(57)【要約】【課題】新たに検査用配線の層を設けずにワイヤボンディングのダメージによるクラックを検出できるようにした半導体装置を提供する。【解決手段】ワイヤボンディングで印加される超音波振動方向と直行する検査用配線をボンディングパッドの直下に設け、ボンディングダメージで発生したクラック内に配線材料が充填され絶縁性を検出することでボンディングダメージで発生したクラックを検出する半導体装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を実装するための素子実装エリアと、前記素子実装エリアと垂直方向に重なるように最外層に設けられたボンディングパッドと、を備えた半導体装置において、前記ボンディングパッドと垂直に重なる他層に設けられた検査用配線を備え、
前記検査用配線は、前記ボンディングパッドに実装されるワイヤボンディングの超音波振動方向と略平行となる配線パターンを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
荷重および振動を加えることにより接続部材が接続された表層のボンディングパッドと、内層に設けられた半導体素子と、前記半導体素子の上方に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の内部に設けられた前記半導体素子用の素子用配線と、を備え、前記ボンディングパッドは前記絶縁層の上方に設けられている半導体装置において、
前記半導体装置は、前記絶縁層の内部かつ前記ボンディングパッドの下部に、検査用配線を備え、前記検査用配線は、前記ボンディングパッドのうち前記接続部材の端部が位置する部位の直下かつ、前記接続部材の中央部が位置する部位に配置されており、さらに上記接続部材と前記ボンディングパッドとの接続に用いられる超音波振動方向と略平行する方向に配置されており、前記検査用配線および前記素子用配線は膜状のパターンであることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２いずれか一項記載の半導体装置において、前記半導体素子と前記検査用配線とは同じ層に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３いずれか一項記載の半導体装置において、前記ボンディングパットにクラックが生じたときに、前記検査用配線がショートするように、前記検査用配線を設けていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項２に記載の半導体装置において、前記絶縁層は、脆性材料であり、前記検査用配線及び前記ボンディングパッドは延性材料であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれか一項に記載の半導体装置において、前記検査用配線は、多層に複数設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項２記載の半導体装置において、前記接続部材は、ボンディングワイヤであることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１から７いずれか一項に記載の半導体装置を搭載し、車載アクチュエータを制御する車載用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、または半導体装置を搭載した車載用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置におけるワイヤボンディングダメージの検出方法が特許文献1に記載されている。この特許文献1では、ダメージを受ける位置をシミュレーションの実施結果から「当該基板内部に発生する応力が最大となりやすい部位は、ボンディングパッドのうちワイヤの端部が位置する部位の直下の絶縁層と、ボンディングパッドの下部に位置する絶縁層のうち素子用配線の端部の上部もしくは下部との、２箇所である」としている。
【０００３】
さらに「当該半導体基板の特性を検査するための検査用配線が設けられており、前記検査用配線は、前記ボンディングパッドのうち前記接続部材の端部が位置する部位の直下において、前記接続部材の中央部が位置する部位よりも前記接続部材の端部が位置する部位の直下に集中するように偏って配置されており、さらに、前記検査用配線は、前記素子用配線の端部の上部もしくは下部に位置し、前記素子用配線の端部と重なるように配置されており、前記検査用配線および前記素子用配線は膜状のものであり、前記検査用配線は前記素子用配線よりも薄いものである」としている
また、前記検査用配線を用いた検査方法は「絶縁層の検査用配線近傍にクラックが発生すると、そのクラックは検査用配線までのびて検査用配線にダメージを与える。そのため検査用配線の抵抗値が変化する。そして、ワイヤの接続前後の抵抗値を比較して、抵抗値が変化していればクラックが発生したと判定し、当該変化が無ければクラックの発生は無いと判定する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第5540854号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献1では、ワイヤボンディングのダメージを受けやすい位置をシミュレーションで検出し、検査用配線の位置や形状に関連付けている。しかし、本発明者の実験結果では、超音波を使ったワイヤボンディング装置のワイヤボンディングのダメージ、クラックは、ワイヤボンディング装置の超音波方向(ワイヤボンディング実装用ボンダー先端が超音波で振動する方向)に対し垂直方向に顕著に発生することが判った。さらにそのクラックにより配線は断線せず、超音波エネルギーにより、例えば配線材料のＡｌが変形し、絶縁層のクラックを充填するため、絶縁抵抗の変化に至らず、絶縁層間の短絡に至る問題があった。
【０００６】
また、特許文献1には、検査用配線は、素子用配線の端部の上部もしくは下部に位置すると記載されている。すなわち検査用配線は、素子用配線と別の層に位置している。
半導体は、その製造工程において各層を積層しながら形成される。
【０００７】
例えば、シリコン半導体上にトランジスタなどの素子を形成し、その上部に絶縁層を設け、その絶縁層に素子とのコンタクトのＶＩＡを形成し、絶縁層の上に配線層を形成し、配線層の上に絶縁層を形成し、これを繰り返すことで多層配線を形成する。
【０００８】
また、特許文献1は、検査用配線を素子用配線と別に設ける必要があるため、上記配線形成工程及び絶縁層形成がそれぞれ1層多く必要になり、製造コストが増加する問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、新たに検査用配線層を設けることなく、ボンディングパッド下部のクラックの発生を適切に検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための、代表的な本発明の半導体装置の一つは、前記検査用配線を前記素子配線と同じ層に有し、その前記検査用配線は、前記ワイヤボンディングパッドの中央部直下に位置し、ワイヤボンディング装置の超音波方向と略平行となる方向に配線されることにより達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、新たに前記検査配線層を設けずに、ワイヤボンディングのダメージを検出することができる半導体装置を提供することができる。 
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る検査用配線層平面図及び断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る検査用配線層断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る検査用配線層断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る直交断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
以下本発明の一実施例における半導体装置を図１に沿って説明する。本発明の半導体装置は、例えばエンジンや変速機等の車載アクチュエータを制御する車載制御装置等に搭載される。このような、車載用途等の半導体装置においては、厳しい動作環境における信頼性・耐久性を保障する必要があり、また半導体装置の故障や信頼性低下を的確に検出し、ユーザへの通知等フェイルセーフ処理を実施する必要がある。
【００１５】
図１は、本発明の半導体装置の全様を示す概略図面である。図１（ ａ ） は前記検査用配線を含む第一の配線層の概略平面図、図１（ ｂ ） はワイヤボンドディングパッド直下の概略断面図である。なお、図１ において（ ａ ） は（ ｂ ） の上面図であり、ボンディングパッド５０ の領域を示すとともに、その下に位置する前記検査用配線１０、２０及び前記素子用配線３０を透過して示している。
【００１６】
本発明の一実施例に関わる半導体装置は、外部出力端子と半導体チップ端子を接続するためのボンディングパッド５０を半導体チップ表面に有する半導体装置であって、ボンディングパッド５０の下部に、半導体素子８０を有し、その素子を配線するための素子配線３０、および、検査用配線１０、２０ で構成されている。
【００１７】
半導体素子８０、素子配線３０及び検査用配線１０、２０の各層間はＴ Ｅ Ｏ Ｓ やＳ Ｏ Ｇなどの電気絶縁性の絶縁膜で絶縁され、各層の縦構造の導通は、Ｗ（タングステン）等を材料とするビアホール７０で電気的に接続されている。
【００１８】
素子用配線３０ は、図示しない配線、ピアホールを介し、半導体チップ表面に設けられたＡｌなどを材料とするボンディングパッド５０に接続が成されるようになっている。
【００１９】
そして、このボンディングパッド５０上には、Ａ ｌ やＡ ｕ などよりなるボンディングワイヤ６０ の一端が接続されている。このボンディングワイヤ６０は接続部材として構成され、一般的なワイヤボンディング法により荷重および超音波などの振動を加えることにより形成されたものである。この時超音波による振動は、半導体チップに対し一方方向のみに加えられる。そして、このボンディングワイヤ６０の図示しない他端は、たとえば半導体装置１ の外部端子に接続されている。
【００２０】
ここで、検査用配線１０、２０は、半導体チップ1 の内部にて素子配線３０と同じ層でボンディングパッド５０の下部に設けられている。具体的には、検査用配線１０、２０は、素子配線３０と同じ層にあり絶縁層４０と同じ絶縁物で絶縁されている。 
図１ （ ａ ） は、ボンディングパッド５０ の直下に位置する検査用配線１０、２０ 及び素子用配線３０の平面図を示す。さらにボンディングワイヤ６０の接続領域を点線の円で示し、ボンディングワイヤ６０の接合時に印加される超音波振動の方向を示す。また、実験で得られた超音波振動で発生するダメージ、クラックを示す。ここで超音波振動方向とクラックの方向は直交する関係にある。
【００２１】
検査用配線１０、２０は、ボンディングワイヤ接合領域のより中心を通り、超音波振動方向と略平行に配線されている。すなわちボンディングワイヤ６０の接合時に印加される超音波振動で発生するダメージ、クラックと直交する方向で配線される。
【００２２】
検査用配線１０と検査用配線２０は、ボンディングワイヤ６０の接合領域の中心位置で配線形成プロセスが許容する限り接近し、絶縁層40を介して略平行に配線されている。
【００２３】
この位置関係でボンディングワイヤ６０の接合時に印加される超音波振動によるクラックが絶縁層に入った場合、Ａｌなどからなる配線材料は超音波振動により変形しクラック内に充填される結果、検査用配線１０と検査用配線２０はショートに至る。
【００２４】
実験的にボンディングワイヤ６０の接合時に印加される超音波振動によるクラックはＳ Ｏ Ｇなどの脆性材料からなる絶縁層４０の方がＡｌなどの延性材料からなる検査用配線より極めて発生率が高い。
【００２５】
ボンディングパッド１ ０ の直下から外れて位置する部位である両引き出し部１１ 、１２及び両引き出し部２１、２２ は、電圧計Ｖ １ に接続されることにより、検査用配線１０と検査用配線２０の絶縁値が測定可能となっている。
【００２６】
また、検査用配線１０、２０の厚さが非常に薄い場合は、配線が断線に至る可能性もある。この場合は、検査用配線１０の両引き出し部１１ 、１２を、検査用配線２０の両引き出し部２１、２２を電流計Ｋ１に接続されることにより、検査用配線１０、２０の抵抗値を測定可能となる。
【００２７】
なお、この場合、両引き出し部１１ 、１２及び両引き出し部２１、２２を、半導体装置１ に形成された別々の図示しない検査用パッドに導通させ、当該２ 個の検査用パッドを介して電流計Ｋ １ に接続するようにすればよい。
【００２８】
具体的には、検査用配線端部１１、２１及び１２、２２は素子配線またはビアホールを介してボンディングパッド１０に接続され素子用ボンディングパッドと同様にワイヤボンディングにより図示しない外部端子に接続される。この時、検査用配線短部１１、２１及び１２、２２からボンディングパッド１０へのビアホール７０による接続部は、ボンディングパッド１０の直下以外の方が望ましい。
【００２９】
このように、本実施形態の半導体装置１ は、接続部材としてのボンディングワイヤ６０が接続されたボンディングパッド５０ を一面に有する装置であって、当該装置内部に半導体素子８０を有しその配線に用いるビアホール７０、素子用配線３０及び検査用配線１０、２０を絶縁層４０内部に有し、ボンディングパッド５０ は絶縁層４０の上に設けられているものである。
【００３０】
そして、装置内部のうち、ボンディングワイヤ６０ の接続時に印加される超音波方向に直交して生じるクラックが生じやすいボンディングワイヤ６０の中央部に、超音波の振動方向と略平行に検査用配線１０、２０を配置しているから、ボンディングワイヤ６０ の接続によるボンディングパッド５０下部のクラックの発生を適切に検出することが可能となる。
【００３１】
この場合の検査方法として例えば検査用配線１０、２０を有する半導体装置1を半導体プロセスにより作製し、半導体装置1の半導体装置としての電気的機能、電気的特性を検査する最終検査において図示しない外部端子を用いて、検査用端子１０と２０のショ−ト検査及び検査用配線１０及び２０の抵抗検査を行うことで、ボンディングパッド５０ 下部のクラック発生の有無を適切に精度よく検出できるものである。
【００３２】
ここで検査用配線１０と検査用配線２０の間の絶縁層４０は半導体製造プロセスで可能な限り小さい方がクラック内にＡｌ等の配線材が充填されやすいため、検出精度が向上する。
【００３３】
なお、検査用配線１０、２０と超音波振動方向との位置関係を略平行としているのは、検査用配線１０、２０が発生し得るクラックと直交しさえすればクラックの検出は可能であり、検査用配線１０、２０と超音波振動方向とが厳密に平行である必要はないからである。
【実施例２】
【００３４】
次に例題図２を用いて本発明による第２の実施例を説明する。尚、図２において、図１と同一符号は同一部品を示すので、再度の説明は省略する。
【００３５】
第１の実施例では、第１の実施例では、ボンディングパッド５０の直下の配線層内同一面に検査用配線１０、２０ を設け、ワイヤボンディングによるダメージで発生するクラックを検査用配線１０、２０のショート及び断線の検出に用いたが、第２の実施例では、ボンディングパッド５０の直下の配線層とその配線層の直下の２層に検査用配線１０、２０を設ける構造とした点が第１の実施例と比較した場合の変更点である。 
配線層２層で検査用配線１０、２０を構成することにより、ボンディングパッド５０領域内の検査用配線１０、２０が占める平面領域を小さくすることができる。
【００３６】
この時、上記実験結果からワイヤボンディング時に印加される超音波振動によるクラックにＡｌなどからなる配線材料は超音波振動により変形しクラック内に充填される傾向が高く、検査用配線１０と検査用配線２０のショートを優先的に検出するように図3に示すように検査用配線１０と検査用配線２０はそれぞれ縦方向に配置することが望ましい。
【００３７】
次に図３、４を用いて本発明による第３の実施例を説明する。尚、図３、４において、図１と同一符号は同一部品を示すので、再度の説明は省略する。
【００３８】
図３はボンディングパッド５０を検査用配線と兼ねることにより、検査用配線を設ける配線層を減らした構造を示す。図４は、図３の直行面の断面図でワイヤボンディングダメージで発生したクラックにボンディングパッド５０の材料である例えばＡｌが変形し充填された図を示す。検査用配線１０の層まで貫通したクラックの検査用配線１０側からは検査用配線１０の材料例えばＡｌがクラックに充填される。その結果、ボンディングパッド５０と検査用配線１０はショートし、ワイヤボンディングによるダメージを検出可能となる。
【００３９】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 
【符号の説明】
【００４０】
１０、２０…検査用配線、３０…素子用配線、４０…絶縁層、５０…ボンディングパッド、６０…接続部材、７０…ビアホール、８０…半導体素子、９０…シリコン基板
【図１】
2016146415.tif 000003
【図２】
2016146415.tif 000004
【図３】
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【図４】
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