第二金属層のみによって形成される場合、ボンディングワイヤをなす第一金属材料と第二金属層との接合面積は、電極パッドとボンディングワイヤとの接合面積そのものとなり大きくなる。このため、半導体装置に対して熱サイクル試験や熱疲労試験を実施すると、第一金属材料と第二金属材料との熱膨張係数の差に基づいて第一金属材料と第二金属層との接合部分に作用する応力が大きくなる。
【００１２】
これに対して、本発明の半導体素子では、複数の第二金属層を互いに間隔をあけて配列することで電極パッドを構成しているため、第一金属材料と各第二金属層との接合面積が、電極パッド全体とボンディングワイヤとの接合面積と比較して十分に小さくなる。これにより、半導体装置に対して熱サイクル試験や熱疲労試験を実施しても、第一金属材料と第二金属材料との熱膨張係数の差に基づいて第一金属材料と各第二金属層との接合部分に作用する応力の大きさも小さくなる。したがって、熱サイクル試験や熱疲労試験による第一金属材料と各第二金属層との接合強度の劣化を抑制することもできる。
以上のことから、電極パッドとボンディングワイヤとの接合強度の劣化を抑えて、ボンディングワイヤが電極パッドから剥がれることを抑制することが可能となる。
【００１３】
そして、前記第二金属層の間に前記第一金属層が形成されている前記半導体素子においては、前記主面の上方に延びる各第二金属層の先端が外方に露出してもよい。
この構成では、ボンディングワイヤを第一金属層及び第二金属層の両方に直接接合することができる。すなわち、ボンディングワイヤが、第一金属層に対して同種の金属材料同士の金属結合によって接合されると共に、第二金属層に対して異種の金属材料同士の金属結合によって接合される。したがって、電極パッドとボンディングワイヤとの接合強度のさらなる向上を図ることができる。
【００１４】
さらに、前記第二金属層の間に前記第一金属層が形成されている前記半導体素子においては、複数の前記第二金属層が、前記第一金属層に埋設されていてもよい。
この構成では、複数の第二金属層を素子本体の主面に形成した後に、これら複数の第二金属層を覆うように第一金属層を素子本体の主面に形成するだけでよい。すなわち、第二金属層の先端を外方に露出させる構成と比較して、電極パッドを効率よく形成することができる。
【００１５】
また、前記半導体素子においては、複数の前記第二金属層が、互いに平行するように、それぞれ前記主面に沿う同一方向に延在していることが好ましい。
【００１６】
この半導体素子では、ボンディングワイヤを電極パッドに接合した状態で、第一金属層やボンディングワイヤが、熱サイクル試験や熱疲労試験によって複数の第二金属層の配列方向（素子本体の主面に沿って各第二金属層の延在方向と直交する方向）に膨張収縮することを顕著に抑えることができる。
特に、ウェッジボンディングによりボンディングワイヤを電極パッドに接合する場合には、電極パッドとボンディングワイヤとの接合部分が、ボンディングワイヤの長手方向に延びることになるが、ウェッジボンディングに際して、ボンディングワイヤの長手方向を素子本体の主面に沿う第二金属層の延在方向と交差させることで、熱サイクル試験や熱疲労試験に基づいて、第一金属層とボンディングワイヤとの接合部分にかかる応力を顕著に緩和することができる。したがって、第一金属層とボンディングワイヤとの接合強度の劣化をさらに抑制できる。
【００１７】
さらに、前記半導体素子においては、前記主面に沿って互いに交差する二方向に延在し、平面視で格子形状を呈することが好ましい。
この構成では、ウェッジボンディングによりボンディングワイヤを電極パッドに接合する際に、ボンディングワイヤの長手方向と第二金属層の延在方向との関係を考慮せずとも、互いに異なる方向に延在する二種類の第二金属層の少なくとも一方と交差させることができる。すなわち、熱サイクル試験や熱疲労試験に基づいて第一金属層とボンディングワイヤとの接合部分にかかる応力の顕著な緩和を、容易に実現することができる。
【００１８】
また、前記半導体素子においては、複数の前記第二金属層が、それぞれ平面視で点状に形成されていてもよい。
【００１９】
さらに、前記半導体素子においては、前記第二金属材料が、前記第一金属材料よりも硬い金属材料であるとよい。
この半導体素子によれば、第一金属材料と第二金属材料との接合強度が、第一金属材料同士の接合強度よりも高くなるため、電極パッドとボンディングワイヤとの接合強度の向上をさらに図ることができる。
【００２０】
また、前記半導体素子においては、前記主面の上方に延びる各第二金属層の先端部に、側方に突出する係合突起が形成されていることが好ましい。
この構成では、ボンディングワイヤを接合した状態で、第二金属層の係合突起の下側にボンディングワイヤや第一金属層をなす第一金属材料が入り込むことで、これらボンディングワイヤや第一金属層が複数の第二金属層と係合する。このため、複数の第二金属層の間に入り込んだボンディングワイヤや第一金属層が素子本体の主面から離間することを防止でき、素子本体に対するボンディングワイヤや第一金属層の接合強度を向上させることができる。
【００２１】
さらに、前記半導体素子においては、各第二金属層の側面が、前記主面の上方に向くように傾斜しているとよい。
この半導体素子では、第二金属層が末広がりの形状となり、隣り合う第二金属層間の隙間が、素子本体の主面から上方に向かうにしたがって大きくなる。このため、半導体装置に対して熱サイクル試験や熱疲労試験を実施した際には、第二金属層の間に入り込んだ第一金属材料のうち、素子本体の主面の上方に延びる第二金属層の先端側に位置する部分が、第二金属層の基端側に位置する部分よりも大きく熱膨張収縮することになる。
【００２２】
したがって、例えばボンディングワイヤのように第一金属材料のうち第二金属層の先端よりも上方に位置する部分が、熱サイクル試験や熱疲労試験によって熱膨張収縮したとしても、第二金属層の間に入り込んだ第一金属材料のうち第二金属層の先端側に位置する部分が熱膨張収縮することで、第一金属層及びボンディングワイヤをなす第一金属材料のうち、第二金属層の間に挟まれた部分と、第二金属層の先端よりも上方に位置する部分との間に生じる応力を緩和することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、熱サイクル試験や熱疲労試験に基づく、第一金属層とボンディングワイヤとの接合強度の劣化、及び、ボンディングワイヤや第一金属層をなす第一金属材料と各第二金属層との接合強度の劣化を抑制することができるため、電極パッドとボンディングワイヤとの接合強度の劣化を抑えて、ボンディングワイヤが電極パッドから剥がれることを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る半導体素子の電極パッドを示す断面図である。
【図２】図１の電極パッドを示す平面図である。
【図３】図１，２の電極パッドを形成する方法の一例を示す図である。
【図４】図１に示す電極パッドにボンディングワイヤを接合した状態を示す断面図である。
【図５】図２に示す電極パッドにボンディングワイヤを接合した状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る半導体素子の電極パッドの一部を示す拡大断面図である。
【図７】図６に示す電極パッドの変形例を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る半導体素子の電極パッドの一部を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の第四実施形態に係る半導体素子の電極パッドを示す断面図である。
【図１０】本発明の第五実施形態に係る半導体素子の電極パッドを示す断面図である。
【図１１】本発明の第六実施形態に係る半導体素子の電極パッドを示す平面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る半導体素子の電極パッドを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第一実施形態〕
以下、図１〜５を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１，２に示すように、この実施形態に係る半導体素子は、半導体材料であるシリコン（Ｓｉ）からなる素子本体１の平坦な主面１ａに、ボンディングワイヤ２を接合するための電極パッド３を形成して構成されている。なお、本実施形態では、ボンディングワイヤ２がアルミニウム（Ａｌ）（第一金属材料）からなるものとして説明する。
【００２６】
電極パッド３は、ニッケル（Ｎｉ）（第二金属材料）からなり、素子本体１の主面１ａに互いに間隔をあけて立設された複数のＮｉ金属層（第二金属層）４と、ボンディングワイヤ２と同様のアルミニウムからなり、素子本体１の主面１ａ上においてＮｉ金属層４の間を埋めるように形成されたＡｌ金属層（第一金属層）５とによって構成されている。すなわち、Ｎｉ金属層４の熱膨張係数は、Ａｌ金属層５よりも小さく、かつ、素子本体１よりも大きい。また、Ｎｉ金属層４はＡｌ金属層５よりも硬い。
【００２７】
各Ｎｉ金属層４は、その配列方向（図１における紙面左右方向）に沿う幅寸法が、Ｎｉ金属層４の高さ方向（図１における紙面上下方向）にわたって一定とされている。また、複数のＮｉ金属層４は、互いに平行するように、それぞれ素子本体１の主面１ａに沿う一方向（図２における紙面上下方向）に延在している。なお、図示例では、複数のＮｉ金属層４が、等間隔に配列されているが、例えば不等間隔で配列されていてもよい。
そして、各Ｎｉ金属層４の側面はＡｌ金属層５によって覆われ、素子本体１の主面１ａの上方に延びる各Ｎｉ金属層４の先端が外方に露出している。なお、図示例の電極パッド３においては、Ｎｉ金属層４及びＡｌ金属層５の高さ寸法が同等に設定されているが、例えばＮｉ金属層４の高さ寸法は、Ａｌ金属層５よりも低くあるいは高く設定されてもよい。すなわち、電極パッド３の上面は、Ｎｉ金属層４とＡｌ金属層５とで平坦面に形成されてもよいし、Ｎｉ金属層４とＡｌ金属層５との高さ寸法の差によって凹凸面に形成されてもよい。
【００２８】
次に、上記構成の半導体素子に電極パッド３を形成する方法の一例について、図３を参照して説明する。
電極パッド３の形成に際しては、はじめに図３（ａ）に示すように、素子本体１の主面１ａのうち電極パッド３の形成予定領域全体にＮｉ金属層４用のニッケル膜１１を形成する。次いで、フォトリソグラフィによりニッケル膜１１の上面のうちニッケル膜をＮｉ金属層４として残す領域のみにレジスト膜１２を形成した上で、図３（ｂ）に示すように、ニッケル膜１１のうちレジスト膜１２に覆われていない部分をエッチング（例えばウェットエッチング）により除去する。なお、このエッチング後には、上記レジスト膜１２を除去する。これにより、互いに間隔をあけて素子本体１の主面１ａに立設された複数のＮｉ金属層４が形成される。
【００２９】
その後、図３（ｃ）に示すように、複数のＮｉ金属層４を覆うようにＡｌ金属層５用のアルミニウム膜１３を、素子本体１の主面１ａのうち電極パッド３の形成予定領域全体に形成する。さらに、フォトリソグラフィによりアルミニウム膜１３の上面のうち複数のＮｉ金属層４と重ならない領域のみにレジスト膜１４を形成した上で、図３（ｄ）に示すように、アルミニウム膜１３のうちレジスト膜１４に覆われていない部分をエッチング（例えばウェットエッチング）により除去し、複数のＮｉ金属層４の先端を露出させる。なお、このエッチング後には、上記レジスト膜１４を除去する。これにより、複数のＮｉ金属層４の間を埋めるＡｌ金属層５が形成され、電極パッド３の形成が完了する。
なお、図３（ｅ）に示すように、電極パッド３の上面を平坦面とする場合には、例えばＡｌ金属層５の形成後に、Ｎｉ金属層４の先端よりも突出するＡｌ金属層５の先端部分を研磨等により除去すればよい。
【００３０】
次に、本実施形態の電極パッド３にボンディングワイヤ２を接合して半導体装置を構成した状態について、図４，５を参照して説明する。
ボンディングワイヤ２を電極パッド３に接合した状態では、例えば図４に示すように、ボンディングワイヤ２が、Ａｌ金属層５に対して同種の金属材料同士の金属結合によって接合されると共に、Ｎｉ金属層４に対して異種の金属材料同士の金属結合によって接合されることになる。
【００３１】
そして、図４，５に示すように、ボンディングワイヤ２を電極パッド３に押し付けるウェッジボンディングによって、ボンディングワイヤ２を電極パッド３に接合する場合には、電極パッド３とボンディングワイヤ２との接合部分がボンディングワイヤ２の長手方向（図５における紙面左右方向）に延びることになる。そして、本実施形態では、このボンディングワイヤ２の長手方向を、素子本体１の主面１ａに沿うＮｉ金属層４の延在方向（図５における紙面上下方向）に対して直交させている。
【００３２】
なお、Ｎｉ金属層４の高さ寸法がＡｌ金属層５に対して同等以下に設定されている電極パッド３では、上述したボンディングワイヤ２の接合の有無に関わらず、複数のＮｉ金属層の間にはＡｌ金属層５のみが介在する場合がある。ただし、ウェッジボンディング等によりＡｌ金属層５がボンディングワイヤ２によって押し潰された場合には、ボンディングワイヤ２を接合した状態で、複数のＮｉ金属層４の間にはＡｌ金属層５及びボンディングワイヤ２の両方が介在することもある。
一方、Ｎｉ金属層４の高さ寸法がＡｌ金属層５よりも高く設定されている電極パッド３では、ボンディングワイヤ２を接合した状態で、複数のＮｉ金属層４の間にはＡｌ金属層５及びボンディングワイヤ２の両方が介在することになる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体素子によれば、ボンディングワイヤ２を接合した状態では、Ａｌ金属層５やボンディングワイヤ２が複数のＮｉ金属層４の間に入り込んでいるため、半導体装置に対する熱サイクル試験や熱疲労試験の実施によって生じるＡｌ金属層５やボンディングワイヤ２の熱膨張収縮が、熱膨張係数の小さいＮｉ金属層４によって抑えられる。したがって、同じ金属材料からなるＡｌ金属層５とボンディングワイヤ２との接合部分にかかる応力を緩和することができる。その結果として、従来のように電極パッド３がＡｌ金属層５のみによって形成される場合と比較し、Ａｌ金属層５とこれに接合されたボンディングワイヤ２との接合強度の劣化を抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態に係る半導体素子によれば、複数のＮｉ金属層４を互いに間隔をあけて配列することで電極パッド３を構成しているため、Ａｌ金属層５及びボンディングワイヤ２と各Ｎｉ金属層４との各接合面積が、電極パッド３全体とボンディングワイヤ２との接合面積と比較して十分に小さくなる。これにより、半導体装置に対して熱サイクル試験や熱疲労試験を実施しても、Ａｌ金属層５やボンディングワイヤ２とＮｉ金属層４との熱膨張係数の差に基づいて、Ａｌ金属層５及びボンディングワイヤ２とＮｉ金属層４との各接合部分に作用する応力の大きさも小さくなる。したがって、従来のように電極パッド３がＮｉ金属層４のみによって形成される場合と比較し、熱サイクル試験や熱疲労試験によるＡｌ金属層５及びボンディングワイヤ２とＮｉ金属層４との接合強度の劣化を抑制することもできる。
以上のことから、電極パッド３とボンディングワイヤ２との接合強度の劣化を抑制でき、ボンディングワイヤ２が電極パッド３から剥がれることを抑制することが可能となる。
【００３５】
さらに、本実施形態に係る半導体素子によれば、各Ｎｉ金属層４の先端が外方に露出していることで、ボンディングワイヤ２がＡｌ金属層５及びＮｉ金属層４の両方に接合されるため、また、ボンディングワイヤ２やＡｌ金属層５が、アルミニウムよりも硬いニッケルからなるＮｉ金属層４に接合されることで、ボンディングワイヤ２やＡｌ金属層５とＮｉ金属層４との接合強度が、ボンディングワイヤ２とＡｌ金属層５との接合強度よりも高くなるため、電極パッド３とボンディングワイヤ２との接合強度の向上をさらに図ることができる。
【００３６】
また、複数のＮｉ金属層４が、互いに平行するようにそれぞれ素子本体１の主面１ａに沿う一方向（図５における紙面上下方向）に延在していることで、ボンディングワイヤ２を電極パッド３に接合した状態で、Ａｌ金属層５やボンディングワイヤ２が、熱サイクル試験や熱疲労試験によって複数のＮｉ金属層４の配列方向（図４，５における紙面左右方向）に膨張収縮することを顕著に抑えることができる。
特に、前述したように、ウェッジボンディングによりボンディングワイヤ２を電極パッド３に接合する際に、ボンディングワイヤ２の長手方向をＮｉ金属層４の延在方向に直交させた場合には、熱サイクル試験や熱疲労試験に基づいて、Ａｌ金属層５とボンディングワイヤ２との接合部分にかかる応力をさらに顕著に緩和することができる。したがって、第一金属層とボンディングワイヤ２との接合強度の劣化をさらに抑制できる。
なお、本実施形態では、ウェッジボンディングに際してボンディングワイヤ２の長手方向をＮｉ金属層４の延在方向に直交させているが、少なくとも交差していれば、上述と同様の効果を奏する。
【００３７】
〔第二実施形態〕
次に、図６を参照して本発明の第二実施形態について説明する。
この実施形態に係る半導体素子は、図６に示すように、第一実施形態の半導体素子と比較して、電極パッド３を構成する各Ｎｉ金属層４の断面形状のみが異なっている。
すなわち、各Ｎｉ金属層４の先端部には、その側方（図６における紙面左右方向）に突出する係合突起１５が形成されている。なお、図示例では、各Ｎｉ金属層４の基端部にも係合突起１５と同様の突起１６が側方に突出して形成されており、これにより、各Ｎｉ金属層４は、その高さ方向（図６における紙面上下方向）の中途部に括れを有する形状を呈している。この括れ形状のＮｉ金属層４は、例えば第一実施形態において記載したように、Ｎｉ金属層４の形成時にウェットエッチングを実施することで、形成することが可能である。
【００３８】
本実施形態の半導体素子によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
また、ボンディングワイヤ２を電極パッド３に接合した状態で、Ａｌ金属層５やボンディングワイヤ２がＮｉ金属層４の係合突起１５の下側に入り込むことで、これらＡｌ金属層５やボンディングワイヤ２が複数のＮｉ金属層４と係合する。このため、複数のＮｉ金属層４の間に入り込んだＡｌ金属層５やボンディングワイヤ２が素子本体１の主面１ａから離間することを防止でき、素子本体１に対するＡｌ金属層５やボンディングワイヤ２の接合強度を向上させることができる。
なお、係合突起１５は、図６に示すものに限らず、例えば図７に示すように、各Ｎｉ金属層４の側面４ｃを素子本体１の主面１ａ側に向くように傾斜させることで形成されてもよい。また、このＮｉ金属層４は、その配列方向に沿う幅寸法が、素子本体１の主面１ａの上方に向かうにしたがって大きくなるテーパ状に形成されている。
【００３９】
〔第三実施形態〕
次に、図８を参照して本発明の第三実施形態について説明する。
本実施形態に係る半導体素子は、図８に示すように、第一実施形態の半導体素子と比較して、電極パッド３を構成するＮｉ金属層４の断面形状のみが異なっている。
すなわち、各Ｎｉ金属層４の側面４ｃが素子本体１の主面１ａの上方に向くように傾斜している。そして、各Ｎｉ金属層４は、複数のＮｉ金属層４の配列方向に沿う幅寸法が素子本体１の主面１ａの上方に向かうにしたがって小さくなる末広がりのテーパ状に形成されている。
【００４０】
本実施形態の半導体素子によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態の半導体素子によれば、隣り合うＮｉ金属層４間の隙間が、素子本体１の主面１ａから上方に向かうにしたがって大きくなる。このため、半導体装置に対して熱サイクル試験や熱疲労試験を実施した際には、Ｎｉ金属層４の間に入り込んだＡｌ金属層５やボンディングワイヤ２のうち、素子本体１の主面１ａの上方に延びるＮｉ金属層４の先端側に位置する部分が、Ｎｉ金属層４の基端側に位置する部分よりも大きく熱膨張収縮することになる。
このことから、Ａｌ金属層５やボンディングワイヤ２のうちＮｉ金属層４の先端よりも上方に位置する部分が、熱サイクル試験や熱疲労試験によって熱膨張収縮したとしても、Ｎｉ金属層４の間に入り込んだＡｌ金属層５やボンディングワイヤ２のうちＮｉ金属層４の先端側に位置する部分が熱膨張収縮することで、同一の金属材料からなるＡｌ金属層５やボンディングワイヤ２のうち、Ｎｉ金属層４の間に挟まれた部分と、Ｎｉ金属層４の先端よりも上方に位置する部分との間に生じる応力を緩和することができる。したがって、電極パッド３とボンディングワイヤ２との接合強度向上を図ることができる。
【００４１】
〔第四実施形態〕
次に、図９を参照して本発明の第四実施形態について説明する。
この実施形態に係る半導体素子は、図９に示すように、第一実施形態の半導体素子と比較して、電極パッド３を構成する複数のＮｉ金属層４がＡｌ金属層５に埋設されている点で異なっている。
すなわち、この電極パッド３においては、Ａｌ金属層５の厚さ寸法が各Ｎｉ金属層４の高さ寸法よりも高く設定されている。これにより、Ａｌ金属層５は、第一実施形態のように、複数のＮｉ金属層４の間を埋めるように形成されることに加え、各Ｎｉ金属層４の先端も覆っている。
なお、この実施形態における各Ｎｉ金属層４の断面形状は、第一〜第三実施形態に記載したいずれの形状でも適用することが可能である。
【００４２】
この電極パッド３は、第一実施形態と同様に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、複数のＮｉ金属層４を素子本体１の主面１ａに形成した後、図３（ｃ）に示すように、複数のＮｉ金属層４を覆うようにアルミニウム膜１３を形成するだけでＡｌ金属層５を形成することが可能である。すなわち、この電極パッド３は、第一実施形態の電極パッド３と比較して、効率よく形成することができる。
【００４３】
なお、本実施形態の電極パッド３にボンディングワイヤ２を接合した状態では、第一実施形態のように、ボンディングワイヤ２がＮｉ金属層４に対して接合されない場合があるものの、第一実施形態と同様の効果を奏する。
例えば、本実施形態の電極パッド３では、Ａｌ金属層５が複数のＮｉ金属層４の間に入り込んでいるため、熱サイクル試験や熱疲労試験の実施によって生じるＡｌ金属層５やボンディングワイヤ２の熱膨張収縮が、熱膨張係数の小さいＮｉ金属層４によって抑えられる。したがって、第一実施形態と同様に、同じ金属材料からなるＡｌ金属層５とボンディングワイヤ２との接合部分にかかる応力を緩和することは可能である。
また、Ａｌ金属層５と各Ｎｉ金属層４との各接合面積が、電極パッド３全体とボンディングワイヤ２との接合面積と比較して十分に小さいため、熱サイクル試験や熱疲労試験を実施しても、熱膨張係数の差に基づいてＡｌ金属層５とＮｉ金属層４との各接合部分に作用する応力の大きさを小さくすることもできる。
【００４４】
〔第五実施形態〕
次に、図１０を参照して本発明の第五実施形態について説明する。
この実施形態に係る半導体素子は、図１０に示すように、第一実施形態の半導体素子と比較して、電極パッド３を構成する複数のＮｉ金属層４がＡｌ金属層５上に立設されている点で異なっている。
すなわち、この電極パッド３は、素子本体１の主面１ａのうち電極パッド３の形成領域全体に形成されたＡｌ金属層５と、Ａｌ金属層５上に互いに間隔をあけて立設された複数のＮｉ金属層４とを備えて構成されている。なお、Ａｌ金属層５及びＮｉ金属層４をそれぞれ構成する金属材料や、複数のＮｉ金属層４の配列間隔などは、第一実施形態のものと同様である。また、各Ｎｉ金属層４の断面形状は、第一〜第三実施形態に記載したいずれの形状でも適用することが可能である。
【００４５】
上記構成の半導体素子に電極パッド３を形成する場合には、素子本体１の主面１ａのうち電極パッド３の形成予定領域全体にＡｌ金属層５を形成した後に、第一実施形態と同様のフォトリソグラフィ及びエッチングを実施する（図３（ａ），（ｂ）参照）ことで、複数のＮｉ金属層４をＡｌ金属層５上に形成すればよい。
そして、この電極パッド３にボンディングワイヤ２を接合する際には、ボンディングワイヤ２が複数のＮｉ金属層４の間に入り込んだ上でＡｌ金属層５に接触する。すなわち、ボンディングワイヤ２は、第一実施形態の場合と同様に、Ａｌ金属層５に対して同種の金属材料同士の金属結合によって接合されると共に、Ｎｉ金属層４に対して異種の金属材料同士の金属結合によって接合されることになる。
【００４６】
本実施形態の半導体素子によれば、ボンディングワイヤ２を接合した状態では、ボンディングワイヤ２が複数のＮｉ金属層４の間に入り込んでいるため、熱サイクル試験や熱疲労試験の実施によって生じるボンディングワイヤ２の熱膨張収縮が、熱膨張係数の小さいＮｉ金属層４によって抑えられる。したがって、第一実施形態の場合と同様に、同じ金属材料からなるＡｌ金属層５とボンディングワイヤ２との接合部分にかかる応力を緩和することができる。
また、ボンディングワイヤ２やＡｌ金属層５と各Ｎｉ金属層４との各接合面積が、電極パッド３全体とボンディングワイヤ２との接合面積と比較して十分に小さいため、第一実施形態の場合と同様に、熱サイクル試験や熱疲労試験を実施しても、熱膨張係数の差に基づいてボンディングワイヤ２やＡｌ金属層５とＮｉ金属層４との各接合部分に作用する応力の大きさを小さくすることもできる。
【００４７】
また、第二実施形態と同様に、Ｎｉ金属層４に係合突起１５，１７（図６，７参照）を形成した場合には、ボンディングワイヤ２を接合した状態で、ボンディングワイヤ２がＮｉ金属層４の係合突起１５，１７の下側に入り込むことにより、第二実施形態の場合と同様に、ボンディングワイヤ２を複数のＮｉ金属層４に係合させることが可能となる。
【００４８】
さらに、第三実施形態と同様に、各Ｎｉ金属層４の断面が末広がりのテーパ状に形成されて、隣り合うＮｉ金属層４間の隙間が素子本体１の主面１ａから上方に向かうにしたがって大きくなる場合には、半導体装置に対して熱サイクル試験や熱疲労試験を実施した際に、Ｎｉ金属層４の間に入り込んだボンディングワイヤ２のうち、素子本体１の主面１ａの上方に延びるＮｉ金属層４の先端側に位置する部分が、Ｎｉ金属層４の基端側に位置する部分よりも大きく熱膨張収縮することになる。
このことから、ボンディングワイヤ２のうちＮｉ金属層４の先端よりも上方に位置する部分が、熱サイクル試験や熱疲労試験によって熱膨張収縮したとしても、Ｎｉ金属層４の間に入り込んだボンディングワイヤ２のうちＮｉ金属層４の先端側に位置する部分が熱膨張収縮することで、ボンディングワイヤ２のうち、Ｎｉ金属層４の間に挟まれた部分と、Ｎｉ金属層４の先端よりも上方に位置する部分との間に生じる応力を緩和することができる。したがって、電極パッド３とボンディングワイヤ２との接合強度向上を図ることができる。
【００４９】
〔第六実施形態〕
次に、図１１を参照して本発明の第六実施形態について説明する。
この実施形態に係る半導体素子は、図１１に示すように、第一実施形態の半導体素子と比較して、Ｎｉ金属層４が平面視で格子状に形成されている点で異なっている。
すなわち、この電極パッド３では、複数のＮｉ金属層４が、素子本体１の主面１ａに沿って互いに交差する二方向に延在し、同一方向に延在するＮｉ金属層４同士が互いに間隔をあけて配されていることで、平面視で格子形状を呈している。なお、図示例では、異なる方向に延在するＮｉ金属層４同士が、互いに直交しているが、例えば鋭角あるいは鈍角で交差していればよい。
【００５０】
また、この電極パッド３においてＡｌ金属層５及びＮｉ金属層４をそれぞれ構成する金属材料は、第一実施形態のものと同様である。また、各Ｎｉ金属層４の断面形状は、第一〜第三実施形態に記載したいずれの形状でも適用することが可能である。
さらに、この電極パッド３では、第一、第四実施形態のように、Ａｌ金属層５が複数のＮｉ金属層４の間を埋めるように形成されていてもよいし、第五実施形態のように、Ａｌ金属層５上にＮｉ金属層４を立設させてもよい。また、この電極パッド３では、第一実施形態のように、各Ｎｉ金属層４の先端を外方に露出させてもよいし、第四実施形態のように、複数のＮｉ金属層４をＡｌ金属層５に埋設してもよい。
【００５１】
本実施形態に係る半導体素子によれば、第一〜第六実施形態と同様の効果を奏する。
また、ウェッジボンディングによりボンディングワイヤ２を電極パッド３に接合する際には、第一実施形態のようにボンディングワイヤ２の長手方向とＮｉ金属層４の延在方向との関係を考慮せずとも、互いに異なる方向に延在するに種類のＮｉ金属層４の少なくとも一方と交差させることができる。すなわち、熱サイクル試験や熱疲労試験に基づいてＡｌ金属層５とボンディングワイヤ２との接合部分にかかる応力の顕著な緩和を、容易に実現することができる。
【００５２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第一実施形態や第六実施形態においては、各Ｎｉ金属層４が、素子本体１の主面１ａに沿う一方向に延在する平面視で線状に形成されるとしたが、少なくとも複数のＮｉ金属層が素子本体の主面に沿って互いに間隔をあけて立設されていればよいため、例えば図１２に示すように、各Ｎｉ金属層４が平面視で点状に形成されていてもよい。なお、図１２においては、各Ｎｉ金属層４が平面視円形状に形成されているが、例えば多角形状など任意の平面視形状であってよい。また、図１２においては、複数のＮｉ金属層４が等間隔に配列されているが、例えば不等間隔で配列されていてもよい。
【００５３】
また、全ての実施形態において、電極パッド３は、Ａｌ金属層５及びＮｉ金属層４によって形成されるとしたが、これに限ることは無く、少なくともボンディングワイヤ２と同様の第一金属材料からなる第一金属層と、熱膨張係数が第一金属材料よりも小さく、かつ、素子本体１をなす半導体材料よりも大きい第二金属材料からなる第二金属層と、によって形成されればよい。ただし、電極パッド３とボンディングワイヤ２との接合強度をさらに向上させるためには、第二金属材料を第一金属材料よりも硬い金属材料とすることがより好ましい。
【符号の説明】
【００５４】
１  素子本体
１ａ  主面
２  ボンディングワイヤ
３  電極パッド
４  Ｎｉ金属層（第二金属層）
５  Ａｌ金属層（第二金属層）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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