JP2000299350A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP
Japan
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electrode
semiconductor device
connection electrode
film
bonding
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JP11103915A
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English (en)
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Tomohiro Iguchi
知洋 井口
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • H01L2924/181—Encapsulation

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極の酸化膜の形成を防止することでスループ
ットを向上させるとともに、樹脂封止後の電極の腐食を
防止することにより信頼性を向上させることができる半
導体装置を提供すること。 【解決手段】回路素子が形成された半導体基板と、この
半導体基板上に形成された絶縁層３１と、絶縁層３１に
形成されるとともに、前記回路素子に接続された外囲器
接続用電極３７と、この接続用電極上に形成され外囲器
接続用電極３７の酸化を防止するとともに、所定の熱圧
着若しくは超音波振動により破壊される電極酸化防止膜
３９とを備えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に製造時のスループットを向上で
きるとともに、電極の腐食を防止し半導体装置の信頼性
を向上できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置における高集積化や高
速化は著しく、これに伴って各素子間を電気的に結合す
る配線の微細化、低抵抗化、高電流密度化等が余儀なく
されている。このような要請に伴い、従来から配線材料
に使用されているアルミニウムに代わって、より低抵抗
で、高電流密度が可能な例えば銅等の配線への適用が望
まれている。
【０００３】そこで、例えば銅で形成された電極とリー
ドフレームとの間をワイヤにより接続する半導体装置の
製造方法について以下に説明する。
【０００４】図７及び図８は、半導体装置１０の電極及
び配線の形成工程を示す図である。まず、図７の（ａ）
に示すように、酸化シリコン等で形成された絶縁層１１
に、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎ
ｇ）法等で配線溝１２及び下層配線１３との接続孔１４
を形成する。
【０００５】次に図７の（ｂ）に示すように、配線溝１
２及び接続孔１４上に、スパッタ法等により窒化チタン
膜からなるバリアメタル１５を形成し、そこに銅１６を
埋め込む。
【０００６】次に図７の（ｃ）に示すように、余剰の銅
１６を化学的機械的研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃ
ｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって取り除
く。
【０００７】次に図７の（ｄ）に示すように、例えば窒
化シリコンからなる絶縁膜１８を形成する。
【０００８】最後に、図７の（ｅ）に示すように、例え
ばＲＩＥ法等により電極１９を開口する。
【０００９】銅は大気と接触するため、酸化が進行す
る。このため、電極形成後、プローブを電極１９に接触
させ、機能検査を行う。
【００１０】図８の（ａ）〜（ｃ）にボンディング工程
を示す。ダイシングによりチップに切り分けた後、図８
の（ａ）に示すように、良品である半導体装置１０は、
還元ガス雰囲気中で、リードフレーム２０上に例えば銀
ペースト２１でマウントする。
【００１１】マウント後の電極１９は、表層が酸化し、
かつ、表面には有機汚染物が付着している。その後、図
８の（ｂ）に示すように、ワイヤボンディング装置を使
用して半導体装置の電極１９とリードフレーム２０とを
例えば金ワイヤ２２で接続する。
【００１２】ワイヤボンディングでは、金ワイヤ２２の
先端を放電により溶融し、ボール２３を形成する。そし
て、これを加熱した半導体装置１０の電極１９に押し付
け、同時に超音波振動を印加する。これにより、電極表
面が変形することで、有機汚染物質や酸化銅膜の下から
銅１６が露出し、金ボール２３と接触して接合される。
【００１３】ワイヤボンディング後、図８の（ｃ）に示
すように樹脂２４で封止する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
装置では、次のような問題があった。すなわち、電極１
９の開口後、ダイシング工程や、大気中に放置してある
間に電極１９が大気中の酸素や水と接触するため、電極
１９の酸化が進行する。
【００１５】このため、ボンディングを行う前に還元ガ
ス雰囲気中で長時間加熱して、電極上の酸化膜を減少さ
せなければならず、スループットが低下する。
【００１６】また、樹脂封止後に電極１９が腐食するこ
とにより信頼性を低下するといった問題がある。
【００１７】図９に示すように、電極１９の銅が露出し
ているため、樹脂２４に含まれる水分や封止の際に微量
混入する大気中の酸素により、電極１９の腐食が進行
し、酸化銅２５となる。このため、金ワイヤ２２との接
続抵抗が増大し、半導体装置１０の所定の性能が得られ
ない等の問題があった。
【００１８】そこで本発明は、電極の酸化膜の形成を防
止することでスループットを向上させるとともに、樹脂
封止後の電極の腐食を防止することにより半導体装置の
信頼性を向上させることができる半導体装置及びその製
造方法を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載された発明は、半導体
基板と、前記半導体基板上に形成されかつ金属ワイヤが
接合される接続用電極と、前記接続用電極上に形成され
前記接続用電極の酸化を防止するとともに前記金属ワイ
ヤの接合時に破壊される電極酸化防止膜とを備えるよう
にした。
【００２０】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、前記接続用電極には、機能検
査に用いる検査用電極が接続されている。
【００２１】請求項３に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、前記電極は銅により形成され
ている。
【００２２】請求項４に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、前記電極酸化防止膜は絶縁膜
で形成されている。
【００２３】請求項５に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、前記電極酸化防止膜は銅以外
の金属膜若しくは金属酸化膜で覆われている。
【００２４】請求項６に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、前記金属膜若しくは金属酸化
膜はアルミニウム若しくは酸化アルミニウムである。
【００２５】請求項７に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、前記接続用電極と前記端子と
は樹脂により封止されている。
【００２６】請求項８に記載された発明は、半導体基板
上に形成された銅製の接続用電極上に前記接続用電極の
酸化を防止する電極酸化防止膜を形成する絶縁膜形成工
程と、金属ワイヤを前記接続用電極に対し接合すること
により前記電極酸化防止膜を破壊し前記端子と前記接続
用電極とを接合する接合工程とを備えるようにした。
【００２７】請求項９に記載された発明は、請求項８に
記載された発明において、前記金属ワイヤの接合は、熱
圧着若しくは超音波振動により行うようにした。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
に係る半導体装置３０の製造工程を示す縦断面図、図２
は同半導体装置の要部を示す平面図、図３は同半導体装
置の製造工程を示す縦断面図、図４は同半導体装置の要
部を示す縦断面図である。
【００２９】図１の（ａ）に示すように、半導体装置３
０の酸化シリコン等で形成された絶縁層３１に、ＲＩＥ
法等で配線溝３２及び下層配線３３との接続孔３４を形
成する。
【００３０】次に図１の（ｂ）に示すように、配線溝３
２及び接続孔３４上に、スパッタ法等により窒化チタン
膜からなるバリアメタル３５を形成し、そこに銅３６を
埋め込む。
【００３１】次に図１の（ｃ）に示すように、余剰の銅
３６を化学的機械的研磨法によって取り除き、外囲器接
続用電極３７と機能検査用電極３８を形成する。外囲器
接続用電極３７と機能検査用電極３８とは下層配線３３
により電気的に接続されている。
【００３２】次に図１の（ｄ）に示すように、例えば窒
化シリコンからなる絶縁膜３９を形成する。絶縁膜３９
としてはこの他、ポリイミド樹脂等がある。
【００３３】次に図１の（ｅ）に示すように、例えばＲ
ＩＥ法等により外囲器接続用電極３７と機能検査用電極
３８に対応する部分の絶縁膜３９をエッチングにより除
去する。このとき、外囲器接続用電極３７の部分の絶縁
膜３９は厚さ約５０ｎｍ残すことで電極酸化防止膜３９
ａとし、機能検査用電極３８に対応する部分は全て除去
し、機能検査用電極３８を開口する。これにより半導体
装置３０を大気中に放置しても外囲器接続用電極３７が
酸化されることはない。なお、電極酸化防止膜３９ａの
厚さは後述する超音波振動等により容易に破壊される厚
さに適宜設定する。
【００３４】半導体装置３０上の外囲器接続用電極３７
及び機能検査用電極３８の配線が終った後、検査プロー
ブを機能検査用電極３８に接触させ、機能検査を行う。
機能検査用電極３８は外囲器接続用電極３７と接続され
ているため半導体装置３０の機能を検査を行うことがで
きる。なお、検査プローブによるプロービングは機能検
査用電極３８のみについて行うため、電極酸化防止膜３
９ａが破壊されることはなく、外囲器接続用電極３７が
酸化されることはない。
【００３５】図３の（ａ）〜（ｃ）にボンディング工程
を示す。図３の（ａ）に示すように、良品である半導体
装置３０はダイシングによりチップに切り分けた後、大
気中で、リードフレーム４０上に例えば銀ペースト４１
でマウントする。
【００３６】その後、図３の（ｂ）に示すように、ワイ
ヤボンディング装置（不図示）を使用して半導体装置３
０の外囲器接続用電極３７とリードフレーム４０とを例
えば金ワイヤ４２で接続する。
【００３７】ワイヤボンディングでは、金ワイヤ４２の
先端を放電により溶融し、φ６７μｍのボール４３を形
成する。そして、これを５２５Ｋに加熱した半導体装置
３０の外囲器接続用電極３７に０．５Ｎで加圧し、同時
に超音波振動を２０ｍｓ印加する。これにより、外囲器
接続用電極３７の表面が変形し、電極酸化防止膜３９ａ
が破壊されることにより外囲器接続用電極３７の銅３６
が露出し、金ボール４３と接触して接合される。
【００３８】なお、この方法で接合を行った場合、金ボ
ール４３の圧着径は約φ９５μｍとなり、接合強度は約
０．６Ｎが得られた。
【００３９】ワイヤボンディング後、図３の（ｃ）に示
すように樹脂４４で封止する。
【００４０】樹脂封止後、図４に示すように、外囲器接
続用電極３７のうち金ボール４３と接触している部分以
外の表面は絶縁膜３９が残っており、樹脂４４に含まれ
る水分や封止の際に微量混入する酸素とは接触しない。
このため、外囲器接続用電極３７が腐食することを防止
できる。
【００４１】また、機能検査用電極３８は従来と同様に
腐食するが、機能検査にのみ使用される電極であり、半
導体装置の機能とは関係がない。また、機能検査用電極
３８の電極厚が１μｍ以上とすれば、腐食が進行して下
層配線３３まで達することはない。
【００４２】上述したように本発明の第１の実施の形態
に係る半導体装置３０及びその製造方法によれば、外囲
器接続用電極３７上を絶縁膜３９で覆うことにより、外
囲器接続用電極３７が大気と接触せず、外囲器接続用電
極３７の酸化を防止することができる。これにより、外
囲器接続用電極３７の材料として銅３６等の酸化しやす
い材料を用いた場合であっても、還元雰囲気中における
加熱工程を省略することができ、大気中においてマウン
ト及びワイヤボンディングを行うことが可能となり、ス
ループットが向上する。また、樹脂封止後の外囲器接続
用電極３７の腐食を防止することができ、半導体装置３
０の信頼性を向上させることができる。
【００４３】図５は本発明の第２の実施の形態に係る半
導体装置５０の製造工程を示す縦断面図。図６は同半導
体装置５０の要部を示す縦断面図である。
【００４４】図５の（ａ）に示すように、半導体装置５
０の酸化シリコン等で形成された絶縁層５１に、ＲＩＥ
法等で配線溝５２及び下層配線５３との接続孔５４を形
成する。
【００４５】次に図５の（ｂ）に示すように、配線溝５
２及び接続孔５４上に、スパッタ法等により窒化チタン
膜からなるバリアメタル５５を形成し、そこに銅５６を
埋め込む。
【００４６】次に図５の（ｃ）に示すように、余剰の銅
５６を化学的機械的研磨法によって取り除き、外囲器接
続用電極５７と機能検査用電極５８を形成する。外囲器
接続用電極５７と機能検査用電極５８とは下層配線５３
により電気的に接続されている。
【００４７】次に図５の（ｄ）に示すように、例えば窒
化シリコンからなる絶縁膜５９を形成する。
【００４８】次に図５の（ｅ）に示すように、例えばＲ
ＩＥ法等により外囲器接続用電極５７と機能検査用電極
５８に対応する部分の絶縁膜５９をエッチングにより除
去し、開口する。
【００４９】次に図５の（ｆ）に示すように、外囲器接
続用電極３７上にスパッタ法等により厚さ約８０オング
ストロームのアルミニウム膜６０を形成する。これによ
り半導体装置５０を大気中に放置しても外囲器接続用電
極３７が酸化されることはない。なお、アルミニウム膜
６０の厚さは後述する超音波振動等により容易に破壊さ
れる厚さに適宜設定する。
【００５０】半導体装置５０上の外囲器接続用電極５７
及び機能検査用電極５８の配線が終った後、検査プロー
ブを機能検査用電極５８に接触させ、機能検査を行う。
機能検査用電極５８は外囲器接続用電極５７と接続され
ているため半導体装置５０の機能を検査を行うことがで
きる。なお、検査プローブによるプロービングは機能検
査用電極５８のみについて行うため、アルミニウム膜６
０が破壊されることはなく、外囲器接続用電極５７が酸
化されることはない。
【００５１】なお、ボンディング工程は上述した図３の
（ａ）〜（ｃ）と同様に行われる。すなわち、図３の
（ａ）に示すように、良品である半導体装置５０はダイ
シングによりチップに切り分けた後、大気中で、リード
フレーム４０上に例えば銀ペースト４１でマウントす
る。
【００５２】その後、図３の（ｂ）に示すように、ワイ
ヤボンディング装置（不図示）を使用して半導体装置５
０の外囲器接続用電極５７とリードフレーム４０とを例
えば金ワイヤ４２で接続する。
【００５３】ワイヤボンディングでは、金ワイヤ４２の
先端を放電により溶融し、φ６７μｍのボール４３を形
成する。そして、これを５２５Ｋに加熱した半導体装置
５０の外囲器接続用電極５７に０．５Ｎで加圧し、同時
に超音波振動を２０ｍｓ印加する。これにより、外囲器
接続用電極５７の表面が変形し、絶縁膜５９が破壊され
ることにより外囲器接続用電極５７の銅５６が露出し、
金ボール４３と接触して接合される。
【００５４】なお、この方法で接合を行った場合、金ボ
ール４３の圧着径は約φ９５μｍとなり、接合強度は約
０．６Ｎが得られた。
【００５５】ワイヤボンディング後、図３の（ｃ）に示
すように樹脂４４で封止する。
【００５６】樹脂封止後、図６に示すように、外囲器接
続用電極５７のうち金ボール４３と接触している部分以
外の表面はアルミニウム膜６０が残っており、樹脂４４
に含まれる水分や封止の際に微量混入する酸素とは接触
しない。このため、外囲器接続用電極５７が腐食するこ
とを防止できる。
【００５７】また、機能検査用電極５８は従来と同様に
腐食するが、機能検査にのみ使用される電極であり、半
導体装置の機能とは関係がない。また、機能検査用電極
５８の電極厚が１μｍ以上とすれば、腐食が進行して下
層配線５３まで達することはない。
【００５８】上述したように本発明の第２の実施の形態
に係る半導体装置５０及びその製造方法によれば、外囲
器接続用電極５７上をアルミニウム膜６０で覆うことに
より、外囲器接続用電極５７が大気と接触せず、外囲器
接続用電極５７の酸化を防止することができる。これに
より、外囲器接続用電極５７の材料として銅５６等の酸
化しやすい材料を用いた場合であっても、還元雰囲気中
における加熱工程を省略することができ、大気中におい
てマウント及びワイヤボンディングを行うことが可能と
なり、スループットが向上する。また、樹脂封止後の外
囲器接続用電極５７の腐食を防止することができ、半導
体装置５０の信頼性を向上させることができる。
【００５９】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではない。すなわち、ワイヤボンディングにより
半導体装置の電極とリードフレームとを接続する例を示
したが、半導体装置にボールバンプを形成し、フリップ
チップボンディングにより外囲器と接合するような場合
にも適用できる。このほか、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、電極の酸化膜の形成を
防止することでスループットを向上させるとともに、樹
脂封止後の電極の腐食を防止することにより半導体装置
の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の
製造工程を示す縦断面図。
【図２】同半導体装置の要部を示す平面図。
【図３】同半導体装置の製造工程を示す縦断面図。
【図４】同半導体装置の要部を示す縦断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の
製造工程を示す縦断面図。
【図６】同半導体装置の要部を示す縦断面図。
【図７】従来の半導体装置の製造工程を示す縦断面図。
【図８】同半導体装置の製造工程を示す縦断面図。
【図９】同半導体装置の要部を示す縦断面図。
【符号の説明】
３０，５０…半導体装置 ３１，５１…絶縁層 ３２，５２…配線溝 ３３，５３…下層配線 ３４，５４…接続孔 ３５，５５…バリアメタル ３６，５６…銅 ３７，５７…外囲器接続用電極 ３８，５８…機能検査用電極 ３９，５９…絶縁膜 ３９ａ…電極酸化防止膜 ６０…アルミニウム膜

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されかつ金属ワイヤが接合され
    る接続用電極と、 前記接続用電極上に形成され前記接続用電極の酸化を防
    止するとともに前記金属ワイヤの接合時に破壊される電
    極酸化防止膜とを備えていることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項２】前記接続用電極には、機能検査に用いる検
    査用電極が接続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。
  3. 【請求項３】前記電極は銅により形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。
  4. 【請求項４】前記電極酸化防止膜は絶縁膜で形成されて
    いることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】前記電極酸化防止膜は銅以外の金属膜若し
    くは金属酸化膜で覆わ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。
  6. 【請求項６】前記金属膜若しくは金属酸化膜はアルミニ
    ウム若しくは酸化アルミニウムであることを特徴とする
    請求項１に記載の半導体装置。
  7. 【請求項７】前記接続用電極と前記端子とは樹脂により
    封止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。
  8. 【請求項８】半導体基板上に形成された銅製の接続用電
    極上に前記接続用電極の酸化を防止する電極酸化防止膜
    を形成する絶縁膜形成工程と、 金属ワイヤを前記接続用電極に対し接合することにより
    前記電極酸化防止膜を破壊し前記端子と前記接続用電極
    とを接合する接合工程とを備えていることを特徴とする
    半導体装置製造方法。
  9. 【請求項９】前記金属ワイヤの接合は、熱圧着若しくは
    超音波振動により行うことを特徴とする請求項８に記載
    の半導体装置製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001298029A (ja) * 1999-12-16 2001-10-26 Lucent Technol Inc ストレスを減少してパッドの下に回路を入れることができるようにするためのデュアル食刻ボンドパッド構造およびそれを形成するための方法
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WO2007119673A1 (ja) * 2006-04-14 2007-10-25 Sharp Kabushiki Kaisha 太陽電池、該太陽電池を用いた太陽電池モジュール、及び、該太陽電池モジュールの製造方法
JP2013229634A (ja) * 2013-07-29 2013-11-07 Renesas Electronics Corp 半導体装置

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