(57)【要約】【課題】ボンディングワイヤと内部電極との接合において、接合の安定性、接合の強度、接合の抵抗の小ささ、工程数の減少を達成する半導体装置を提供。【解決手段】本発明にかかる半導体装置の一例は、銅を主成分とする金属層１０８と、銅と反応しない絶縁体からなり、金属層１０８の表面に直接形成されている第１の絶縁層１１０と、銅を主成分とするボンディングワイヤ１６６と、を備え、金属層１０８は、ボンディングワイヤ１６６と接合されているボンディング領域１８４を含み、ボンディング領域１８４は、第１の絶縁層１１０の複数の破片１１０Ａを含んでいる、ことを特徴とする。【選択図】図６
2013118310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属を主成分とする金属層と、
前記第１の金属と反応せず且つ前記第１の金属以外の第２の金属から生成された絶縁体からなり、前記金属層の表面に直接形成されている第１の絶縁層と、
前記第１の金属を主成分とするボンディングワイヤと、を備え、
前記金属層は、前記ボンディングワイヤと接合されているボンディング領域を含み、
前記ボンディング領域は、前記第１の絶縁層の複数の破片を含んでいる、ことを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
前記接合は、前記ボンディングワイヤの第１の金属、および前記金属層の第１の金属が、固相接合の原理によって達成されてい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】
前記ボンディング領域の中心部における単位面積の前記複数の破片の数は、前記ボンディング領域内の周囲部における単位面積の前記複数の破片の数よりも少ない、ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ボンディング領域は、前記複数の破片を立体的に含む、ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記破片のサイズは、１μｍ以下である、ことを特徴とする、請求項３、又は４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の金属は、銅であり、
前記第１の絶縁層は、酸化層、窒化層、若しくは炭化層のいずれか、又は少なくともそれらの２以上の組み合わせ、から成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７】
前記酸化層は、前記第２の金属の主成分がすべて酸化された金属酸化物から成る、ことを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の金属は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、若しくはＺｒのいずれか、又は少なくともそれらの２以上の組み合わせ、から成ることを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記窒化層は、前記第２の金属の主成分がすべて窒化された金属窒化物から成る、ことを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２の金属は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、若しくはＺｒのいずれか、又は少なくともそれらの２以上の組み合わせ、から成ることを特徴とする、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記炭化層は、前記第２の金属の主成分がすべて炭化された金属炭化物から成る、ことを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第２の金属は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、若しくはＺｒのいずれか、または少なくともそれらの２以上の組み合わせ、から成ることを特徴とする、請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第１の絶縁層は、１μｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項１、７、９、及び１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記金属層を積層する半導体基板と、
前記半導体基板上に積層され、前記ボンディング領域の周囲に配置される第２の絶縁層と、を更に備え、
前記第１の絶縁層は、更に、前記第２の絶縁層の表面、又は前記半導体基板と前記第２の絶縁層との間、に配置され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１５】
前記金属層を積層する半導体基板と、
前記半導体基板と前記金属層との間に配置され、前記第１の金属以外の第３の金属を主成分とし、前記金属層に電気的に接合される導電層と、を更に備え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１６】
前記金属層に電気的に接続されるパワーデバイスの内部回路を、更に備え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１７】
前記金属層を積層する半導体基板と、
前記半導体基板の内部に配置され前記金属層に電気的に接続される内部回路と、を更に備えることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記金属層の一部は、外部端子として当該半導体装置の外部に露出している、ことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１９】
絶縁材を更に備え、
前記金属層は、前記絶縁材の表面に形成されている、ことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記金属層は、前記ボンディングワイヤの一端および他端のそれぞれに接合される互いに電気的に分離された第１金属部および第２金属部を含み、
前記第１の絶縁層は、前記第１金属部および第２金属部のそれぞれの表面に直接形成される第１絶縁部および第２絶縁部を含む、ことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか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、半導体装置、半導体装置製造方法及び半導体装置を含むシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、１アンペア程度以上の大電流を流すパワーデバイスなどの半導体装置について、その半導体装置が含むチップと半導体装置が有する外部端子との接続は、アセンブリ製造コストが安く、構造的な自由度が高いことから、ワイヤボンディング接続がよく用いられている。チップが有するチップパッドの材としては、アルミニウム（以下アルミまたはＡｌと表記することあり）または銅（以下Ｃｕと表記することあり）が用いられるのが一般的である。チップパッドの主材がアルミの場合、チップパッド上に更に銅の金属膜を施し、その銅の金属膜の上に、アルミまたは銅（好ましくは銅）のワイヤでワイヤボンディングする構造が使用されている。他方、チップパッドの主材が銅である場合、その層の金属膜の上に、銅のワイヤでボンディングする。つまり、チップパッドの材およびワイヤボンディングの材は、一般的にＣｕが主成分として使われている。
【０００３】
Ｃｕは、他の金属と比べ、電気抵抗率が例えばアルミよりも低く、大電流（１アンペア以上）または大消費電力（≧１〜１００Ｗ）を流すことも可能で、更にコストが安いというメリットがあるからである。
【０００４】
ただし、チップパッドである内部電極（金属膜）の表面をＣｕのままとすると、ワイヤボンディング工程に進む時点までにそのＣｕ表面に銅の酸化膜が形成されてしまう。よって、ボンディングワイヤとチップパッド（内部電極）との間の接続抵抗値を小さくして安定した電気的な導通を確保することは困難である。ワイヤボンディング工程前に銅の酸化膜をクリーニングすることは、工程が増加するので好ましくない。更に、クリーニング後からワイヤボンディング工程において、酸化しないようにする工程管理及び製造装置も必要である。
【０００５】
よって、現在、内部電極の主金属膜Ｃｕの表面が酸化する前、またはＣｕの酸化膜を除去した後、その主金属膜Ｃｕの表面に金Ａｕ（以下Ａｕと表記することあり）等の酸化防止膜を形成している。特に、Ａｕは、酸化防止膜としての機能の他、ボンディングワイヤ材であるＣｕとの間（つまりＣｕとＡｕという異種金属間）の相互拡散による金属固溶体を得やすく、かつ、その固溶体(Solid solution)は安定であり、接続抵抗値が安定した信頼性の高い接続が得られる。
【０００６】
他方、例えば特許文献１〜４に記載のように、主金属膜としてのＣｕの表面に、内部電極の主金属膜Ｃｕの酸化防止膜としてＡｌの酸化防止膜を付す技術が開示される。酸化防止膜としてのＡｌと、ボンディングワイヤ材であるＣｕとの間（つまりＣｕとＡｌという異種金属間）の相互拡散による金属固溶体(Intermetalic compound)が得られる。酸化防止膜Ａｌの表面へのＣｕワイヤボンディングは、現状、一般的な技術となっている。
【０００７】
特許文献５は、Ｔｉ／Ａｌ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮからなる積層構造の配線層５が、Ａｕワイヤ８と接合することを開示する。Ａｌ−Ｃｕは、Ａｌを主成分とする。言い換えれば、Ａｌ−Ｃｕの合金層の上面にＴｉＮが形成される。
【０００８】
特許文献６は、液晶ディスプレイなどのアレイ基板のゲート線及びシグナル線の構造として、銅または銅合金層と、その上面に形成された窒素を含有する第２金属化合物膜を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１７７１０４号公報
【特許文献２】特開平８−７８４５９号公報
【特許文献３】特許第４０５６３９４号公報
【特許文献４】米国特許第６，６９３，０２０号明細書
【特許文献５】特開２００３−２７３１１３号公報
【特許文献６】特開２００５−２１７０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
Ａｕの酸化防止膜は、コストが高いというデメリットがある。他方、特許文献１〜４に記載のＡｌの酸化防止膜は、Ａｕに比較して安価である。しかし、例えば特許文献２において生成される、ＡｌとＣｕの合金、すなわち異種金属間の相互拡散による金属間化合物は、ＡｕとＣｕの金属固溶体と比較して、接合が不安定で硬度も硬く、信頼性（接合強度）が低下する。異種金属間の相互拡散には、カーケンダル現象が少なからず生じ、接合面にボイドが生ずるからである。特に温度や電流値などに対して高信頼性を求められるデバイスには、適用困難な場合がある。特許文献５においてもＡｕボンディングワイヤはコストが高く、更に、Ａｌ−Ｃｕの合金層とＡｕボンディングワイヤとの接合は金属間化合物であり、接合が不安定で信頼性（接合強度）が低下する。特許文献６は、銅または銅合金層と、その上面に形成された窒素を含有する第２金属化合物膜を開示するも、ボンディングワイヤを開示せず、更に、ボンディングワイヤ材の種別、及びその種別による接合に関する課題、及び示唆を一切開示していない。
【００１１】
なお合金には、接合強度の高い順番に、「金属固溶体」「共晶（eutectic）」「金属間化合物」の３種類の状態がある。「金属固溶体」は２種類以上の元素が完全に溶け込んでいる（混ざった）状態である。「共晶」は成分の金属が結晶レベルではそれぞれ独立している状態である。「金属間化合物」は、原子レベルで、一定割合で結合した状態である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる半導体装置の代表的な構成は、第１の金属を主成分とする金属層と、前記第１の金属と反応せず且つ前記第１の金属以外の第２の金属から生成された絶縁体からなり、前記金属層の表面に直接形成されている第１の絶縁層と、前記第１の金属を主成分とするボンディングワイヤと、を備え、前記金属層は、前記ボンディングワイヤと接合されているボンディング領域を含み、前記ボンディング領域は、前記第１の絶縁層の複数の破片を含んでいる、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる半導体装置の代表的な製造方法は、第１の金属を主成分とする金属層を形成する金属層形成工程と、前記第１の金属と反応せず且つ前記第１の金属以外の第２の金属から生成された絶縁体からなる第１の絶縁層を前記金属層のうち、少なくとも、ボンディングワイヤと接合されるボンディング領域に直接形成する第１の絶縁層形成工程と、前記第１の金属を主成分とするボンディングワイヤによって前記第１の絶縁層の一部を破壊する破壊工程と、前記第１の絶縁層の複数の破片を前記金属層の所定のボンディング領域に含ませつつ前記ボンディング領域に前記ボンディングワイヤを接合するボンディング工程と、を備える、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかるシステムの代表的な構成は、半導体装置と、前記半導体装置によって制御される被制御装置とを備え、前記半導体装置は、第１の金属を主成分とする金属層と、前記第１の金属と反応せず且つ前記第１の金属以外の第２の金属から生成された絶縁体からなり、前記金属層の表面に直接形成されている第１の絶縁層と、前記第１の金属を主成分とするボンディングワイヤと、を備え、前記金属層は、前記ボンディングワイヤと接合されているボンディング領域を含み、前記ボンディング領域は、前記第１の絶縁層の複数の破片を含んでいる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ボンディングワイヤと内部電極との接続工程において、１．接合の安定性、２．接合の強度、３．接合の抵抗の小ささ、４．工程数の減少、の少なくともいずれか一点について著しく優位な半導体装置を提供することが可能である。また、銅を主成分とする金属層の酸化防止膜として銅と反応しない絶縁体を用いるので、異種金属によって生ずる脆弱な金属間化合物である合金が介在せず、カーケンダル現象によるボイドが生じず、接合の安定性に優れ、接合強度の高い銅を主成分とするボンディングワイヤによるボンディングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。
【図２】図１に対応する半導体装置製造方法の前半のフローチャートである。
【図３】図１の続きであり、本発明の第１の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。
【図４】図３に対応する半導体装置製造方法の後半のフローチャートである。
【図５】図４のワイヤボンディング工程の一部である。
【図６】図４のワイヤボンディング工程の一部である。
【図７】図４のワイヤボンディング工程の一部である。
【図８】図７の変形例である。
【図９】図６（ｂ）のボンディング領域で達成されている固相接合の原理を示す図である。
【図１０】本発明による半導体装置の実施形態と比較する比較例を示す図である。
【図１１】図１０（ａ）のＡｕ酸化防止膜をＡｌ酸化防止膜に変更した構造を有する特許文献３にて想定される層構造の断面図である。
【図１２】異種金属を接合する際の界面を例示する図である。
【図１３】異種金属間で生じるカーケンダルボイド（カーケンダル現象、カーケンダル効果）を例示する図である。
【図１４】図１１に示した特許文献３の層構造と、図６（ｂ）に示した本願発明の実施形態のそれとを対比する図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。
【図１６】図１５に対応する半導体装置製造方法のフローチャートである。
【図１７】本発明の第３の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。
【図１８】図１７に対応する半導体装置製造方法のフローチャートである。
【図１９】本発明の第４の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。
【図２０】図１９に対応する半導体装置製造方法のフローチャートである。
【図２１】本発明の第５の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。
【図２２】図２１に対応する半導体装置製造方法のフローチャートである。
【図２３】本発明の第６の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。
【図２４】本発明の第７および第８の実施形態である半導体装置の中間体を示す断面図である。
【図２５】図７の半導体装置の実施形態を利用した制御システムを例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
発明を実施する本発明の一つの実施例は、以下に示される。但し、本願の請求内容はこの実施例に制限されないことは言うまでもない。
【００１８】
本発明によれば、共に銅を主成分とするボンディングワイヤと金属層との間で、同種金属による接合が行われる。それは、固相接合（solid-phase bonding）の原理による接合である。ボンディングワイヤが接続する先の物質である銅の金属層には、その金属層の酸化及び合金層の形成を抑制する保護膜が付される。その保護膜は、同種金属同士の固相接合を実現させ、その固相接合の効果を低下させないような性質でなければならない。よって、保護膜自身も、銅と反応しない材質、つまり合金を形成しない材質でなければならない。保護膜は、銅と反応しない材質から生成され、例えば、銅以外の金属が実質的にすべて酸化された酸化膜（酸化物）、若しくは窒化膜（窒化物）、又は炭化膜（炭化物）、等が、好適である。
【００１９】
言い換えれば、本願は、金属層の表面に特許文献２，３，４に記載のような異種金属によって生ずる脆弱な金属間化合物である合金が介在しないので、カーケンダル現象によるボイドが生じず、接合の安定性に優れ、接合強度の高いボンディングが可能となる。
【００２０】
本発明のような構成が実現できているのは、銅と反応しない絶縁体からなる第１の絶縁層を破壊することによって、同種金属であるボンディングワイヤと金属層とを接合するという製造方法で得られるからである。銅と反応しない絶縁体からなる第１の絶縁層は、ボンディングワイヤを金属層に接触させて機械的なストレス（所定の荷重、超音波振動、熱（超音波振動１７６による摩擦熱を含む））を加えることにより、破壊可能な程度の破壊靭性（fracture toughness）を有する材質である。破壊靭性は、対語として脆性破壊（brittle failure）とも表現できる。本発明における第１の絶縁層（保護膜）は、ベストモードとして、１．他の金属との合金層を形成しない、２．硬度が高い、つまり固い材料、３．破壊靭性が低い、つまり割れやすく脆い材料、４．厚みが薄い、５．安い材料、を満足する酸化物、窒化物、炭化物の材料であり、好ましい金属としてＡｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、若しくはＺｒのいずれか、又は少なくともそれらの２以上の組み合わせ、から成る金属である。これら第１の絶縁層は、共有結合、またはイオン性を含む共有結合の特徴を有する。ベストモードとしては、共有結合である。窒化物や炭化物の多くが共有結合である。一般的に、共有結合は、イオン性を持つ共有結合より、硬くて脆い特性を有するからである。酸化物の多くがイオン性を持つ共有結合である。イオン性を含む共有結合は、共有結合より強度が弱いものが一般的であり硬さは劣るが、脆い材料であり本発明における第１の絶縁層として適用できる。つまり、銅と反応しない絶縁体からなる第１の絶縁層が破壊されるため、金属層のワイヤボンディング領域は、破壊された第１の絶縁層の複数の破片を含んでボンディングワイヤに接合されている。
【００２１】
第１の絶縁層は銅と反応しない金属を元に作られている。対峙する一例として、銅を元に作った酸化銅を用いる場合、その酸化銅は、主成分を銅とするボンディングワイヤを接触させて機械的なストレスを加えても破壊されにくく、上記のような第１の絶縁層の破壊による半導体装置と少なくとも同等の信頼性を得られない。
【００２２】
特許文献３，４で作った金属層の保護膜の構造には合金層が含まれている。この合金層は、ワイヤボンディング時、本願発明に比較して破壊されにくく、また金属間化合物によって、「ボンディングワイヤのＣｕ」と「金属層のＣｕ」とは直接接合しにくい。一方、本発明では、「金属層のＣｕ」の上にはＣｕと反応しない第１の絶縁層（一例として酸化Ａｌなどの酸化膜だけで構成）が形成され金属間化合物を含まずカーケンダル現象によるボイドも生じないので、ワイヤボンディング時、第１の絶縁層が破壊され「ボンディングワイヤのＣｕ」と「金属層のＣｕ」とが直接接合される。よって、本発明によれば、特許文献３の合金層をボンディングワイヤで破壊する構造よりも、更に信頼性が高いと言える。一例として、銅はアルミより比抵抗（電気抵抗率）が小さいことも含めて、１アンペア程度以上の大電流を流すパワーデバイスに好適である。
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本文および図面では、同様の素材からなる要素が、複数の異なる実施形態に含まれるときには、同一の符号によって指示することとする。
【００２４】
（半導体装置：第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。図２は、図１に対応する半導体装置製造方法の前半のフローチャートである。図１（ｅ）に示すように、本実施形態における半導体装置の中間体１００は、例えばシリコン（Ｓｉ）製の半導体基板１０２を備える。図１が示す中間体１００は、半導体ウェハ（以下、単にウェハと呼ぶことがある）の一部の断面を示している。中間体１００は、Ｓｉ製の半導体基板１０２中のトランジスタや抵抗、キャパシタ等で構成された電気回路である内部回路１０４と電気的に接続され半導体基板１０２上に形成された内部電極（金属の導電層）１０６を備える。内部電極１０６は、例えばアルミニウムとしてよく、金属層１０８と電気的に接合されている。金属層１０８は、所謂チップパッドである。チップパッドは、後述する外部から電気的な接続手段としてワイヤがボンディングされるボンディング領域１８４（図６（ｂ））を有する。内部回路１０４は、金属層１０８に電気的に接続されるパワーデバイスの内部回路としてよい。なお内部回路１０４は、図１（ｅ）以外の図では図示を省略している。尚、後述するが、半導体基板１０２はポリカーボネート、フッ素樹脂系、ビスマレイミドトリアジン樹脂（BTレジン;Bismaleimide-Triazine Resin；商品名）、エポキシ樹脂系のFR-4（耐燃性ガラス基材エポキシ樹脂積層板）等の絶縁体としてもよい。半導体ウェハは、Si（シリコン）ウェハ以外に、SiC（シリコンカーバイド）ウェハ、サファイアウェハ、化合物半導体ウェハ(GaP（リン化ガリウム）ウェハ、GaAs（ヒ化ガリウム）ウェハ、InP（リン化インジウム）ウェハ、GaN（窒化ガリウム）ウェハ）を用いることも出来る。
【００２５】
内部電極１０６上には、銅を主成分とする金属層１０８が形成されている。金属層１０８の表面には、第１の絶縁層１１０が直接形成されていて、これは、銅と反応しない絶縁体からなり、例えば酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウムのいずれか、またはそれらの組み合わせ、としてよい。、若しくは窒化物、又は炭化物を用いてもよい。窒化物の例示としては窒化アルミニウム(AlN)、窒化スズ（SnN）、窒化タンタル(TaN)、窒化ジルコニウム(ZrN) のいずれか、またはそれらの組み合わせ、炭化物の例示としては炭化アルミニウム(AlC) 、炭化スズ（SnO）、炭化タンタル(TaC)、炭化ジルコニウム(ZrC)いずれか、またはそれらの組み合わせ、が、好ましい。これらの酸化数は、任意である。更に、これらの酸化物、窒化物、炭化物のいずれかの組み合わせでもよい。様々な組み合わせにより、それぞれ最適な特性を実現できる。第１の絶縁層１１０は、１μｍ（マイクロメートル）以下の厚さを有する。より好ましくは、１ｎｍ〜１００ｎｍ（ナノメートル）の厚さを有する。第１の絶縁層１１０の材の選択により、それぞれ最適な厚さを選択でき、それぞれ最適な特性を実現できる。
【００２６】
半導体基板１０２上にはさらに、第２の絶縁層１１２が積層されている。これは窒化膜（例えば、シリコン窒化膜）、又は酸化膜（例えば、リン珪酸ガラス（ＰＳＧ：Phosphorous Silicate Glass）、ほう珪酸ガラス（ＢＳＧ：Boron Silicon Glass）、ほう素リン珪酸ガラス（ＢＰＳＧ：Boron Phosphorus Silicon Glass））、としてよい。更に、第２の絶縁層１１２は、例えば、半導体基板１０２を保護する所謂パッシベーション膜を含んでいてよい。パッシベーション膜の代表例は、ポリイミドの材質である。第２の絶縁層１１２は内部電極１０６を封止し、金属層１０８の側面までの高さを有している。尚、内部電極１０６及び金属層１０８は、例えば業界において周知なＷＬＰ（Wafer Level Packaging）で形成される再配線層及びポスト電極でもよい。
【００２７】
図１（ｅ）の中間体１００は、図２の製造方法によって製造される。工程１２０ではフォトリソグラフィー、イオン注入、デポジット、及びエッチング等を用いた所謂半導体の前工程であるウエハプロセスを行い、少なくとも内部回路１０４及び内部電極１０６を有する半導体基板１０２上に第２の絶縁層１１２を成膜し、エッチングすることによって図１（ａ）の状態とする。
【００２８】
工程１２２ではメタルマスク１４０を所定の位置に配置する（図１（ｂ））。このときメタルマスク１４０に代えてフォトレジストを用いてもよい。メタルマスク１４０は所定のパターン（孔１４２）を有している。
【００２９】
工程１２４ではメタルマスク１４０を通して内部電極１０６上に金属層１０８を形成する（図１（ｃ））。この金属層形成工程１２４は、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理気相成長法）またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着法）を用いて行ってよい。
【００３０】
工程１２６では、第１の絶縁層１１０を形成する（図１（ｄ））。この第１の絶縁層形成工程１２６もＰＶＤまたはＣＶＤを用いて行ってよく、第１の絶縁層１１０を、金属層１０８のうち、少なくとも、後述のボンディングワイヤ１６６（図３（ｃ））と接合されるボンディング領域１８４（図６（ｂ））に直接形成する。
【００３１】
工程１２８では、メタルマスク１４０をリフトオフして除去する（図１（ｅ））。これによって、金属層１０８のうち、メタルマスク１４０上に積層されたものも除去され、ウエハレベルで中間体１００が完成する。
【００３２】
図２に示すように、工程１２２から工程１２８までは、ブロック１３０で示すように、同一の炉（チャンバ。図示省略）内で真空状態を維持して遂行する。特に金属層形成工程１２４および第１の絶縁層形成工程１２６を同一チャンバ内で行う、すなわち真空を破壊しないでターゲットまたはガスを変えて行うため、ウエハが酸素に触れることがない。したがって、金属層１０８は酸化しない。これによって金属層１０８の上に「直接」、第１の絶縁層１１０を金属層１０８の保護膜として形成可能である。
【００３３】
図３は図１の続きであり、本発明の第１の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。図４は図３に対応する半導体装置製造方法の後半のフローチャートである。図４に示すように、図２のプロセスの後、ダイシング工程１５０によってウエハを各チップに分割する。分割しただけなので、各チップの構造は図３（ａ）に示す通り、中間体１００のままである。
【００３４】
ダイボンディング工程１５２では、半導体基板１０２の下面に、接着材１６２を介してリードフレームのダイステージ部１６４にチップを接着し、図３（ｂ）の状態とする。
【００３５】
（ワイヤボンディング工程）
ワイヤボンディング工程１５４では、銅を主成分とするボンディングワイヤ１６６を金属層１０８およびリードフレームのリード部１６８にそれぞれ接合し、図３（ｃ）の状態とする。図５、図６および図７はそれぞれ、図４のワイヤボンディング工程１５４の一部を詳述した図である。図５および図６は、ボンディングワイヤ１６６と金属層１０８との接合を示す断面図であり、図７はボンディングワイヤ１６６とリードフレームのリード部１６８との接合を示す断面図である。
【００３６】
ワイヤボンディング工程１５４では、図５（ａ）に示すように、まず、ボンディングワイヤ１６６の一端を球形のボール部１６６Ａに成形する。このボール部１６６Ａは、図示しないが、アルゴンガスと水素ガス等の還元ガスを供給しながら、キャピラリ１７０の穴を通した銅を主成分とするボンディングワイヤ１６６の先端部分を、電気トーチの熱エネルギにより溶融することで成形可能である。ボール部１６６Ａの表面は、還元ガスにより酸化しにくくなっている。
【００３７】
次に、図５（ａ）に示すように、キャピラリ１７０に荷重１７２をかけてチップ側に下降させ、ボンディングワイヤ１６６と第１の絶縁層１１０とを接触させる。さらに図５（ｂ）に示すように荷重１７２をかけると、ボンディングワイヤ１６６によって、第１の絶縁層１１０の一部が破壊される。破壊されて生じたクラック１７４の間からボンディングワイヤ１６６が押し出され、金属層１０８に接触する。例えば、第１の絶縁層１１０の厚さは、１μｍ以下である。
【００３８】
同時に、図６（ａ）に示すように、荷重１７２、超音波振動１７６、ボール部１６６Ａの球形状の相乗効果による第１の絶縁層１１０の拭き取り効果で、第１の絶縁層１１０の破片が、ボール部１６６Ａと金属層１０８との接触面から矢印１７８に示すように押しのけられる。かかる機械的ストレスによって、ボンディングワイヤ１６６の銅と金属層１０８の銅との接触面積が増大する。接触した面では、荷重１７２と熱１８０（超音波振動１７６による摩擦熱を含む）により、ボンディングワイヤ１６６の銅、および金属層１０８の銅という同一金属同士の固相接合１８２が達成される。
【００３９】
ボンディングワイヤ１６６と金属層１０８との接合の最終的な構造を、図６（ｂ）に示す。本文では、金属層１０８のうち、ボンディングワイヤ１６６と接合されている３次元的な領域をボンディング領域１８４と呼ぶ。ボンディング領域１８４の周囲には第１の絶縁層１１０及び第２の絶縁層１１２が配置されることとなる。ボンディング領域１８４は、第１の絶縁層１１０の破片１１０Ａを含んでいる。ボンディング領域１８４は、幾つかの特徴を有している。一つ目は、複数の破片１１０Ａが、ボンディング領域１８４の中心よりもボンディング領域１８４の左右（上面から見るとボンディング領域１８４内の周囲）に多く存在する点である。これは、前述の第１の絶縁層１１０の拭き取り効果による。この構造の特徴により、固相接合１８２を確実に実現し、その面積の増大を実現している。よって、ボンディング領域１８４の寄生抵抗値が小さい。二つ目は、複数の破片１１０Ａが、立体的に分散される点である。言い換えれば、ボンディング領域１８４は立体である。これにより、平面に敷設されていた第１の絶縁層１１０が、機械的ストレスによって、複数の破片１１０Ａとなって立体的に分散する。この構造の特徴により、ボンディング領域１８４内の周囲においても、固相接合１８２を確実に実現し、その面積の増大を実現している。よって、ボンディング領域１８４の寄生抵抗値が小さい。尚、図６（ｂ）においては、複数の破片１１０Ａが円弧状に分散しているが、製造条件（荷重１７２、超音波振動１７６、ボール部１６６Ａの球形状のそれぞれの条件）によって、複数の破片１１０Ａの分散の態様は変化する。図６（ｂ）の図示においては、複数の破片１１０Ａは、金属層１０８の領域に円弧状に分散されているが、製造条件によっては複数の破片１１０Ａの一部は、ボール部１６６Ａ側に分散される。即ち、ボンディング領域１８４の立体は、変化する。三つ目は、少なくともボンディング領域１８４の中心に点在する破片１１０Ａのサイズ（破断されたサイズ）が１μｍ以下と小さいことである。これは、主に荷重１７２及び超音波振動１７６による。ボンディング領域１８４の平面的な視点による一片のサイズが５０μｍ程度であれば、固相接合１８２が確実に実現される。
【００４０】
このように、銅同士が固相接合されているボンディング領域１８４には、第１の絶縁層１１０の破片１１０Ａが含まれているが、第１の絶縁層１１０は安定な絶縁体（例えば酸化アルミニウム）であるため、銅と反応しない。すなわち銅との金属化合物を発生しにくく、カーケンダル現象によるボイドが生じない。よって、信頼性の高い銅同士の接合（接合の安定性に優れ、接合強度の高い）が可能となる。
【００４１】
次に、図７に示すように、ボンディングワイヤ１６６の他端１６６Ｂを、リードフレームのリード部１６８に接合する。リード部１６８は金属層１０８と同様に銅を主成分としていて、その表面には第１の絶縁層１１０が形成されている。リード部１６８は、半導体装置２００の外部に一部が露出していて、外部端子を構成している。金属層１０８の表面に形成される第１の絶縁層１１０と、リード部１６８の表面に形成される第１の絶縁層１１０は、必ずしも同一の材質でなくともよい。後に封止される金属層１０８と、半導体装置２００の外部に一部が露出するリード部１６８とは、それぞれ求められる特性が異なるからである。半導体装置２００の外部に一部が露出するリード部１６８に形成された絶縁層１８６は、半導体装置２００のリード部１６８が半田等で外部と電気的に接続される工程（不図示）において、除外される場合がある。尚、リード部１６８の表面に形成される第１の絶縁層１１０は、少なくともボンディングワイヤ１６６が接続する面のみでもよい。その場合、絶縁層１８６を除外しなくとも、リード部１６８は半田と電気的に接続できる。更に、前記面内において、ボンディングワイヤ１６６が接続する領域のみでもよい。その場合、絶縁層１８６を設けなくとも、リード部１６８は半田と電気的に接続できる。
【００４２】
ボンディングワイヤ１６６の他端１６６Ｂとリード部１６８との接合の工程は、図示を省略するが、まず、図６のキャピラリ１７０を所定の高さまで上昇させ、リード部１６８の上まで移動する。この際、ボンディングワイヤ１６６がデバイス等へ接触するのを避けるため、キャピラリ１７０に所定の動作を加えてボンディングワイヤ１６６を、図７のように塑性変形させるのが一般的である。次にキャピラリ１７０を下降させ、ボンディングワイヤ１６６をリード部１６８に接触させる。
【００４３】
その後は図５および図６に示したのと同様の方法で、熱、荷重、超音波を加えてボンディングワイヤ１６６の他端１６６Ｂを変形させ、リード部１６８とボンディングワイヤ１６６とを接合させる。接合後、キャピラリ１７０を上昇させ、ワイヤクランパ（図示省略）を閉じ、ボンディングワイヤ１６６が変形した部分からボンディングワイヤ１６６をひきちぎる。これによって図７に示すように、半導体装置２００が完成する。尚、半導体装置２００を形成するのは、後述するモールディング工程１５６（封止工程）において適用される封止材１６７である。言い換えれば、封止材１６７は、少なくとも、第１の絶縁層１１０、ボンディングワイヤ１６６、及び第２の絶縁層１１２のそれぞれに接する。
【００４４】
図７の場合、ボンディングワイヤ１６６の一端１６６Ａに接合される金属層１０８（第１金属部）と、他端１６６Ｂに接合されるリード部１６８（第２金属部）という、分離された２つの金属部があり、いずれも銅を主成分としている。そして、それぞれの表面に直接形成された、第１の絶縁層１１０があり、リード部１６８に形成された第１の絶縁層１１０は、金属層１０８に形成され第１の絶縁層１１０と同様の、銅と反応しない絶縁体である。ボンディングワイヤ１６６の両端１６６Ａ、１６６Ｂのいずれの接合も、同種金属（銅）による固相接合を達成することは言うまでもない。
【００４５】
図８は図７の変形例である。図８では、図７のリードフレームのリード部１６８に代えて、半導体装置２０２の内部に備えられたＰＣＢなどの絶縁材１６５の表面に、銅を主成分とするメタライズド配線１８８が形成されている。メタライズド配線１８８の表面には第１の絶縁層１１０が形成されている。ボンディングワイヤ１６６とメタライズド配線１８８との接合の方法は、図７と同様である。尚、絶縁材１６５は、ポリカーボネート、フッ素樹脂系、ビスマレイミドトリアジン樹脂（BTレジン;Bismaleimide-Triazine Resin；商品名）、エポキシ樹脂系のFR-4（耐燃性ガラス基材エポキシ樹脂積層板）等の絶縁体としてもよい。
【００４６】
図９は、図６（ｂ）のボンディング領域１８４で達成されている固相接合の原理を示す図であり、第１の絶縁層１１０の破片１１０Ａと第１の絶縁層１１０の破片１１０Ａとの間の局所的な部位を示す。図９（ａ）に示すように、接合前は、ボンディングワイヤ１６６を構成する銅の原子と、金属層１０８を構成する銅の原子とによる、２つの清浄な金属表面２０４、２０６が存在する。
【００４７】
図９（ｂ）に示すように、これらの金属表面２０４、２０６が接触し、荷重１７２（図６（ａ））がかけられると、塑性変形により金属表面２０４、２０６が密着して消失し、１つの界面２０８に変化する。図９（ｃ）に示すように、さらに荷重１７２がかかると界面２０８も次第に消失していく。最終的には図９（ｄ）に示すように、原子拡散により界面２０８が完全に消失し、母材であるボンディングワイヤ１６６、金属層１０８と同様の組織となる。尚、銅の純度が限りなく高く、不純物が重量比でゼロに限りなく高いことはカーケンダル現象によるボイドの発生の視点からも好ましいが、純度１００％は工業生産的に非現実的である。本願の実施例で述べたように固相接合を基本とし、意図的に金属間化合物を生じさせないことが重要であって、不純物による異種金属間の相互拡散によって生じるボイドの発生が無視できる程度であれば、接合に関する本願から得られる信頼性は維持できる。その第１の視点で、本願の求める銅の主成分（重量比）が定義される。好ましくは、金属層１０８の純度とボンディングワイヤ１６６の純度とが、大きく異ならなければ問題ない。好ましくは、その第２の視点で、本願の求める銅の主成分が定義される。例えば、純度の視点であれば、９５％以上（ベストモードとしては、９９％以上）が好ましい。また、銅の金属層１０８からその他の層（例えば、半導体基板が含む内部回路）への拡散汚染を抑止するために、金属層１０８の底面及び側面に、その他の金属材による所謂バリアメタルを形成する構造が考えられる。しかし、ボンディング領域１８４に関連しなければ問題ない。更に、本願が開示する課題以外の目的で金属層１０８にイオンドーズを実行することがある。イオンドーズの領域がボンディング領域１８４に関連しなければ問題ない。仮に、関連する場合においても、ボイドの発生が無視できる程度であれば、接合に関する本願から得られる信頼性は維持できる。第１の絶縁層１１０の不純物比率、または酸化度合い、窒化度合い、炭化度合い、における考え方も、銅の純度の考え方と同様であることは言うまでもない。例えば、酸化度合いとしては、１００％酸化されることが最も好ましいが、実質的にすべて酸化されていれば、実質的に問題ない。
【００４８】
再び図４を参照し、モールディング工程１５６（封止工程）、切断＆リード曲げ工程１５８、外装めっき工程１６０を経て製品が完成する。これら工程の詳細は説明を省略する。
【００４９】
（比較例：Ａｕ酸化防止膜との対比）
図１０は、本発明による半導体装置の実施形態と比較する比較例を示す図である。図１０（ａ）は比較例における半導体装置２５０を例示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の部分拡大図である。この比較例では、図１０（ａ）に示すように、内部電極２５２としてＡｌ、その上に主金属膜２５４としてＣｕを形成し、Ｃｕの表面が酸化する前に、またはＣｕの酸化膜（酸化銅）を除去した後に、Ｃｕ表面に酸化防止膜２５６としてＡｕを形成している。
【００５０】
図１０（ａ）の領域２６０を拡大した図１０（ｂ）に示すように、Ａｕからなる酸化防止膜２５６は、酸化防止機能の他、ボンディングワイヤ２５８（Ｃｕ。つまりＡｕとは異種金属）との間の相互拡散による金属固溶体２６２を得やすく、この固溶体２６２は安定であり、接続抵抗値が安定した信頼性の高い接続が得られる。
【００５１】
但し、Ａｕの酸化防止膜は、コストが高いというデメリットがある。そこでＡｕからなる酸化防止膜２５６に代えてＡｌからなる酸化防止膜を用いる、例えば特許文献３，４と本発明とを、以下、対比する。
【００５２】
（本発明と特許文献３，４との対比）
図１１は、図１０（ａ）のＡｕからなる酸化防止膜２５６をＡｌからなる酸化防止膜２５８に置換した構造を有する特許文献３の層構造の断面図、及びそれから想定される層構造の断面図である。特許文献３，４では、まずＣｕ主金属膜（銅パッド）２５４（本発明の実施形態における「金属層１０８」に相当）の表面をクリーニングし、銅の酸化膜（酸化銅）を除去する。その後、Ｃｕ主金属膜２５４の酸化防止膜として、Ａｌ２５８（本発明の実施形態における「第１の絶縁層１１０」の原料となる金属に相当）を厚さ１〜５ｎｍ、ＣＶＤによって形成する。形成されたＡｌ２５８は、図１１（ａ）に示すように、Ｃｕ主金属膜２５４との接触面において銅との合金層２６４を生じる。一方、Ａｌ２５８の外表面ではＡｌの酸化が進行する。
【００５３】
したがって特許文献３の場合、図１１（ａ）に示すように、時間の経過とともに、Ｃｕ主金属膜２５４の表面には、内部から外部に向かって順番に、（１）銅とアルミニウムとの合金層２６４、（２）Ａｌ２５８（Ａｌ層）、（３）酸化アルミニウム層２６６、の３層が順番に積層されることとなる。
【００５４】
図１１（ｂ）は特許文献３にて想定される他の層構造を示す。最初にＣｕ主金属膜２５４の表面に形成される酸化防止膜としてＡｌ２５８が１ｎｍ程度のごく薄い厚みしか有しない場合には、Ａｌ２５８の全体がＣｕ主金属膜２５４の銅との合金となった後に酸化が進行することも考えられる。この場合、図１１（ｂ）に示すように、内部から外部に向かって順番に、（１）銅とアルミニウムとの合金層２６４、（４）同合金の酸化膜２６８の２層が順番に積層されることが想定される。
【００５５】
特許文献３，４では、上記の３層または２層からなる酸化防止膜が形成された後、製品を真空梱包し、後工程にてワイヤボンディングを実施する。しかし図１１（ａ）（ｂ）のいずれの層構造が形成されるにせよ、特許文献３，４は、上記（１）の合金層（金属間化合物）２６４を含んでいる。
【００５６】
図１２は、異種金属を接合する際の界面を例示する図である。図１２（ａ）は均等相互拡散、すなわち材料Ａ、Ｂの拡散速度がほぼ等しい場合の界面を例示する。異種金属の界面は加熱条件に応じて拡散速度が変化する。材料Ａ、Ｂが等しい拡散速度で拡散すると、図１２（ａ）のようになり、界面２７０は殆ど移動しない。
【００５７】
図１２（ｂ）は材料Ａ、Ｂの拡散速度が互いに異なる場合の相互拡散における界面を例示する。図１２（ｂ）では、材料Ｂの原子が小さく、材料Ａの原子の中に２倍拡散しやすい。かかる材料Ｂの拡散速度の速さを、材料Ａの原子に付記した矢印の２倍の長さの矢印で表している。その結果、材料Ａ、Ｂの界面２７０が右に移動しながら、材料全体が矢印２７２で示すように相対的に右に移動したように見える。
【００５８】
図１２（ａ）（ｂ）のいずれの場合も、材料Ａ、Ｂの互いの混じり合いは進行するが、いずれも剥離などの現象は起こらない。
【００５９】
図１３は、異種金属間で生じるカーケンダルボイド（カーケンダル現象、カーケンダル効果）を例示する図である。図１３では、ニッケル（Ｎｉ）めっき層２８２とＡｕめっき層２８４とを接合している。カーケンダル現象によって生ずるボイドは、接続される金属表面が汚れている等の界面に異物が残っている場合に生じる。図１３（ａ）に示すように、Ｎｉめっき層２８２の表面酸化物残渣２８６が、界面２８０に異物として残存していて、これが邪魔をして界面２８０の移動が妨げられ、ボイド２９０が発生する。発生したボイド２９０が、更に相互拡散を妨げ、更なるボイドを生ずる。
【００６０】
図１３の例では、Ａｕめっき層２８４中へのＮｉ原子の拡散が多く、Ｎｉめっき層２８２に原子が不足してボイド２９０が発生する。かかるカーケンダルボイド２９０が連なっているため、異種金属の結合の剥離の原因となる。これをカーケンダル現象という。図１１の合金層（金属間化合物）２６４は、ＣｕとＡｌの合金であり、図１３とは種類が異なるが、カーケンダルボイドが生じ、剥離しやすいという問題がある。
【００６１】
図１４は、図１１（ａ）（ｂ）に示した特許文献３，４の層構造と、図６（ｂ）に示した本願発明の実施形態のそれとを対比する図である。図６（ｂ）の第１の絶縁層１１０は、もとより金属（例えばＡｌ）ではなく絶縁体であり、しかも金属層１０８の主成分である銅と反応しない、例えば酸化Ａｌなどの絶縁体からなっている。したがって第１の絶縁層１１０は、下地である金属層１０８の表面に直に接するよう形成されるが、金属層１０８の銅と反応して図１１の合金層（金属間化合物）２６４のような層を生じるということがない。この点で本発明は、特許文献３，４と大きく異なる。
【００６２】
換言すれば、図１４に示すように、本発明の実施形態における第１の絶縁層１１０は、特許文献３のＣｕ主金属膜２５４の酸化防止膜（上記（１）（２）（３）の３層または（１）（４）の２層からなる）とは異なり、上記（３）に相当する絶縁体だけで構成されている。すなわち、図１４に示すように、本発明の実施形態には、銅と金属（例えばＡｌ）との合金（上記（１）相当）、銅と異なる金属（例えばＡｌ）自体（上記（２）相当）、かかる合金の酸化物（上記（４）相当）、のいずれも含んでいない。
【００６３】
このように本発明の実施形態によれば、特許文献３のような合金層２６４が生じず、ともに銅を主成分とするボンディングワイヤ１６６と金属層１０８との間で、同種金属による接合が行われる。カーケンダルボイドを生じる脆弱な金属間化合物である合金層２６４のような層が介在しないため、本実施形態によれば、接合の安定性に優れ、接合強度の高いボンディングが可能となる。しかも銅はアルミより比抵抗（電気抵抗率）が小さいため、１Ａを超えるほどの大電流を流すパワーデバイスに用いる材質として望ましい。また、図２に示した様に、金属層形成工程１２４および第１の絶縁層形成工程１２６を同一チャンバ内で行えば、Ｃｕの酸化膜（酸化銅）を除去する工程が省略できるため、製造工程数の削減も図ることができる。
【００６４】
また、第１の絶縁層１１０は銅以外の金属を元に作られている。仮に銅を元に作った酸化銅を用いる場合、酸化銅は、主成分を銅とするボンディングワイヤ１６６を接触させて機械的なストレスを加えても破壊されにくく、上記のような第１の絶縁層１１０の破壊によるボンディングがしにくいからである。
【００６５】
既に述べたように、特許文献３，４で作った構造には合金層２６４（図１１）が生じる。この合金層２６４を破壊してワイヤボンディングを行うことも考えられるが、かかる合金層２６４は、本願発明の実施形態における第１の絶縁層１１０に比較して、破壊されにくい。したがって、ボンディングワイヤのＣｕと金属層のＣｕとを直接接合することが、本願の構造による破壊よりも困難である。一方、本発明での実施形態では、金属層１０８のＣｕの上には第１の絶縁層１１０（酸化Ａｌなどの酸化膜だけで構成）がある。ワイヤボンディング時、第１の絶縁層１１０が破壊され、ボンディングワイヤ１６６のＣｕと金属層１０８のＣｕとが直接接合される。よって、本発明の実施形態によれば、特許文献３，４で生じる合金層２６４をボンディングワイヤで破壊する方法よりも、より信頼性が高い。
【００６６】
また、本発明では、銅を主成分とする金属層１０８の酸化防止膜として、第１の絶縁層１１０を用いている。この第１の絶縁層１１０として、図１０の比較例におけるＡｕに比較して安価な、例えばＡｌを元に作った酸化Ａｌなどの絶縁体を用いることができる。
【００６７】
（半導体装置：第２の実施形態）
図１５は、本発明の第２の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。図１６は、図１５に対応する半導体装置製造方法のフローチャートである。本実施形態における半導体装置の中間体３００（図１５（ｃ））では、図１の中間体１００と異なり、第１の絶縁層１１０が、金属層１０８の表面および第２の絶縁層１１２の表面に配置されている。
【００６８】
図１５（ｃ）の中間体３００は、図１６の製造方法によって製造される。以下、図２と異なる点のみ説明する。工程１２０、１２２、１２４までは図２と同様であり、図１５（ａ）の状態となる。本実施形態の特徴は、この後に工程１２８を行ってメタルマスク１４０をリフトオフして除去することである（図１５（ｂ））。
【００６９】
その後、炉内に入れて工程３０２を行い、金属層１０８の表面の酸化膜（酸化銅）を除去する。酸化膜除去工程３０２は、ＰＶＤ装置またはＣＶＤ装置内で、ボンバード処理、還元ガスによる酸化膜除去、または、それらの組み合わせによって行ってよい。最後に、同一炉内で真空状態を維持したまま、第１の絶縁層形成工程１２６を行う。既にメタルマスク１４０は除去してあるため、図１５（ｃ）に示すように、第１の絶縁層１１０が、金属層１０８の表面および第２の絶縁層１１２の表面に配置されることとなる。
【００７０】
この後は、図４のダイシング工程１５０以降と同様のプロセスを踏むことにより、金属層１０８とボンディングワイヤとが接合され、半導体装置（図示省略）が完成する。
【００７１】
（半導体装置：第３の実施形態）
図１７は、本発明の第３の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。図１８は、図１７に対応する半導体装置製造方法のフローチャートである。本実施形態における半導体装置の中間体４００（図１７（ｆ））では、図１の中間体１００と異なり、第１の絶縁層１１０が、金属層１０８の表面の一部にのみ、配置されている。
【００７２】
図１７（ｆ）の中間体４００は、図１８の製造方法によって製造される。以下、図１６と異なる点のみ説明する。工程１２０、４０２、１２４までは図１６の工程１２０、１２２、１２４と同様である。本実施形態では２種類のメタルマスクまたはレジストが登場するのが特徴である。工程４０２は第１メタルマスクまたは第１レジスト（図示省略）を配置する工程である。その後に、工程４０４によって第１メタルマスクまたは第１レジストを外したのが図１７（ａ）の状態であり、金属層１０８が第１メタルマスクまたは第１レジストのパターン通りに形成されている。
【００７３】
その後、工程４０６を行い、金属層１０８形成用の第１メタルマスクとはパターン（孔４０８または４０９）の異なる第２メタルマスク４１０（図１７（ｂ））または第２レジスト４１２（図１７（ｃ））を配置して、炉内に入れる。そして工程３０２を行い、金属層１０８の表面の酸化膜（酸化銅）を除去する。次に、同一炉内で真空状態を維持したまま、第１の絶縁層形成工程１２６を行う。第２メタルマスク４１０または第２レジスト４１２が配置されているため、図１７（ｄ）または（ｅ）に示すように、第１の絶縁層１１０が、金属層１０８の表面の一部にのみ、配置されることとなる。
【００７４】
最後に、工程４０８にて第２メタルマスク４１０または第２レジスト４１２を除去する（図１７（ｆ））。これによって、第１の絶縁層１１０のうち、第２メタルマスク４１０等の上に積層されたものも除去され、ウエハレベルで中間体４００が完成する。
【００７５】
この後は、図４のダイシング工程１５０以降と同様のプロセスを踏むことにより、金属層１０８とボンディングワイヤとが接合され、半導体装置（図示省略）が完成する。
【００７６】
（半導体装置：第４の実施形態）
図１９は、本発明の第４の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。図２０は、図１９に対応する半導体装置製造方法のフローチャートである。第３の実施形態までは、内部電極１０６上に金属層１０８を必要とする第１のデバイスの開示であるが、第４の実施形態以降は、銅を主成分とする金属層１０８自体を内部電極として用いている第２のデバイスの開示である。図１９（ｂ）に示すように、半導体基板１０２の上には金属層１０８があり、これが内部電極を兼ねている。金属層１０８には、第１の実施形態（図１（ｅ））と同様に、内部回路が電気的に接続する。本実施形態では、第２の実施形態（図１５（ｃ））と同様に、第１の絶縁層１１０が、金属層１０８の表面および第２の絶縁層１１２の表面に配置されている。尚、図１９は、ボンディングワイヤが接続される領域の断面図である。それ以外の領域については、第２の絶縁層１１２が、金属層１０８の上面及び側面を覆う。
【００７７】
図１９（ｂ）の中間体５００は、図２０の製造方法によって製造される。以下、図１６と異なる点のみ説明すると、図２０では、ウエハプロセス１２０において、内部電極を兼ねる金属層１０８を形成する。したがって、図１６の工程１２２、１２４および１２８のようにメタルマスクを配置して金属層を形成する必要がない。その他は図１６と同様である。これによって、ウエハレベルで中間体５００が完成する。この後、図４のダイシング工程１５０以降が行われ、半導体装置（図示省略）が完成する。
【００７８】
（半導体装置：第５の実施形態）
図２１は、本発明の第５の実施形態である半導体装置が完成してゆく様子を示す断面図である。図２２は、図２１に対応する半導体装置製造方法のフローチャートである。本実施形態でも、銅を主成分とする金属層１０８自体を内部電極として用いている。図２１（ｃ）の中間体６００に示すように、本実施形態の特徴は、１．第１の絶縁層１１０が、金属層１０８の表面および半導体基板１０２と第２の絶縁層１１２との間に配置される、２．第２の絶縁層１１２が、金属層１０８の一部と重なっている、ことである。
【００７９】
図２１（c）の中間体６００は、図２２の製造方法によって製造される。図２２では、ウエハプロセス１２０において半導体基板１０２を形成した後、工程４０２によって第１メタルマスクまたは第１レジスト（図示省略）を配置し、工程６０２で内部電極を兼ねる金属層１０８を形成する（図２１（ａ））。工程４０４で第１メタルマスク等を除去した後、炉に入れて酸化膜除去工程３０２、第１の絶縁層形成工程１２６を行う。第１メタルマスク等を除去してあるため、図２１（b）に示すように、第１の絶縁層１１０が、金属層１０８の表面および半導体基板１０２の表面に配置されることとなる。
【００８０】
次に工程４０６で、第１メタルマスク等とはパターンの異なる第２メタルマスク等（図示省略）を配置して、工程６０４にて第２の絶縁層１１２を形成する。最後に工程４０８で第２メタルマスク等を除去すれば、第２の絶縁層１１２のうち、第２メタルマスク等の上に積層されたものも除去され、ウエハレベルで中間体６００が完成する。（図２１（c））。この後、図４のダイシング工程１５０以降が行われ、半導体装置（図示省略）が完成する。
【００８１】
（半導体装置：第６の実施形態）
図２３は、本発明の第６の実施形態である半導体装置の断面図である。第５の実施形態と同一の符号の説明は省略する。本実施形態でも、銅を主成分とする金属層１０８自体を内部電極として用いている。図２３（ｃ）の中間体７００に示すように、本実施形態でも、第１の絶縁層１１０が、金属層１０８の表面および半導体基板１０２と第２の絶縁層１１２との間に配置されている。第５の実施形態の中間体６００との構造の違いは、中間体７００において、第２の絶縁層１１２が、金属層１０８と重なっていない、ことである。
【００８２】
図２３（c）の中間体７００は、図２２の製造方法の改良によって製造され、図２３（ｃ）の中間体７００が完成する。
【００８３】
（半導体装置：第７および第８の実施形態）
図２４は、本発明の第７および第８の実施形態である半導体装置の中間体を示す断面図である。図２４（ａ）は第７の実施形態であり、図１９（ａ）の状態から、金属層１０８の露出している表面全体に第１の絶縁層１１０を形成した中間体８００を示す。図２４（ｂ）は第８の実施形態であり、図１９（ａ）の状態から、金属層１０８の露出している表面の一部にのみ第１の絶縁層１１０を形成した中間体９００を示す。第７および第８の実施形態の製造方法は説明を省略するが、これまで説明してきた実施形態の製造方法の各工程を適宜組み合わせることによって、当業者であれば容易に製造可能である。
【００８４】
（制御システム）
図２５は、図７の半導体装置の実施形態を利用した制御システムを例示するブロック図である。制御システム９５０は、半導体装置２００を含む電子装置９５２と、半導体装置２００によって制御される被制御装置９５４とを備える。
【００８５】
制御システム９５０における半導体装置２００は、例えばパワーデバイスであり、被制御装置は、例えばハイブリッドカーのモータとしてよい。本制御システム９５０における半導体装置２００は、半導体パッケージに限定されない。また、被制御装置９５４は、半導体装置２００と電気的に直接的につながっている必要はなく、能動回路に限られない。
【００８６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８７】
本願の実施例においては、互いに銅を主成分とする金属層及びボンディングワイヤ、並びに銅と反応しない絶縁材（保護膜）で説明されたが、銅以外の材質を否定している訳ではない。言い換えれば、銅以外の任意の金属材料及び前記任意の金属材料と反応しない絶縁材（保護膜）においても本願と同等の効果が得られる。これらは、前述の実施例において容易に理解できる。
【００８８】
（第１の付記）
以下、本発明の特徴の一つを記した半導体装置製造方法を、第１の付記として開示する。
【００８９】
（第１の付記１）
第１の金属を主成分とする金属層を形成する金属層形成工程と、前記第１の金属と反応せず且つ前記第１の金属以外の第２の金属から生成された絶縁体からなる第１の絶縁層を前記金属層のうち、少なくとも、ボンディングワイヤと接合されるボンディング領域に直接形成する第１の絶縁層形成工程と、前記第１の金属を主成分とする前記ボンディングワイヤが前記第１の絶縁層の一部を破壊する破壊工程と、前記第１の絶縁層の複数の破片を前記金属層の所定のボンディング領域に含ませつつ前記ボンディング領域に前記ボンディングワイヤを接合するボンディング工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
【００９０】
（第１の付記２）
前記ボンディング工程における接合は、前記ボンディングワイヤの第１の金属、および前記金属層の第１の金属が、固相接合の原理によって達成されている、第１の付記１に記載の半導体装置製造方法。
【００９１】
（第１の付記３）
前記金属層形成工程および前記第１の絶縁層形成工程は、同一のチャンバ内の真空状態を維持して遂行する、第１の付記１に記載の半導体装置製造方法。
【００９２】
（第１の付記４）
前記金属層形成工程後、前記第１の絶縁層形成工程前に、前記金属層の表面の酸化膜を除去する酸化膜除去工程を、更に備える、第１の付記１に記載の半導体装置製造方法。
【００９３】
（第１の付記５）
前記金属層形成工程および前記第１の絶縁層形成工程のうち、少なくとも前記金属層形成工程は、第１のメタルマスクまたはフォトレジストを使用して層を形成し、前記第１の絶縁層形成工程にメタルマスクまたはフォトレジストを使用する場合は、第１のメタルマスクまたはフォトレジストと異なるパターン形状を有する第２のメタルマスクまたはフォトレジストを使用して層を形成する、第１の付記１に記載の半導体装置製造方法。
【００９４】
（第１の付記６）
前記金属層を積層する半導体基板上であって前記ボンディング領域の周囲に第２の絶縁層を形成する第２の絶縁層形成工程を更に備え、前記第２の絶縁層形成工程は、前記金属層形成工程前に遂行するか、前記金属層形成工程後、前記第１の絶縁層形成工程前に遂行するか、あるいは、前記金属層形成工程および前記第１の絶縁層形成工程の後に遂行する、第１の付記１に記載の半導体装置製造方法。
【００９５】
（第１の付記７）
前記第１の金属は、銅であり、前記第１の絶縁層は、酸化層、窒化層、若しくは炭化層のいずれか、又は少なくともそれらの２以上の組み合わせ、から成る、第１の付記１に記載の半導体装置製造方法。
【００９６】
（第１の付記８）
前記酸化層は、前記第２の金属がすべて酸化された金属酸化物から成る、第１の付記７に記載の半導体装置製造方法。
【００９７】
（第１の付記９）
前記第２の金属は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、若しくはＺｒのいずれか、又は少なくともそれらの２以上の組み合わせ、から成る、第１の付記８に記載の半導体装置製造方法。
【００９８】
（第１の付記１０）
前記窒化層は、前記第２の金属の主成分がすべて窒化された金属窒化物から成る、第１の付記７に記載の半導体装置製造方法。
【００９９】
（第１の付記１１）
前記第２の金属は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、若しくはＺｒのいずれか、又は少なくともそれらの２以上の組み合わせ、から成る、第１の付記１０に記載の半導体装置製造方法。
【０１００】
（第１の付記１２）
前記炭化層は、前記第２の金属の主成分がすべて炭化された金属炭化物から成る、第１の付記７に記載の半導体装置製造方法。
【０１０１】
（第１の付記１３）
前記第２の金属は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、若しくはＺｒのいずれか、又は少なくともそれらの２以上の組み合わせ、から成る、第１の付記１２に記載の半導体装置製造方法。
【０１０２】
（第１の付記１４）
前記第１の絶縁層は、１μｍ以下の厚さを有する、第１の付記１、付記８、付記１０、及び付記１２のいずれか１項に記載の半導体装置製造方法。
【０１０３】
（第２の付記）
以下、本発明の特徴の一つを記したシステムを、第２の付記として開示する。
【０１０４】
（第２の付記１）
半導体装置と、前記半導体装置によって制御される被制御装置とを備え、前記半導体装置は、第１の金属を主成分とする金属層と、前記第１の金属と反応せず且つ前記第１の金属以外の第２の金属から生成された絶縁体からなり、前記金属層の表面に直接形成されている第１の絶縁層と、前記第１の金属を主成分とするボンディングワイヤと、を備え、前記金属層は、前記ボンディングワイヤと接合されているボンディング領域を含み、前記ボンディング領域は、前記第１の絶縁層の複数の破片を含んでいる、システム。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、半導体装置、半導体装置製造方法及び半導体装置を含むシステムに利用することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００  …中間体、１０２  …半導体基板、１０４  …内部回路、１０６  …内部電極、１０８  …金属層、１１０  …第１の絶縁層、１１０Ａ  …第１の絶縁層の破片、１１２  …第２の絶縁層、１４０  …メタルマスク、１６２  …接着材、１６４  …リードフレーム（ダイステージ部）、１６５  …絶縁材、１６６  …ボンディングワイヤ、１６６Ａ  …ボール部、１６７  …封止材、１６８  …リードフレーム（リード部）、１７０  …キャピラリ、１７４  …クラック、１８２  …固相接合、１８４  …ボンディング領域、１８６  …絶縁層、１８８  …メタライズド配線、２００、２０２、２２０  …半導体装置、２６４  …合金層、４１０  …第２メタルマスク、４１２  …第２レジスト、９５０  …制御システム、９５２  …電子装置、９５４  …被制御装置
【図１】
2013118310.tif 000003
【図２】
2013118310.tif 000004
【図３】
2013118310.tif 000005
【図４】
2013118310.tif 000006
【図５】
2013118310.tif 000007
【図６】
2013118310.tif 000008
【図７】
2013118310.tif 000009
【図８】
2013118310.tif 000010
【図９】
2013118310.tif 000011
【図１０】
2013118310.tif 000012
【図１１】
2013118310.tif 000013
【図１２】
2013118310.tif 000014
【図１３】
2013118310.tif 000015
【図１４】
2013118310.tif 000016
【図１５】
2013118310.tif 000017
【図１６】
2013118310.tif 000018
【図１７】
2013118310.tif 000019
【図１８】
2013118310.tif 000020
【図１９】
2013118310.tif 000021
【図２０】
2013118310.tif 000022
【図２１】
2013118310.tif 000023
【図２２】
2013118310.tif 000024
【図２３】
2013118310.tif 000025
【図２４】
2013118310.tif 000026
【図２５】
2013118310.tif 000027