(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子側電極パッドが設けられている半導体素子の複数個と、
その複数の半導体素子間に設けられている非ボンディング領域を跨いで、複数の素子側電極パッドに共通的に接合された導電部材と、
その導電部材に接続されたボンディングワイヤとを備える半導体装置。
【請求項２】
前記素子側電極パッドは駆動用電極パッドである請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
素子側電極パッドが設けられている半導体素子の複数個を、間に非ボンディング領域を設けて回路基板に接合する工程と、
その複数の半導体素子間に設けられている非ボンディング領域を跨いで、複数の素子側電極パッドに導電部材を共通的に接合する工程と、
その接続された導電部材にワイヤボンディングを行う工程とを含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子に設けられた電極と回路側に設けられた電極がボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の上面に設けられた電極（素子側電極）と、この半導体素子が実装される回路側に設けられた電極（回路側電極）とを、ワイヤボンディングにより電気的に接続した半導体装置が知られている。例えば特開平７−２９９３３号公報には、半導体素子に設けられた複数の素子側電極パッド（主電流電極群）のそれぞれにボンディングワイヤの一端を接続し、それらのボンディングワイヤの他端を電気絶縁基板上の電極パッド（回路側電極パッド）に接続した電力用半導体装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体素子の小型化が進むにつれて各素子側電極パッドのサイズやパッド相互の間隔は小さくなる傾向にある。このためワイヤボンディングの精度（位置精度、形状精度等）をさらに高めることが求められている。特に、素子側電極パッド相互の間にワイヤボンディングに適さない領域（非ボンディング領域）が存在する場合にはこのような高精度化に対する要請が大きい。しかし、ワイヤボンディングの精度を高めようとすると半導体素子の生産性（作業性）が低下しがちであった。
【０００４】
そこで本発明は、素子側電極パッドにボンディングワイヤが電気的に接続された構成であって、そのワイヤボンディング時の作業性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、そのような半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明者は、非ボンディング領域を挟んで配置された二以上の素子側電極パッドを、それらのパッドの間に非ボンディング領域を跨いで掛け渡された導電部材により連結することによって上記課題を解決できることを見出した。
【０００６】
本発明により提供される半導体装置は、素子側電極パッドが設けられている半導体素子の複数個と、その複数の半導体素子間に設けられている非ボンディング領域を跨いで、複数の素子側電極パッドに共通的に接合された導電部材を備えている。その導電部材にはボンディングワイヤが接続されている。
かかる構成によると、複数の半導体素子と回路側電極とを同時に接続することができる。これにより、ワイヤボンディング時の作業性、および半導体装置の生産性が向上する。また、非ボンディング領域を跨ぐ部分の導電部材（導電部材を備えない構成ではワイヤボンディングを行うことができなかった部分）にもボンディングワイヤを接続することができる。すなわち、非ボンディング領域の位置を気にすることなく（非ボンディング領域を避けることなく）ワイヤボンディングを行うことができる。このことによって、本発明の半導体装置を製造するにあたってワイヤボンディング時の作業性を向上させ得る。また、各半導体素子の素子側電極パッドの其々にワイヤボンディングを行う場合と比較して、ボンディングワイヤの本数を少なくすることができる。
【０００７】
このような接続構造は、素子側電極パッドのうち駆動用電極パッドに対して好ましく適用される。また、このような接続構造を制御用電極パッドに適用してもよい。駆動用電極パッドおよび制御用電極パッドの双方に前記接続構造をそれぞれ適用してもよい。本発明の半導体装置のうち好ましいものでは、前記接続構造が少なくとも駆動用電極パッドに適用されている。
【０００８】
本発明により提供される半導体装置の製造方法は、素子側電極パッドが設けられている半導体素子の複数個を、間に非ボンディング領域を設けて回路基板に接合する工程を備える。また、その複数の半導体素子間に設けられている非ボンディング領域を跨いで、複数の素子側電極パッドに導電部材を共通的に接合する工程を備える。さらに、その接続された導電部材にワイヤボンディングを行う工程を備える。かかる製造方法は、本発明のいずれかの半導体装置を製造する方法として好適である。
【０００９】
特に限定するものではないが、本発明の半導体装置またはその製造方法の好ましい態様によると、以下に挙げる一または二以上の効果を得ることができる。
【００１０】
導電部材を用いることにより、二以上の素子側電極パッドにそれぞれワイヤボンディングを行う場合に比べて、ワイヤボンディングに適した領域を広く確保することができる。したがって、ワイヤボンディングの位置精度の許容範囲を広くすることができる。このことによってワイヤボンディング時の作業性、ワイヤボンディングの信頼性（接続信頼性）、半導体装置製造時の生産性（作業性、歩留まり等）の少なくとも一つが向上する。また、ワイヤボンディングに適した領域を広く確保することができるので、より多い本数のボンディングワイヤを素子側電極に接続することが可能となる。このような接続構造は、電力用半導体素子の駆動用電極（エミッタ電極やコレクタ電極）と回路側電極（基板）との接続のように、大電流が流れる箇所に特に好ましく適用される。
【００１１】
ワイヤボンディングは導電部材に対して行われる。このため、素子側電極パッドに直接ワイヤボンディングを行う場合に比べて、ボンディング時の超音波および／または加圧力が半導体素子（特に素子側電極パッド）に及ぼす影響（ワイヤボンドダメージ）を低減することができる。したがって、より太いボンディングワイヤを用いることができる。このことによって半導体装置の性能（例えば、素子側電極から容易に大電流を取り出す性能）を向上させ得る。あるいは、使用するボンディングワイヤの本数を減らすことができる。このことによってワイヤボンディング時の作業性（半導体素子の生産性）が向上する。さらに、複数の素子側電極パッドを連結する導電部材にワイヤボンディングを行うことにより、素子側電極パッドの数よりも少ない本数のボンディングワイヤによって素子側電極と回路側電極とを接続することも可能である。このような構成は、例えば半導体素子の電流容量が比較的小さい場合に有効である。
【００１２】
非ボンディング領域を跨いで導電部材を配置することにより、この非ボンディング領域の上方に相当する部分にもワイヤボンディングを行うことが可能となる。これにより半導体素子の設計自由度が高められる。
パワーＭＯＳ，ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor），ＢＪＴ（Bipolar Junction Transistor），サイリスタ等のように素子のオン・オフをコントロールする制御電極を有する半導体素子（特に電力用半導体素子）では、この制御電極と接続された配線（ゲートフィンガー）を素子表面に設けることがある。このゲートフィンガーは駆動用電極とは分離されている必要がある。したがって従来は、ゲートフィンガーが設けられた箇所（非ボンディング領域）を避けて駆動用電極パッドへのワイヤボンディングを行っていた。このため所望のゲートフィンガー密度を確保し難くなる場合があった。また、太いボンディングワイヤを用いることが困難となる場合があった。本発明の半導体素子では、ゲートフィンガー（非ボンディング領域）の配置位置や配置密度とワイヤボンディングを行う位置をそれぞれ独立して定めることができる。これにより、破壊耐量、高周波特性、大電流特性の少なくとも一つを向上させることが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明は、また、下記の形態で実施することを特徴とする。
【００１４】
（形態１）  本発明の半導体装置がパワーデバイスである。このパワーデバイスに備えられた電力用半導体素子の駆動用電極パッドと回路側電極との接続に本発明の接続構造が適用されている。
【００１５】
（形態２）  導電部材は、単一の半導体素子に設けられた二以上の駆動用電極パッドに共通的に接続されている。それらの電極パッドの間にはゲートフィンガーが配置されている。後述する第一実施例はこのような形態の一例である。
【００１６】
（形態３）  導電部材は、複数の半導体素子にそれぞれ設けられた一以上の素子側電極パッド（好ましくは駆動用電極パッド）に共通的に接続されている。この導電部材にワイヤボンディングを行うことにより、複数の半導体素子と回路側電極とを同時に接続することができる。このことによってワイヤボンディング時の作業性（半導体装置の生産性）が向上する。後述する第二実施例はこのような形態の一例である。
【００１７】
（形態４）  少なくとも一本のボンディングワイヤは、非ボンディング領域の上方を含む部分の導電部材に接続されている。
【００１８】
（形態５）  半導体素子の上面には、非ボンディング領域を被覆するとともに素子側電極パッドを露出させる絶縁保護層が設けられている。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
本発明の半導体装置に備えられる半導体素子としては各種の半導体素子（ＩＧＢＴ等のバイポーラトランジスタやＭＯＳ等の電界効果型トランジスタ等）を用いることができる。本発明の半導体装置がパワーデバイスである（典型的には、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳ等の電力用半導体素子を備える）場合には、本発明を適用することによる効果が特によく発揮される。
【００２０】
導電部材の構成材料としては、導電性および熱伝導性が高い材料が適している。また、ワイヤボンドダメージを抑制する効果を高めるためには高硬度の材料が好ましい。さらに、半導体素子との間に熱応力を発生させにくくするためには、導電部材の線膨張係数がＳｉに比較的近いことが好ましい。導電部材の構成材料として使用し得る材料の具体例としては、銅、銀、金、白金、ニッケル、コバルト、亜鉛、モリブデン、鉄、アルミニウム、チタン、タングステン等（これらのうち好ましいものは、銅、モリブデン、鉄、アルミニウム、ニッケル、銀、チタンまたはタングステンである）の純金属およびこれらの金属を主体とする合金等の金属材料が挙げられる。これらの金属材料の接合品（例えば積層品）を用いてもよい。このような金属材料の表面に半田濡れ性のよい金属（ニッケル、クロム、金等）がメッキされた導電部材を用いてもよい。また、金属以外の材料（セラミックス等）の表面を金属材料で覆った導電部材を用いてもよい。
【００２１】
この導電部材の形状は特に限定されない。大まかな形状が平板状である板状導電部材（金属板等）が好ましく用いられる。このような板状導電部材は、その一部に折れ曲がった箇所や湾曲した箇所を有していてもよい。導電部材は、その全体がほぼ同程度の厚さであってもよく、部分的に厚さが異なっていてもよい。ボンディングダメージを緩和するためには、素子側電極パッドに接合される部分の導電部材の厚さが５０μm以上（より好ましくは１００μm以上）であることが好ましい。導電部材の平均厚さが比較的大きい（例えば１００μm以上、好ましくは２００μm以上である）場合には、この導電部材の畜熱効果によって半導体素子の負荷短絡容量を向上させ得る。導電部材の平均厚さが半導体素子の平均厚さと同等以上である場合にはこの効果が特によく発揮される。
【００２２】
導電部材と素子側電極の接合は導電性接合材により行うことができる。この導電性接合材の典型例としては半田に代表される低融点金属類が挙げられる。また、有機高分子等からなるマトリックス樹脂中に導電性充填材が分散された導電性樹脂材料を導電性接合材として用いてもよい。このマトリックス樹脂としてはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。導電性充填材としては、銅、銀、金、白金、ニッケル、カーボン等からなる導電性繊維、導電性微粒子等を用いることができる。
【００２３】
以下、本発明をパワーデバイスに適用した実施例につき図面を用いて説明する。
（第一実施例）
（１）半導体素子の構成
まず、このパワーデバイスに備えられる電力用半導体素子の構成を説明する。図１に示すように、電力用半導体素子（トレンチ型ＩＧＢＴ）１０を構成するシリコン基板１１には、その上面付近にベース層１２、エミッタ層１３およびゲート１４が埋め込まれている。ゲート１４とシリコン基板１１との間にはゲート酸化膜（図示せず）が形成されている。
【００２４】
シリコン基板１１の表面には、ゲート１３の上端を覆うとともにエミッタ層１４の一部を露出させる層間絶縁膜１５が設けられている。。半導体素子１０の上面には、エミッタ層１４の露出部分に接続されたエミッタ電極２２が設けられている。また、図１に示す断面においてゲート１３はいくつかの（図１では三つを示している）ゲート群を形成しており、それらのゲート群の間および外周側に位置する基板表面に層間絶縁膜１６が設けられている。この層間絶縁膜１６の上にゲートフィンガー２６が設けられている。さらにその上には、ゲートフィンガー２６を覆うとともにエミッタ電極２２の一部を露出させる表面保護膜（絶縁保護層）１７が設けられている。半導体素子１０の上面には、表面保護膜１７から露出されたエミッタ電極２２によって複数の（図１では三つを示している）エミッタ電極パッド２２ａが形成されている。
【００２５】
図２に示すように、半導体素子１０の表面にはゲート電極２４が設けられている。このゲート電極２４は、ゲートフィンガー２６の一端に接続されているとともに、図示しない部分においてゲート１３（図１参照）に接続されている。なお、図２は半導体素子１０の上面におけるゲート電極２４およびゲートフィンガー２６の配置を示す模式図であって、他の構成部分の図示は省略されている。
【００２６】
図１および図３に示すように、半導体素子１０の上面に設けられた複数のエミッタ電極パッド２２ａには、半田５０によって一枚の金属板３０が共通的に接合されている。この金属板３０は、ゲートフィンガー２６や表面保護膜１７の設けられた部分（非ボンディング領域）を跨いで、複数の電極パッド２２ａを連結している。この金属板３０の上面に複数本のボンディングワイヤ４０のそれぞれ一端が接続されている。このように、半田５０および金属板３０を介してボンディングワイヤ４０が複数の電極パッド２２ａに電気的に接続されている。ここで使用した金属板３０の全体形状は平板状であって、その厚さは約３００μmである。この金属板３０は線膨張係数が比較的Ｓｉに近い材質を主体として構成され、その表面にはニッケルメッキが施されている。このニッケルメッキによって半田付性およびワイヤボンディング性を向上させている。また、図３および図４に示すように、ゲート電極２４の上面にはボンディングワイヤ４２の一端が直接接続されている。
【００２７】
図４に示すように、半導体素子１０の下面は半田５２によってセラミックス（例えば窒化アルミニウム）を主体とする絶縁基板７０上に設けられた回路配線（図示せず）に接続されている。また、ボンディングワイヤ４０，４２は図示しない部分において回路配線に接続されている。
なお、図１は図３のＩ−Ｉ線断面図に相当し、図４は図３のIV−IV線断面図に相当する。図３および図４では、説明の簡略化のために、半導体素子１０の構造の一部を省略して示している。
【００２８】
本実施例によると、図１および図３に示すように、非ボンディング領域の上方に位置する部分（例えばゲートフィンガー２６の直上）の金属板３０にもボンディングワイヤ４０を接続することができる。したがって、各電極パッド２２ａにそれぞれ直接ワイヤボンディングを行う構成に比べてワイヤボンディングに適した領域を広く確保することができる。これにより、ワイヤボンディングの位置精度の制約（許容範囲）が緩和される。また、絶縁基板７０（図４参照）に対する半導体素子１０の接合位置および／または図示しないハウジングに対する絶縁基板７０の接合位置についても、その位置精度の制約を緩和することができる。このことによってワイヤボンディング時の作業性を向上させることができる。
【００２９】
ワイヤボンディングは半田５０および金属板３０を介して行われるので、各電極パッド２２ａに直接ワイヤボンディングを行う構成に比べて半導体素子１０（特に電極パッド２２ａ）に対するワイヤボンドダメージが低減される。
また、一般的なリードフレームに比べてボンディングワイヤ４０は柔軟性に優れる。このため、電極パッド２２ａと回路配線との相対位置がバラついた場合にも、ボンディングワイヤ４０の柔軟性を利用してそのバラつきを吸収することができる。したがって、絶縁基板７０に対する半導体素子１０の接合位置および／または図示しないハウジングに対する絶縁基板７０の接合位置の精度の制約を緩和することができる。このことによって半導体装置の生産性（作業性、歩留まり等）を向上させ得る。
【００３０】
なお、上記実施例の半導体装置では半導体素子のうちエミッタ電極パッドが設けられた側を上面とし、このエミッタ電極パッドに金属板を接合したが、この実施例とは半導体素子の上下を反転させて半導体装置を構成することもできる。すなわち、半導体素子のうちコレクタ電極パッドが設けられた側を上面としてコレクタ電極パッドに金属板を接合し、この金属板にワイヤボンディングを行ってもよい。
【００３１】
（第二実施例）
この第二実施例は、二つの半導体素子を備えたパワーデバイスの一例である。以下、第一実施例に係る部材と同様の機能を果たす部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
図５および図６に示すように、一枚の絶縁基板７０上に第一の半導体素子１０および第二の半導体素子６０がそれぞれ半田５２によって接合されている。これにより、半導体素子１０，６０の下面に設けられたコレクタ電極（図示せず）が絶縁基板７０の上面に設けられた回路配線７１に接続されている。絶縁基板７０の下面には放熱用の金属層７２が設けられており、この下面が半田５４によって放熱板７４に接合されている。このようにして、半導体素子１０，６０の作動時に発生する熱を放熱するように半導体装置が構成されている。放熱板７４の下面はハウジング７６（図６では省略）に接合されている。このハウジング７６の上面には回路配線７８ａ，７８ｂ，７８ｃが設けられている。半導体素子１０の上面に設けられたゲート電極２４（図５参照）は、このゲート電極２４に直接接続されたボンディングワイヤ４２により回路配線７８ｂに接続されている。絶縁基板７０上に設けられた回路配線７１は、この回路配線７１に直接接続されたボンディングワイヤ４４により回路配線７８ｃに接続されている。
【００３３】
半導体素子１０の上面には少なくとも一つの（図５では六つを示している）エミッタ電極パッド２２ａが設けられている。また、半導体素子６０の上面には少なくとも一つの（図５では一つを示している）エミッタ電極パッド２２ｂが設けられている。これらの電極パッド２２ａ，２２ｂには、図６（電極パッド２２ａ，２２ｂの図示は省略している）に示すように、半田５０によって一枚の金属板３０が共通的に接続されている。すなわち金属板３０は、半導体素子１０と半導体素子６０との間の領域（非ボンディング領域）を跨いで、半導体素子１０に設けられた複数の電極パッド２２ａと半導体素子６０に設けられた電極パッド２２ｂとを連結している。この金属板３０の上面に複数本のボンディングワイヤ４０のそれぞれ一端が接続されている。ボンディングワイヤ４０の他端は回路配線７８ａに接続されている。
【００３４】
このような構成とすることにより、複数の半導体素子（半導体素子１０，６０）に設けられた電極パッド２２ａおよび電極パッド２２ｂを、ボンディングワイヤ４０によって回路配線７８ａに一度に接続することができる。このボンディングワイヤ４０の本数は、電極パッド２２ａと電極パッド２２ｂの合計数よりも少なくすることが可能である。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第一実施例に係る半導体素子を示す模式的断面図である。
【図２】  ゲート電極およびゲートフィンガーの配置を示す模式図である。
【図３】  図１のIII方向矢視図である。
【図４】  図３のIV−IV線断面に相当する部分で第一実施例に係る半導体装置の要部を示す断面図である。
【図５】  第二実施例に係る半導体装置の要部を示す平面図である。
【図６】  図５のVI−VI線断面図である。
【符号の説明】
１０，６０：電力用半導体素子（半導体素子）
１５，１６：層間絶縁膜
１７：表面保護膜（絶縁保護層）
２２：エミッタ電極（素子側電極）
２２ａ，２２ｂ：エミッタ電極パッド（素子側電極パッド、駆動用電極パッド）
２４：ゲート電極（素子側電極）
２６：ゲートフィンガー
３０：金属板（導電部材）
４０，４２，４４：ボンディングワイヤ
５０，５２，５４：半田
７０：絶縁基板（回路基板）
【図１】
0003744431.tif 000002
【図２】
0003744431.tif 000003
【図３】
0003744431.tif 000004
【図４】
0003744431.tif 000005
【図５】
0003744431.tif 000006
【図６】
0003744431.tif 000007