JP2004266012A - 半導体装置 - Google Patents

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semiconductor
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Katsutoshi Mochizuki
克寿 望月
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Canon Inc
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Abstract

【課題】本発明は、電極及び配線上にボンディングパッドを設ける半導体装置において、半導体素子にボンディングダメージによるクラックが生じ難い半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板を覆う保護膜と、前記保護膜の開口部と、外部と電気的に接続される突起電極と、前記開口部を介して前記突起電極と電気的に接続される電極と、前記半導体基板と前記突起電極間に配された配線と、を有する半導体装置において、前記配線にスリットが設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関するものであり、特に半導体装置のボンディングパッド構造に関するものである。特にチップ幅が細い撮像装置としての密着型イメージセンサー、又はＬＥＤヘッド用の細長いチップで、チップ幅を縮め収量を増やしコストダウンを図ることを目的にする場合に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置に利用されるボンディングパッドの構造としては図８に示す構成が知られている。
【０００３】
図８は従来の半導体装置におけるボンディングパッドの構造を示した模式的断面図である。
【０００４】
シリコン基板１の活性領域に接続された第１配線２上に層間絶縁膜６を介して第２配線７を形成し、第２配線７上に保護膜８およびポリイミド膜１０を介してボンディングパッド１４をシリコン基板１の活性領域と重なるように配置する。ボンディングパッド１４と重なる領域内に第２配線７の複数の配線７ａ・７ｂを配設し、１本の配線７ａを保護膜８およびポリイミド膜１０の開口部９・１１を通してボンディングパッド１４と接合する一方、他の配線７ｂとボンディングパッド１４との間に保護膜８およびポリイミド膜１０を介在させる。１１はポリイミド膜１０の開口部、９は保護膜８の開口部、１３は金バンプ、１２はバリアメタル、２０は半導体素子、２５は絶縁膜である（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１９８３７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示すように、半導体素子（能動素子）上のボンディングパッド１４が配線７ｂまで覆う構成の場合、ボンディングパッド１４上にワイヤーボンディングを接合時の超音波エネルギーが、ボンディングパッド１４を通して配線７ｂにダメージを与える場合があった。
【０００７】
さらに図９を用いて具体的に説明する。
【０００８】
図９は、従来の半導体装置におけるボンディングパッドの構造を示した模式的断面図である。
【０００９】
図９において、１１０はバリアメタルとしてのＴｉＷ（タングステンチタン）、１２０は保護膜、１２５は保護膜１２０の開口部、１３０は突起電極１００と電気的に接続されるＡｌ電極、１４０は半導体基板１１５上に積層された複数のＡｌ配線間の絶縁膜、１５０は半導体基板１１５上に積層された複数のＡｌ配線、１６０は半導体基板１１５上に形成された酸化膜、１８０は能動素子である。
【００１０】
しかしながら図９のようにＡｌ配線１５０上に突起電極を配したボンディングパッド構造の場合、２７０で示す領域において、ワイヤーボンディング接合時の超音波エネルギーによるダメージによってＡｌ配線１５０がクラックを生じる場合があった。
【００１１】
図１０は、従来の半導体装置におけるボンディングパッド構造を示した上面図、図１１は図１０の線Ｘ−Ｘ’における模式的断面図である。
【００１２】
図１０及び図１１において、１５５はＡｌ電極１３０から引き出されたＡｌ電極配線である。図１０に示されているようにＡｌ電極配線１５５にクラックが生じている。
【００１３】
クラックは、突起電極下に配されるＡｌ配線、Ａｌ電極配線（以降、本明細書においてＡｌ配線と称す）の面積が大きい、或いはＡＬ配線の厚さが薄い場合に、ワイヤーボンディング時に加わる超音波エネルギーによってＡｌ配線内に発生する圧縮応力が外部に開放されないことによって生じる。
【００１４】
そこで本発明は、電極及び配線上にボンディングパッドを設ける半導体装置において、半導体素子にボンディングダメージによるクラックが生じ難い半導体装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板を覆う保護膜と、前記保護膜の開口部と、外部と電気的に接続される突起電極と、前記開口部を介して前記突起電極と電気的に接続される電極と、前記半導体基板と前記突起電極間に配された配線と、を有する半導体装置において、
前記配線にスリットが設けられていることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の半導体装置の模式的断面図である。
【００１７】
図１において、１００は能動素子１８０及びＡＬ電極１３０上に金で形成された厚み５μｍの突起電極（ボンディングパッド）、１１０はバリアメタルとして膜厚５００ｎｍのＴｉＷ（タングステンチタン）である。尚、バリアメタル１１０の膜圧は適宜決まり得るものであり本実施形態に限定されない。１２０は保護膜、１２５は保護膜１２０の開口部、１３０は突起電極１００と電気的に接続される電極としてのＡｌ電極、１３５はＡｌ電極１３０の領域、１４０は半導体基板１１５上に積層された複数のＡｌ配線間の絶縁膜、１４５はＡｌ電極１３０に隣接するＡｌ配線１５０との距離、１５０は半導体基板１１５上に積層された複数のＡｌ配線、１６０は半導体基板１１５上に形成された酸化膜、１８０は能動素子、２５０はボンディング時の初期に発生する衝撃荷重を受ける領域、３００は絶縁膜１４０を介して半導体基板１１５上に積層された複数のＡＬ配線１５０を電気的に接続させるスルーホールである。
【００１８】
尚、電極はＣｒ電極で形成されていても良い。
【００１９】
又、本実施形態においては能動素子１８０はＡｌ電極の周囲に配されているが、直下であっても良い。周囲に配することワイヤーボンディングの衝撃荷重によるダメージを受け難い点で好適である。
【００２０】
尚、本明細書で述べるところの周囲とは、Ａｌ電極と能動素子とが水平方向に対して離れた構成であることを表している。
【００２１】
次に図２を用いてさらに具体的に説明する。
【００２２】
図２は、本発明の半導体装置のボンディングパッドにワイヤーボンディングをする工程を示した模式的断面図である。
【００２３】
図２において、２１０はボンディングワイヤー、２４０はボンディングワイヤー２１０の先端に形成されたＡｕボールである。
【００２４】
ボンディングプロセス初期において、Ａｕボール２４０が突起電極１００にぶつかる際に生じる衝撃荷重は下に配線、能動素子等の無い領域２５０で受ける。その後、荷重をかけながら超音波で接合する工程でＡｕ突起電極１００下のＡｌ配線１５０、能動素子１８０に荷重、超音波エネルギーが加わる構成になっている。
【００２５】
本発明は、上述の超音波エネルギーによるダメージを低減することを目的と、Ａｌ配線にスリットを設けたことを特徴とする。
【００２６】
ここで図３及び図４を用いて具体的に説明する。
【００２７】
図３は本発明の半導体装置の上面図、図４は図３の線Ｙ−Ｙ’における模式的断面図である。
【００２８】
図３及び図４において、１５５はＡｌ電極より引き出されるＡｌ電極配線、１９０はＡｌ電極配線に形成されたスリットである。
【００２９】
図３に示されている様に、突起電極１００下のＡｌ電極配線１５５には複数のスリット１９０が形成されていることが特徴である。スリット１９０を形成することで、突起電極にワイヤーボンディングが接合されるときに加わる超音波エネルギーが開放されやすい構造となった。従って、超音波エネルギーによる圧縮応力によって局所的に発生していたＡｌ電極配線１５５のクラックが生じ難い構造の半導体装置が提供できた。
【００３０】
尚、スリットの数は適宜決まり得るものであり、本実施形態に限定されない。
【００３１】
又、本実施形態においてはＡｌ電極配線１５５を用いて説明したが、突起電極１００と半導体基板１００間に配されたＡＬ配線１５０にスリットを設けても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３２】
又、突起電極１００に配されるＡｌ配線を細い配線とすることでも、ボンディング時に加わる超音波エネルギーにより発生す圧縮応力を開放し易い形状とし、局所的に発生していた配線部のクラックを回避できる。
【００３３】
図５は本発明の別の半導体装置の上面図である。
【００３４】
図５は各スリット１９０のコーナーが円の一部を形成している点で図３と異なる。スリット１９０のコーナーが丸みを持つことで超音波エネルギーが開放されやすい構造となりより好適である。
【００３５】
尚、本実施形態の半導体装置はワイヤーボンディング時における衝撃荷重によるダメージを軽減するために能動素子１８０がＡｌ電極１３０の周囲に配されている。
【００３６】
図１を用いて具体的に説明するに、ワイヤーボンダーの１ｓｔボンディング位置精度が±１０μｍであるため衝撃荷重を受ける部分は周囲のマージンを含め２５μｍ□以上必要になる。
【００３７】
例えば、Ａｌパッド部を２５μｍ□、保護膜開口部を１５μｍ□、Ａｌパッド部から隣接配線までの距離を５μｍとすることで領域が３５μｍ□となり、更にその上に、バリアメタル、Ａｕの順で積層し、前記Ａｌパッド部と前記Ａｕ部の中心を合わせ、かつ該Ａｕ部サイズを８０μｍ□とし、積層された前記バリアメタル、Ａｕの下にＡｌ配線、及び能動素子を配する。尚Ａｕ下の面積の大きいＡｌ配線には予め幅１０μｍのスリットを１０μｍ間隔で配置する。
【００３８】
上記構成にすることにより、従来のサイズを小さくすることなくボンディングパッドを形成出来るため、従来の装置を変更しないため新たな設備投資を必要とせずチップサイズを小さくすることが可能になる。
【００３９】
また、ボンディング時の衝撃荷重を受ける部分に配線、能動素子等を配さないこと、衝撃荷重を受ける部分及び超音波エネルギーが加わる周辺の大面積Ａｌ配線には複数のスリットを任意の間隔で入れることでボンディングダメージが生じない。
【００４０】
また、Ａｕをバンプめっきの様に厚くすることなくめっき厚みが１０μｍ以下、実際には５μｍでも１ｓｔボンディング時の衝撃荷重によるダメージを回避することできる。
【００４１】
上記構成にすることにより、例えば３ｍｍ□サイズが２．８ｍｍ□サイズになりチップサイズを小さくすることが可能となり、ウエハーからの取り個数が増加しコストダウンが可能になる。
【００４２】
更には、例えばチップサイズが幅０．３５ｍｍ×長さ２０ｍｍ程度の細長いチップの場合、チップ幅を小さくし取り個数を増やすのにより大きな効果がある。
【００４３】
（実施形態２）
図６は本発明の半導体装置を複数個並べて用いたセンサーアレイの斜視図、図７は本発明の半導体装置を用いたセンサーアレイを組み込んだ密着イメージセンサーユニットの模式的断面図である。
【００４４】
図６において、２００は基板であって、本実施形態ではセラミック或いはガラスエポキシ基板、ガラス基板いずれでも使用可能である。２６０はボンディングワイヤー２１０及び半導体チップ２２０を封止する封止樹脂である。
【００４５】
図７において、４１０はレンズアレー、４００はフレーム、４２０は保護ガラス、４４０は原稿照明用のＲ、Ｇ、Ｂ一体で成形されたＬＥＤ、４５０は前記ＬＥＤのリード、４３０は原稿照明用のライトガイドである。
【００４６】
尚、図６及び図７において図１に示した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００４７】
図７に示される密着イメージセンサーユニットは、ライン状に複数個のセンサーチップ２２０を読み取り原稿の長さに対応してセラミック基板２００上に精度良く並べてボンディングワイヤー２１０で基板配線と接続され封止樹脂２６０で覆われて構成されるセンサーアレイとレンズアレー４１０をフレーム４００で位置決め保持し、前記レンズアレーを含む光学系を保護する保護ガラス４２０、原稿照明用のＲ、Ｇ、Ｂ一体で成形されたＬＥＤ４４０、原稿照明用のライトガイド４３０で構成されている。前記ＬＥＤはリード４５０で前記セラミック基板接続されている。
【００４８】
原稿を読み取る場合、密着イメージセンサーユニットを副走査方向に移動しながら内蔵されたＬＥＤ，ライトガイドからＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの３色の光を切り替えて原稿に順次照明する。原稿のＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの３色の光情報を前記レンズアレーによりセンサーチップに結像し光情報を電気信号に変換し原稿読み取りシステムに電送する。
【００４９】
本発明の半導体装置のボンディングパッドは前記センサーチップの幅を小さくしウエハーからの取個数を増やすことによって密着イメージセンサーのコストダウンを可能にあるものである。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、突起電極下に配線が配された半導体装置において、配線にスリットが形成されたことにより、配線にダメージを与えることなくワイヤーボンディングが出来る半導体装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の半導体装置の模式的断面図である。
【図２】本発明の半導体装置のボンディングパッドにワイヤーボンディングをする工程を示した模式的断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の上面図である。
【図４】図３の線Ｙ−Ｙ’における模式的断面図である。
【図５】本発明の別の半導体装置の上面図である。
【図６】本発明の半導体装置を複数個並べて用いたセンサーアレイの斜視図である。
【図７】本発明の半導体装置を用いたセンサーアレイを組み込んだ密着イメージセンサーユニットの模式的断面図である。
【図８】従来の半導体装置におけるボンディングパッドの構造を示した模式的断面図である。
【図９】従来の半導体装置におけるボンディングパッドの構造を示した模式的断面図である。
【図１０】従来の半導体装置におけるボンディングパッド構造を示した上面図である。
【図１１】図１０の線Ｘ−Ｘ’における模式的断面図である。
【符号の説明】
１００ 突起電極
１１０ バリアメタル
１２０ 半導体の保護膜
１２５ 保護膜の開口部
１３０ Ａｌ電極
１３５ Ａｌ電極の領域
１４０ Ａｌ配線間の絶縁膜
１４５ Ａｌ電極と隣接するＡｌ配線の距離
１５０ 突起電極下に配されたＡｌ配線
１５５ Ａｌ電極配線
１６０ 酸化膜
１８０ 突起電極下に配された能動素子
１９０ スリット
２００ 基板
２１０ ボンディングワイヤー
２２０ 半導体チップ
２３０ １ｓｔボンド部
２４０ ワイヤーの先端のＡｕボール
２５０ ボンディング時の衝撃荷重を受ける領域
２６０ チップ封止樹脂
４００ フレーム
４１０ レンズアレー
４２０ 保護ガラス
４３０ ライトガイド
４４０ ＬＥＤ
４５０ ＬＥＤリード

Claims (7)

  1. 半導体基板と、前記半導体基板を覆う保護膜と、前記保護膜の開口部と、外部と電気的に接続される突起電極と、前記開口部を介して前記突起電極と電気的に接続される電極と、前記半導体基板と前記突起電極間に配された配線と、を有する半導体装置において、
    前記配線にスリットが設けられていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記スリットが複数配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. 前記スリットの各コーナー部は円の一部から形成されていることを特徴とする請求項１及び２に記載の半導体装置。
  4. 前記半導体基板には能動素子が形成され、前記突起電極が前記電極及び前記能動素子上に配されるとともに、前記能動素子が前記電極の周囲に配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. 前記電極と前記能動素子とが水平方向に対して離れて配されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
  6. 前記突起電極は、バリアメタルを介して前記電極と電気的に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。
  7. 前記突起電極の厚みは１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
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