(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｃｕワイヤーによるボンディング時に電極パッド下の半導体素子に損傷が生じない半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】銅を主成分とするボンディングワイヤによる電気的接続が可能な半導体装置であって、半導体素子１０と、半導体素子１０上に配置された、アルミニウムよりも硬い金属からなる電極パッド２０と、電極パッド２０上に配置された、ボンディングワイヤが接続されるアルミニウム膜からなる金属層３０とを備える。【選択図】図１
2013004779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を主成分とするボンディングワイヤによる電気的接続が可能な半導体装置であって、
半導体素子と、
前記半導体素子上に配置された、アルミニウムよりも硬い金属からなる電極パッドと、
前記電極パッド上に配置された、前記ボンディングワイヤが接続されるアルミニウム膜からなる金属層と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体素子と、
前記半導体素子上に配置され、アルミニウムよりも硬い金属からなる電極パッドと、
前記電極パッド上に配置された、アルミニウムからなる金属層と、
前記金属層の上部に形成された、銅とアルミニウムの合金層と、
前記合金層に接続された、銅を主成分とするボンディングワイヤと
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記電極パッドが、アルミニウムを主成分とし且つ銅を含有す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】
前記電極パッドにおける銅の含有率が０．３〜５．０重量％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】
アルミニウムよりも硬い金属からなる電極パッドが表面に配置された半導体素子を準備するステップと、
前記電極パッド上にアルミニウム膜からなる金属層を形成するステップと、
前記金属層に銅を主成分とするボンディングワイヤを接合するステップと
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属層の上部のアルミニウムと前記ボンディングワイヤに含まれる銅とを反応させて、銅とアルミニウムの合金層を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
超音波ボンディングによって前記金属層に前記ボンディングワイヤを接合することを特徴とする請求項５又は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】
本発明は、ボンディングワイヤが接続される電極パッドを有する半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の電気的接続を行う接続部材として、銅（Ｃｕ）を主成分とするボンディングワイヤ（以下において「Ｃｕワイヤ」という。）が用いられている。Ｃｕワイヤは、金（Ａｕ）を主成分とするＡｕワイヤに比べて安価であるという利点がある。
【０００３】
このため、Ｃｕワイヤによるボンディング技術として種々の提案がなされている。例えば、硬いＣｕワイヤに対応するために、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする電極パッドに比較的高い割合でＣｕを添加する方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。Ａｌを主成分とする電極パッドにＣｕを添加することにより、電極パッドの硬度が高まる。これにより、電極パッドにＣｕワイヤをボンディングした時の衝撃や振動のエネルギーを効果的に受けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１８７８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ａｌを主成分とする電極パッドのＣｕの含有率を上げることによって、電極パッド表面のＣｕの酸化が進む。このため、ワイヤーボンディング時に新生面が出づらくなり、電極パッドとＣｕワイヤとの接合強度の低下を防ぐために接合時のパワーを上げる必要がある。その結果、硬いＣｕワイヤーによるボンディング時に、電極パッド下の半導体素子に損傷を与えるという問題があった。
【０００６】
上記問題点に鑑み、本発明は、Ｃｕワイヤーによるボンディング時に電極パッド下の半導体素子に損傷が生じない半導体装置及び半導体装置の製造方法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】
本発明の一態様によれば、銅を主成分とするボンディングワイヤによる電気的接続が可能な半導体装置であって、半導体素子と、半導体素子上に配置されたアルミニウムよりも硬い金属からなる電極パッドと、電極パッド上に配置された、ボンディングワイヤが接続されるアルミニウム膜からなる金属層とを備える半導体装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、半導体素子と、記半導体素子上に配置され、アルミニウムよりも硬い金属からなる電極パッドと、電極パッド上に配置された、アルミニウムからなる金属層と、金属層の上部に形成された、銅とアルミニウムの合金層と、合金層に接続された、銅を主成分とするボンディングワイヤとを備える半導体装置が提供される。
【０００９】
本発明の更に他の態様によれば、アルミニウムよりも硬い金属からなる電極パッドが表面に配置された半導体素子を準備するステップと、電極パッド上にアルミニウム膜からなる金属層を形成するステップと、金属層に銅を主成分とするボンディングワイヤを接合するステップとを含む半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｃｕワイヤーによるボンディング時に電極パッド下の半導体素子に損傷が生じない半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置のボンディング後の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１３】
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
本発明の実施形態に係る半導体装置１は、Ｃｕを主成分とするボンディングワイヤによる電気的接続が可能な半導体装置である。半導体装置１は、図１に示すように、半導体素子１０と、半導体素子１０上に配置された、Ａｌよりも硬い金属からなる電極パッド２０と、電極パッド２０上に配置された、ボンディングワイヤが接続されるＡｌ膜からなる金属層３０とを備える。
【００１５】
半導体素子１０は、半導体基板上に各種の半導体層や絶縁膜を積層した積層体１１からなり、図示を省略する電極や配線層を有する。積層体１１の上面には、絶縁膜１２が配置されている。電極パッド２０は、絶縁膜１２に設けられた開口部（図示略）において、半導体素子１０の電極や配線層と電気的に接続している。絶縁膜１２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、ポリミド膜などである。
【００１６】
電極パッド２０は、例えば、Ａｌを主成分とし且つＣｕを含有する金属からなる。このとき、電極パッド２０における銅の含有率は、例えば０．３〜５．０重量％程度である。電極パッド２０の膜厚は、例えば１μｍ〜２μｍ程度である。
【００１７】
金属層３０は、９９．９９重量％以上のＡｌ膜である。金属層３０の膜厚は、１μｍ〜５μｍ程度、好ましくは３μｍ〜５μｍ程度である。金属層３０の膜厚が３μｍ以上であれば、通常、金属層３０にＣｕワイヤをボンディングした後も電極パッド２０上に金属層３０が残った状態になる。
【００１８】
図１に示した半導体装置１にボンディングワイヤ４０を接合した例を、図２に示す。ボンディングワイヤ４０は、Ｃｕを主成分とするＣｕワイヤである。
【００１９】
ボンディングワイヤ４０は、例えば超音波ボンディングによって金属層３０に接合される。超音波によってボンディングワイヤ４０と金属層３０の表面が擦り合わされて、新生面がそれぞれ生成される。これらの新生面同士が密着することによって異種金属間の凝着が進行し、ボンディングワイヤ４０と金属層３０が接合される。このとき、金属層３０の上部のＡｌがボンディングワイヤ４０のＣｕと反応して、ＡｌとＣｕの合金層３５が形成される。
【００２０】
その結果、図２に示すように、ボンディングワイヤ４０が接合された半導体装置１は、半導体素子１０、電極パッド２０、Ａｌ膜からなる金属層３０、及びＡｌとＣｕの合金層３５が積層された構造である。合金層３５にボンディングワイヤ４０が接続されている。
【００２１】
ボンディングワイヤ４０は、電極パッド２０と半導体装置１のインナーリードとを電気的に接続するワイヤとしても、電極パッド２０と半導体装置１を搭載するプリント基板上の配線パターンとを電気的に接続するワイヤとしても使用される。
【００２２】
半導体装置１では、電極パッド２０上に金属層３０を配置することにより、電極パッド２０の表面が露出しない。このため、電極パッド２０表面のＣｕの酸化を防止できる。
【００２３】
Ｃｕワイヤであるボンディングワイヤ４０は硬いため、ボンディングワイヤ４０を電極パッド２０に接合するときに、電極パッド２０下の半導体素子１０に損傷を与えるおそれがある。
【００２４】
しかし、半導体装置１では、電極パッド２０上に配置された金属層３０が電極パッド２０よりも柔らかい。このため、金属層３０によってボンディング時の衝撃が緩衝され、ボンディング時における電極パッド２０下方の絶縁膜１２の損傷を抑制できる。
【００２５】
また、電極パッド２０のＣｕ含有率が高いと、ダイス工程時に水と反応して電極パッド２０にピンホールが発生するコロージョンによって接合面積が減少し、ワイヤーボンディングの接合強度が低下する問題がある。しかし、半導体装置１では、電極パッド２０上に金属層３０が配置されているため、電極パッド２０表面でのピンホール発生が防止される。このため、接合強度を高く維持できる。
【００２６】
したがって、半導体装置１では、電極パッド２０上にＡｌ膜からなる金属層３０を配置することにより、電極パッド２０にＣｕワイヤを直接接合する場合と比べて、ワイヤーボンディング条件を緩和することができる。例えば、ボンディング時の加重を大きくし、超音波のエネルギーを小さくできる。これにより、半導体素子１０の受けるダメージを小さくできる。
【００２７】
上記のようにワイヤーボンディング条件を緩和することができるため、半導体装置１の製造が容易になる。
【００２８】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る半導体装置１では、Ａｌよりも硬い金属からなる電極パッド２０上にＡｌ膜からなる金属層３０が配置され、金属層３０にＣｕワイヤであるボンディングワイヤ４０が接合される。金属層３０によってボンディング時の衝撃が緩衝されるため、半導体装置１によれば、ボンディング時に電極パッド２０下方の半導体素子１０に損傷が生じない半導体装置を提供することができる。
【００２９】
（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３０】
既に述べた実施形態の説明においては、電極パッド２０の材料がＡｌとＣｕである場合を例示的に説明したが、Ａｌを主成分とし且つＣｕを含有するのであれば、電極パッド２０の材料はこれに限られない。例えば、Ａｌを主成分とし、Ｃｕの含有率が０．３〜５．０重量％であり、且つシリコン（Ｓｉ）を含有させた電極パッド２０であってもよい。
【００３１】
また、本発明の実施形態は、半導体素子（半導体素子の電極パッドと半導体素子の金属層を含む）とワイヤを樹脂で覆った樹脂封止型半導体装置として適応することができる。例えば、樹脂はエポキシ樹脂、ハロゲンフリー樹脂を使用することができる。
【００３２】
また、ボンディングワイヤ４０に、酸化防止のために金属めっきを被覆したワイヤも採用可能である。例えば、ボンディングワイヤ４０にパラジウム（Ｐｄ）めっきＣｕワイヤを使用することができる。
【００３３】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１…半導体装置
１０…半導体素子
１１…積層体
１２…絶縁膜
２０…電極パッド
３０…金属層
３５…合金層
４０…ボンディングワイヤ
【図１】
2013004779.tif 000003
【図２】
2013004779.tif 000004