JP2009105291A - 接合構造体およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】Ｐｏｌｙ−Ｓｉボンディングパッドを有する接合構造体においてＡｌ系ワイヤを用いたウェッジボンディングを行った場合でも、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッドとＡｌ系ワイヤとを安定してワイヤボンディングできる接合構造体と製造方法を提供する。
【解決手段】Ｓｉ４上にＳｉＯ２膜５が形成され、ＳｉＯ２膜５上にＢＰＳＧ膜６が形成され、ＢＰＳＧ膜６上にＳｉＮ膜７が形成され、ＳｉＮ膜７上にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１が形成され、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１上にＡｌ系ワイヤ２が接合されて接合構造体が構成されている。また、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１の表面平均粗さが２２ｎｍ以下である。Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１のパッド表面平均粗さ８を小さくできるので、Ａｌ系ワイヤ２とＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１との接合面における空隙が小さくなって接合面積が増え、ワイヤボンディング性を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明はＰｏｌｙ−Ｓｉ膜とＡｌ系ワイヤとの接合構造体およびその製造方法に関するものである。
近年、半導体の微細加工技術を用いて電気機械部品を形成するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術が注目を浴びており、機械分野・エレクトロニクス分野・通信分野・医療分野などの各種分野において、ＭＥＭＳ技術に関する開発が活発化してきている。
ＭＥＭＳ技術において、フッ酸系薬液でＳｉをエッチングして所望の形状に加工することが一般的に行われている。この場合には、装置外部と入出力信号との電気的な導通を得る手段として、導通用部品の材料としてフッ酸系薬液でエッチングされる材料を用いることができないため、フッ酸系薬液でエッチングした後にＡｕやＡｌワイヤと容易にボンディングできるように、ボンディングパッドをＡｕやＡｌで形成する手法が行われている。なお、特許文献１によると、ボンディングパッドにＡｌを用いた場合、ボンディングパッド表面において、凹凸形状があると、ボンディングワイヤ等のパッドに接触する部材の密着性向上に寄与するとされている。
特開２００４−２４７５２２公報
しかしながら、ＡｌボンディングパッドをめっきやＣＶＤで形成する場合、この形成工程においてマスクが必要であり、かつ工程が増えて製造コストが大きく上昇し、これに伴って部品コストが高くなる欠点を生じてしまう。
これに対処する方法としては、Ａｌボンディングパッドを形成することなく、フッ酸系薬液にエッチングされないＰｏｌｙ−Ｓｉ等でボンディングパッドを形成することが考えられる。しかし、この場合に、Ｐｏｌｙ−Ｓｉは、特許文献１に示されるような塑性変形しやすいＡｌと異なり、塑性変形しにくい性質を有するため、図５に示すように、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１の表面の凹凸が大きいと、Ａｌ系ワイヤ２を接合する際に接合部に空隙３ができてしまい、この結果、十分な接合面積が確保できず、ボンディング性能が低下するおそれがある。なお、図５において、１はＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド、２はＡｌ系ワイヤ、３は空隙である。
本発明は、上記課題を解決するもので、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッドを有する接合構造体においてＡｌ系ワイヤを用いたウェッジボンディングを行った場合でも、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッドとＡｌ系ワイヤとを安定してワイヤボンディングすることができる接合構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の接合構造体は、下記のような特徴を有している。
本発明の請求項１記載の接合構造体は、Ｓｉ上にＳｉＯ２膜が形成され、前記ＳｉＯ２膜上にＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜が形成され、前記ＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜上にＳｉＮ膜が形成され、前記ＳｉＮ膜上にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成され、前記Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜上にＡｌ系ワイヤが接合されていることを特徴とする。
請求項２記載の接合構造体は、前記構成において、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜表面の平均粗さが、ＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜表面の粗さよりも小さいもしくは同等であることを特徴とする。
請求項３記載の接合構造体は、前記構成において、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜表面の粗さが２２ｎｍ以下であることを特徴とする。
請求項４記載の接合構造体は、前記構成において、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の厚みが２００ｎｍ以上であることを特徴とする。
また、本発明の請求項５記載の接合構造体の製造方法は、Ｓｉ上にＳｉＯ２膜を形成する工程と、前記ＳｉＯ２膜上にＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜を形成する工程と、前記ＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜上にＳｉＮ膜を形成する工程と、前記ＳｉＮ膜上にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成する工程と、前記Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜上にＡｌ系ワイヤを接合する工程とを有することを特徴とする。
本発明による接合構造体およびその製造方法によれば、ボンディングパッドとしてのＰｏｌｙ−Ｓｉ膜上にＡｌやＡｕを形成するプロセスを必要としないため、従来と比較して製造期間を短縮することができるとともに、マスクの削減もでき、安価な製造プロセスで、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜とＡｌ系ワイヤとの接合構造体を製造することが可能となる。また、本発明によれば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の表面平均粗さを小さくできるので、Ａｌ系ワイヤとＰｏｌｙ−Ｓｉ膜との接合面における空隙が小さくなって接合面積が増え、ワイヤボンディング性を向上できる。
以上のように本発明によれば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜とＡｌ系ワイヤとの直接接合が可能となり、ボンディングパッドとして用いられるＰｏｌｙ−Ｓｉ膜上にＡｌやＡｕを形成するプロセスを必要としないため、ＡｌやＡｕを形成するマスクや工程の削減を実現することができる。また、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の表面平均粗さを小さくできるので、Ａｌ系ワイヤとＰｏｌｙ−Ｓｉ膜との接合面積が増え、ワイヤボンディング性能を向上できる。
以下、本発明の実施の形態に係る接合構造体およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の実施の形態に係る接合構造体を示す断面図およびＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド表面の拡大図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る接合構造体は、Ｓｉ４上にＳｉＯ２膜５が形成され、ＳｉＯ２膜５上にＢＰＳＧ膜６が形成され、ＢＰＳＧ膜６上にＳｉＮ膜７が形成され、ＳｉＮ膜７上にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１が形成され、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１上にＡｌ系ワイヤ２が接合されて構成されている。なお、図２における８はパッド表面平均粗さである。
この接合構造体は以下のようにして製造される。
１０００〜１２００℃の酸素雰囲気中でＳｉ４の上にＳｉＯ２膜５を形成し、このＳｉＯ２膜５を常圧ＣＶＤ法によりＳｉＨ４、Ｏ２、ＰＨ３およびＢ２Ｈ６ガスを含む雰囲気中において３５０〜４５０℃で反応させることにより、ＳｉＯ２膜５の上にＢＰＳＧ膜６を形成する。そして、８５０〜９５０℃で熱処理を行い、減圧ＣＶＤによりＳｉＨ２Ｃｌ２とＮＨ３ガスを含む雰囲気中において７００〜８００℃で反応させることによりＢＰＳＧ膜６の上にＳｉＮ膜７を形成し、減圧ＣＶＤ法によりＳｉＨ４ガスを含む雰囲気中において６００〜７００℃で反応させることによりＳｉＮ膜７の上にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１を形成する。この際、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１のパッド表面粗さ８（図２参照）は、ＢＰＳＧ膜６の表面粗さよりも小さいもしくは同等に形成させる。このようにＢＰＳＧ膜６の表面粗さをコントロールすることにより、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１のパッド表面平均粗さ８を抑制して小さくすることが可能である。
図３は、図１のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１とＡｌ系ワイヤ２との接合部を拡大したものである。Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１にＡｌ系ワイヤ２を接合する際、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１の表面の状態が、Ａｌ系ワイヤ２の塑性変形に関して支配的に影響する。つまり、Ｐｏｌｙ−Ｓｉボンディングパッド１の表面が粗いと、Ａｌ系ワイヤ２が変形しても接合面に空隙３が大きくなり、十分な接合強度が得られないが、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１のパッド表面平均粗さ８が小さくなることで、Ａｌ系ワイヤ２をＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１に接合する際、接合面における空隙３が小さくなり、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１とＡｌ系ワイヤ２との接合面積が増えるため、ワイヤボンディング性の劣化を防止することができる。
図４は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１とＡｌ系ワイヤ２とをワイヤボンディングした後に、プルテスト（引張試験）した際のプル強度と、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１のパッド表面平均粗さ８との関係を示したグラフである。図４に示す実験結果より、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１とＡｌ系ワイヤ２との接合構造体において、ワイヤプルテストを実施した場合、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１のパッド表面平均粗さ８が２２ｎｍより大きくなると、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１とＡｌ系ワイヤ２との接合部界面で破壊し、プル強度が低下する現象の発生が認められるが、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１のパッド表面平均粗さ８が、２２ｎｍ以下になると、Ａｌ系ワイヤ２中での破壊となり、安定したプル強度が得られることがわかる。プルテスト結果からも、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１のパッド表面粗さ８を小さくすることで、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１とＡｌ系ワイヤ２との安定したボンディング性を可能にすることができると考えられる。
前記したＢＰＳＧ膜６を常圧ＣＶＤで形成する場合、Ｂ濃度を１ｗｔ％以上、Ｐ濃度を５．９ｗｔ％以上とし、８５０〜９５０℃の熱処理をして、ＢＰＳＧ膜６の表面粗さをコントロールすることにより、前記のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１のパッド表面平均表面粗さ８を２２ｎｍ以下にすることができるため、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１とＡｌ系ワイヤ２とのワイヤボンディング性を安定させることが可能になる。
なお、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１の膜厚を２００ｎｍ以上とすることで、ワイヤボンディング時のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１にかかるストレスに起因して発生するＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の脆性破壊を防止することができ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１の膜剥がれを発生させずに、安定したワイヤボンディングをすることが可能となる。
また、上記構成によれば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１上にＡｌやＡｕを形成するプロセスを必要としないため、従来と比較して製造期間を短縮することができるとともに、マスクの削減もできるため、安価な製造プロセスで、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド１とＡｌ系ワイヤ２とを安定してワイヤボンディングすることができる接合構造体を提供できる。
なお、前記ＢＰＳＧ膜６は、ＰＳＧ膜等の層間絶縁膜であってもよい。
以上説明したように、本発明は、特にＭＥＭＳ技術分野におけるＳｉ系部材とＡｌ系部材の接合構造体について有用である。
本発明の実施の形態に係る接合構造体の断面図 同接合構造体のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッドにおける表面部の拡大図 同接合構造体のＰｏｌｙ−ＳｉボンディングパッドとＡｌ系ワイヤとの接合部の拡大図 Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜とＡｌ系ワイヤとのワイヤプルテスト結果を示す図 従来の接合構造体の形態断面図
符号の説明
１ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ボンディングパッド
２ Ａｌ系ワイヤ
４ Ｓｉ
５ ＳｉＯ２膜
６ ＢＰＳＧ膜
７ ＳｉＮ膜
８ パッド表面平均粗さ

Claims (5)

  1. Ｓｉ上にＳｉＯ２膜が形成され、前記ＳｉＯ２膜上にＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜が形成され、前記ＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜上にＳｉＮ膜が形成され、前記ＳｉＮ膜上にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成され、前記Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜上にＡｌ系ワイヤが接合されていることを特徴とする接合構造体。
  2. Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜表面の平均粗さが、ＢＰＳＧ膜表面またはＰＳＧ膜表面の粗さよりも小さいもしくは同等であることを特徴とする請求項１記載の接合構造体。
  3. Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜表面の粗さが２２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の接合構造体。
  4. Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の厚みが２００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の接合構造体。
  5. Ｓｉ上にＳｉＯ２膜を形成する工程と、前記ＳｉＯ２膜上にＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜を形成する工程と、前記ＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜上にＳｉＮ膜を形成する工程と、前記ＳｉＮ膜上にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成する工程と、前記Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜上にＡｌ系ワイヤを接合する工程とを有することを特徴とする接合構造体の製造方法。
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