JP2013026465A - 電子デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】金からなるワイヤまたは金からなるバンプと、パッド電極との接合強度を、より高めることが可能な電子デバイスを提供する。
【解決手段】金からなるワイヤ６が接続されるパッド電極１を備えた電子デバイス１０であって、パッド電極１は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる下地電極１ａと、下地電極１ａ上のＴｉまたはＣｒからなる中間膜１ｂと、中間膜１ｂ上のワイヤ６が接続されるＡｕ膜１ｃとが順に積層されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッド電極を備えた電子デバイスに関する。
従来より、半導体素子などの電子デバイスを外部と電気的に接続させるため、金からなるワイヤ（以下、金線ともいう）や金からなるバンプ（以下、Ａｕバンプともいう）が、電子デバイスのパッド電極に接続されている。
この種の電子デバイスとして、半導体基板上にＡｌまたはＡｌ合金電極が設けられ、さらにその上に高融点金属膜または高融点金属窒化膜を介してＡｕ膜を被覆したパッドが設けられ、該バッドに金線が接続される構造のものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
特許文献１の半導体装置では、Ａｌ膜とＡｕ膜との間に反応防止層として、ＴｉＮ膜を用いている。これにより、特許文献１の半導体装置は、Ａｌ膜に金線を直接ワイヤボンディングする半導体装置のように、長時間動作でＡｌとＡｕが反応して、パープルプレーグが生じることを防止できる、としている。なお、特許文献１には、ＴｉＮ膜の代わりにＷ，Ｍｏ，Ｔａなどの高融点金属膜を用いてもよい、としている。
また、別の電子デバイスとして、半導体チップを基板に実装するためのＡｕバンプとＡｌ電極の間に、ＡｕとＡｌの拡散を防止するためＷ−Ｔｉ拡散防止膜を備えたものも知られている（たとえば、特許文献２参照。）
特開昭６３−１２２１６９号公報 特開２００８−２１８６９３号公報
ところで、電子デバイスには、加速度センサ装置、ジャイロセンサ装置や圧力センサ装置などの各種のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）や赤外線センサ装置などの電子部品に用いられるもののように、気密封止されたパッケージの内部に収納されるものがある。電子部品は、たとえば、パッケージの内部から外部に延設された配線と、電子デバイスのパッド電極とを金からなるワイヤによりワイヤボンディングして、外部から内部の電子デバイス側と電気的に導通がとれるように構成している。
電子部品は、パッケージの内部を気密封止することにより、外部からの異物の混入を抑制し、内部の電子デバイスの保護などすることができる。また、電子部品には、たとえば、電子デバイスを電子部品のパッケージに実装する接着剤から放出されるアウトガスにより気密封止する内部の真空度が低下することを防止するため、アウトガスを吸着するゲッタを備えている。電子部品は、ゲッタを加熱することにより、ゲッタを活性化処理してアウトガスを吸着することができる。
そのため、電子部品では、ゲッタを活性化処理する場合、内部の真空度を高めるために、たとえば、パッケージ全体を加熱することにより、ゲッタを活性化処理して内部の真空度を高めている。ここで、電子部品は、ゲッタの活性化処理のために高温（たとえば、３００〜４００℃以上）に加熱することが必要となる。
電子デバイスは、Ａｌからなるパッド電極へ金からなるワイヤの接続後に電子デバイスが高温に加熱された場合、Ａｌ-Ａｕ接合部が、たとえば、ＡｕＡｌ２、Ａｕ５Ａｌ２やＡｕ４Ａｌ等に変質した部位となる場合がある。変質した部位は、空孔などが生じて接着強度が低下する。また、電子デバイスは、たとえば、ＡｌやＡｌ−Ｓｉからなるパッド電極がＳｉＯ２からなる絶縁膜上に形成されている場合、パッド電極と絶縁膜との界面におけるＡｌとＳｉＯ２または、Ａｌ−ＳｉとＳｉＯ２の界面構成に、パッド電極全体の変質でＡｕとＳｉＯ２の部位が生成される場合がある。電子デバイスは、パッド電極と絶縁膜との界面構成においてＡｕとＳｉＯ２の部位が増加すると、ＡｌとＳｉＯ２または、Ａｌ−ＳｉとＳｉＯ２の界面構成と比較して接着強度が低下する。また、電子デバイスは、ゲッタの活性化処理のような高温での熱処理が行われるような場合、パッド電極を構成する膜の膜応力に基づく、接着強度の低下もあり、上述の特許文献１の半導体装置や特許文献２の半導体チップのごとき構成だけでは十分ではなく、さらなる改良が求められている。
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、金からなるワイヤまたは金からなるバンプと、パッド電極との接合強度を、より高めることが可能な電子デバイスを提供することにある。
本発明の電子デバイスは、金からなるワイヤまたは金からなるバンプが接続されるパッド電極を備えた電子デバイスであって、上記パッド電極は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる下地電極と、該下地電極上のＴｉまたはＣｒからなる中間膜と、該中間膜上の上記ワイヤまたは上記バンプが接続されるＡｕ膜とが順に積層されてなることを特徴とする。
本発明の電子デバイスは、金からなるワイヤまたは金からなるバンプが接続されるパッド電極を備えた電子デバイスであって、上記パッド電極は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる下地電極と、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉのいずれか１種またはＴｉＮ、ＴａＮ、ＭｏＮのいずれか１種からなる中間膜と、上記ワイヤまたは上記バンプが接続されるＡｕ膜とが順に形成されており、上記下地電極と上記中間膜との間および上記中間膜と上記Ａｕ膜との間には、Ｃｒ膜が備えられてなることを特徴とする。
本発明の電子デバイスは、金からなるワイヤまたは金からなるバンプが接続されるパッド電極を備えた電子デバイスであって、上記パッド電極は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる下地電極と、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒのいずれか１種またはＴｉＮ、ＴａＮ、ＭｏＮのいずれか１種からなる中間膜と、上記ワイヤまたは上記バンプが接続されるＡｕ膜とが順に形成されており、上記下地電極と上記中間膜との間および上記中間膜と上記Ａｕ膜との間には、Ｔｉ膜が備えられてなることを特徴とする。
本発明の電子デバイスは、金からなるワイヤまたは金からなるバンプと、パッド電極との接合強度を、より高めることが可能となる。
実施形態１の電子デバイスの使用状態を示す概略断面図である。 同上の電子デバイスの要部を示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＡＡ’概略断面図である。 同上の電子デバイスを備えた電子部品の概略断面図である。 同上の他の電子デバイスを備えた電子部品の概略断面図である。 実施形態２の電子デバイスの使用状態を示す概略断面図である。
（実施形態１）
本実施形態の電子デバイス１０は、図１に示すように、金からなるワイヤ６が接続されるパッド電極１を備えている。電子デバイス１０のパッド電極１は、Ａｌ合金からなる下地電極１ａと、下地電極１ａ上のＴｉまたはＣｒからなる中間膜１ｂと、中間膜１ｂ上のワイヤ６が接続されるＡｕ膜１ｃとが順に積層されている。
なお、パッド電極１は、保護膜８に貫設させた貫設孔８ａを介して、半導体基体２ａａ上に形成されている。また、電子デバイス１０は、接合部３ａによりパッケージ４上に固定されている。金からなるワイヤ６は、電子デバイス１０のパッド電極１と、パッケージ４に設けられた電極５とをワイヤボンディングしている。
このような電子デバイス１０の構造を、図２に示す赤外線アレイセンサ２ａに応用し、電子部品の一例として、赤外線検出装置１０Ａの具体例を図３に示す。
図３に示す赤外線センサ装置１０Ａは、凹状のセラミック製のパッケージ４を備えている。赤外線センサ装置１０Ａは、接合部３ａにより、凹状のパッケージ４の内底面４ａに赤外線アレイセンサ２ａを実装している。また、赤外線センサ装置１０Ａは、接合部３ａにより、凹状のパッケージ４の内底面４ａにゲッタ９を実装している。
赤外線センサ装置１０Ａは、金属製の蓋体に貫通孔７ｂが貫設されたリッド７を備えている。赤外線センサ装置１０Ａは、接合部３ｂにより、半導体材料により形成された赤外線透過部材２ｃが貫通孔７ｂを覆うようにリッド７に接合されている。さらに、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド７が凹状のパッケージ４を覆うようにシーム溶接されている。
赤外線透過部材２ｃは、Ｓｉにより形成されており、外部からの赤外線を集光して赤外線アレイセンサ２ａに照射できるように平凸レンズ形状に形成されている。なお、赤外線透過部材２ｃは、赤外線アレイセンサ２ａが検知する所定の波長域の赤外線以外の電磁波の透過を抑制させて、赤外線アレイセンサ２ａのセンサ感度を向上させることができる。そのため、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線入射面側に、所定の赤外線を透過させる誘電体多層膜により形成させたフィルタ（図示していない）を備えていてもよい。同様に、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線出射面側に、所定の赤外線を透過させる誘電体多層膜により形成させたフィルタ（図示していない）を備えていてもよい。
赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド７と凹状のパッケージ４とで囲まれた空間を気密空間１０ａとしている。赤外線センサ装置１０Ａは、気密空間１０ａを真空雰囲気としている。
ここで、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａのパッド電極１と、パッケージ４の内底面４ａに設けられた配線パターン（図示していない）とを、金からなるワイヤ６によってワイヤボンディングしている。赤外線センサ装置１０Ａは、ワイヤ６により、赤外線アレイセンサ２ａのパッド電極１と、パッケージ４上の配線パターンとを電気的に接続させている。赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａの検知出力をワイヤ６や配線パターンを介して赤外線センサ装置１０Ａの外部へ出力できるように構成している。
ここで、赤外線センサ装置１０Ａのパッケージ４は、たとえば、パッケージ４の内底面４ａ側に赤外線アレイセンサ２ａが実装可能なものであり、セラミックなどから構成することができる。パッケージ４は、たとえば、アルミナを主成分としたセラミックにより形成することができる。パッケージ４は、アルミナを主成分としたセラミックだけでなく、アルミナにガラス系材料を加えることで、たとえば９００℃以下の温度で焼成されたＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）を用いることができる。パッケージ４は、ＬＴＣＣの材料として、具体的には、アルミノケイ酸塩系（Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂａ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）のガラス組成物を用いることができる。
パッケージ４は、不活性ガスを封入したり真空封止させるなど気密封止のため、ガスバリア性が高いことが要求される。そのため、パッケージ４は、パッケージ４の材料として、窒化アルミニウム、アルミナやシリカ系セラミックを用いることがより好ましい。また、パッケージ４は、金属やシリコン材料により形成させてもよい。パッケージ４は、凹状のセラミック製のパッケージ４の構成だけに限定されず、キャンパッケージに使用されるステムでもよし、半導体ウエハを利用するものでもよい。
赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド７を蓋体として、リッド７と、赤外線アレイセンサ２ａが実装されたパッケージ４とを接合して気密封止することで、赤外線センサ装置１０Ａの内部を気密空間１０ａとしている。金属製のリッド７とセラミック製のパッケージ４とを気密性よく強固に接合するためには、たとえば、抵抗シーム溶接を行えばよい。そのため、パッケージ４は、パッケージ４上にリッド７と抵抗シーム溶接が可能なように、たとえば、コバールからなるシームリング（図示していない）が設けられている。なお、パッケージ４は、リッド７と抵抗シーム溶接する場合、シームリングと当接するパッケージ４上にシーム溶接用金属膜（たとえば、Ｗ膜、Ｎｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜など）を予め形成しておくことが好ましい。
次に、電子デバイス１０たる赤外線アレイセンサ２ａは、赤外線イメージセンサなどに用いられるものであり、図２（ａ）の平面視において、ｍ×ｎ個（図示例では、２×２個）の熱型赤外線検出部４０ａを２次元アレイ状に配置して構成している。熱型赤外線検出部４０ａは、図２（ｃ）の断面図で示すように、シリコン基板４１の一表面側に形成されたシリコン酸化膜４２ａと、シリコン酸化膜４２ａ上に形成されたシリコン窒化膜４２ｂと、シリコン窒化膜４２ｂ上に形成されたセンシングエレメント（感温部）２０と、シリコン窒化膜４２ｂの表面側でセンシングエレメント２０を覆うように形成された層間絶縁膜４２ｇと、層間絶縁膜４２ｇ上に形成されたパッシベーション膜４２ｉとの積層構造をパターニングすることで赤外線センサ薄膜４２を形成してある。
赤外線センサ薄膜４２の一部は、シリコン基板４１における一表面側から形成された空洞４５によってシリコン基板４１と空間的に分離されている。また、赤外線センサ薄膜４２には、空洞４５と連通するスリット４４が赤外線センサ薄膜４２の厚み方向に貫設されている。熱型赤外線検出部４０ａは、赤外線センサ薄膜４２のうちシリコン基板４１から空間的に分離された部分が赤外線を吸収する赤外線吸収部２１を構成している。
熱型赤外線検出部４０ａは、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho SilicateGlass）膜により層間絶縁膜４２ｇを構成している。熱型赤外線検出部４０ａは、ＰＳＧ（PhosphoSilicate Glass)膜とＰＳＧ膜上のＮＳＧ（Non-doped Silicate Glass)膜との積層膜によりパッシベーション膜４２ｉを構成している。熱型赤外線検出部４０ａは、層間絶縁膜４２ｇとパッシベーション膜４２ｉとの積層膜が赤外線吸収膜２２を兼ねている。
ここで、熱型赤外線検出部４０ａは、赤外線吸収膜２２の屈折率をｎ、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜２２の厚さｔをλ／４ｎに設定すると、検出対象の波長（たとえば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ高感度化を図ることができる。赤外線吸収膜２２は、たとえば、ｎ＝１．４、λ＝１０μｍである場合にはｔ≒１．８μｍとすればよく、層間絶縁膜４２ｇの膜厚を０．８μｍ、ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍとしてある。なお、絶縁膜たるパッシベーション膜４２ｉは、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜の積層膜に限らず、シリコン酸化膜として、たとえば、ＳｉＯ２膜を用いてもよい。また、絶縁膜たるパッシベーション膜４２ｉは、シリコン窒化膜として、たとえば、Ｓｉ３Ｎ４膜を用いてもよい。さらに、絶縁膜たるパッシベーション膜４２ｉは、シリコン酸窒化膜として、たとえば、ＳｉＯＮ膜を用いてもよい。
熱型赤外線検出部４０ａのセンシングエレメント２０は、サーモパイルを備えている。サーモパイルは、図２（ｂ）における、中央部側の赤外線吸収部２１と外周部側の空洞４５を囲むシリコン基板４１とに跨って形成されたｐ型ポリシリコン層４２ｅおよびｎ型ポリシリコン層４２ｃを有している。また、サーモパイルは、赤外線吸収部２１の赤外線入射面側でｐ型ポリシリコン層４２ｅの一端部とｎ型ポリシリコン層４２ｃの一端部とを電気的に接合した金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部２３を有している。ここで、サーモパイルは、シリコン基板４１の一表面側で互いに隣り合う熱電対のｐ型ポリシリコン層４２ｅの他端部とｎ型ポリシリコン層４２ｃの他端部とが金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる配線４２ｈで接合することにより、４個の熱電対が直列接続されている。
サーモパイルは、ｎ型ポリシリコン層４２ｃの一端部とｐ型ポリシリコン層４２ｅの一端部と接続部２３とで赤外線吸収部２１側の温接点を構成し、ｐ型ポリシリコン層４２ｅの他端部とｎ型ポリシリコン層４２ｃの他端部と配線４２ｈとでシリコン基板４１側の冷接点を構成している。
なお、接続部２３は、ｎ型ポリシリコン層４２ｃおよびｐ型ポリシリコン層４２ｅに対して、層間絶縁膜４２ｇに形成したコンタクトホール２５を通してそれぞれ、電気的に接続させてある。赤外線吸収部２１となる矩形領域の四隅には、赤外線センサ薄膜４２の厚み方向に貫通するスリット４４をシリコン基板４１の一表面側からエッチングにより形成している。スリット４４は、各熱電対を熱的に分離させ熱型赤外線検出部４０ａのセンサ感度を向上させることができる。
さらに、赤外線アレイセンサ２ａは、赤外線吸収部２１の赤外線入射面側に、赤外線センサ薄膜４２の応力バランスの均一性を高めることが可能なｎ型補償ポリシリコン層４２ｄおよび電気的に中性なｐ型補償ポリシリコン層４２ｆを好適に備えている。ｎ型補償ポリシリコン層４２ｄやｐ型補償ポリシリコン層４２ｆは、ｎ型ポリシリコン層４２ｃおよびｐ型ポリシリコン層４２ｅの形成時に、ｎ型ポリシリコン層４２ｃやｐ型ポリシリコン層４２ｅと同様に成膜などして形成することができる。
赤外線センサ薄膜４２の厚みは、シリコン基板４１の厚みと比較して十分に薄く形成している。赤外線センサ薄膜４２の厚みは、上述した赤外線吸収膜２２等により構成された赤外線センサ薄膜４２の厚みに限られず、たとえば、０．１μｍ〜１０μｍ程度の厚みとすることもできる。なお、赤外線アレイセンサ２ａは、個別電極２４と共通電極２６とを介して、熱型赤外線検出部４０の検知出力を外部に出力させることができる。
個別電極２４および共通電極２６は、金からなるワイヤ６が各別に接続されるパッド電極１を構成している。パッド電極１の一部は、赤外線アレイセンサ２ａの配線４２ｈを利用して構成している。すなわち、パッド電極１は、配線４２ｈの金属材料と同じＡｌ合金（ここでは、Ａｌ−Ｓｉ）からなる下地電極１ａを備えている。また、パッド電極１は、下地電極１ａ上に、Ａｕ膜とＡｌ膜との反応を防止する反応防止層として知られているＴｉＮ膜と比較して、Ａｌ−ＳｉのＡｌ合金からなる下地電極１ａと接着強度が高く、且つ膜応力が低いＴｉからなる中間膜１ｂを備えている。さらに、パッド電極１は、中間膜１ｂ上に、ワイヤ６が接続されるＡｕ膜１ｃを備えている（図１を参照）。パッド電極１の中間膜１ｂは、Ａｕ膜とＡｌ膜との反応を防止する反応防止層として知られているＴｉＮ膜と比較して、Ａｕ膜との接着強度も高い。なお、パッド電極１は、図２の赤外線センサアレイ２ａにおいて、層間絶縁膜４２ｇ上の配線４２ｈの一部を下地電極１ａとして利用している。そのため、赤外線センサアレイ２ａは、下地電極１ａ上のＴｉからなる中間膜１ｂと、中間膜１ｂ上のＡｕ膜１ｃとを形成するため、パッシベーション膜４２ｉに貫設して設けられた貫設孔（図示していない）を備えている。
次に、赤外線センサ装置１０Ａに用いられるリッド７は、パッケージ４に実装された赤外線アレイセンサ２ａを囲ってパッケージ４と気密封止が可能なものである。リッド７には、パッケージ４の内底面４ａ側に実装させた赤外線アレイセンサ２ａに対して窓となる貫通孔７ｂを有し、貫通孔７ｂを覆うように赤外線アレイセンサ２ａに赤外線を入射させるレンズ形状の赤外線透過部材２ｃが気密接合してある。なお、赤外線センサ装置１０Ａは、蓋体として、パッケージ４を封止するリッド７だけに限らずキャンパッケージに用いられるキャップでもよし、半導体ウエハを利用するものでもよい。
リッド７は、ノイズの原因となる不要な赤外線が赤外線アレイセンサ２ａに入射することを抑制し、パッケージ４と気密接合することが可能なものが好ましい。リッド７とパッケージ４とをシーム溶接する場合、リッド７は、導電性を有することが好ましい。リッド７は、リッド７の材料として、コバール、ステンレスや鉄などを用いることができる。
また、赤外線センサ装置１０Ａは、リッド７をパッケージ４にシーム溶接させる場合、リッド７がパッケージ４或いはシームリングと当接するリッド７の表面にＮｉメッキ層を設けることが好ましい。
接合部３ａは、たとえば、ダイボンド樹脂、ガラスフリットや半田などを用いることができる。また、接合部３ａは、たとえば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅやＡｕペーストなどを用いてもよい。なお、接合部３ａは、接合部３ａの接合材料として、Ａｕペーストを利用する場合、サブミクロンオーダのＡｕ粒子と、有機溶剤と、界面活性剤とを混ぜ合わせたスラリーを用いればよい。Ａｕペーストは、Ａｕの融点が通常、１０６４℃であるに対し、３００℃の低温においても溶融させて接合に用いることができる。
赤外線センサ装置１０Ａに用いられる赤外線透過部材２ｃは、リッド７の貫通孔７ｂを封止するように接合され、図３に示すように平凸レンズ形状に形成している。赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの形状として、平凸レンズ形状だけに限られず、たとえば、凹レンズ、シリンドリカルレンズ、楕円球面レンズ、フレネルレンズや回折レンズなどのレンズ形状や板状の平板形状としてもよい。
また、赤外線透過部材２ｃの材料としては、赤外線が透過可能なＳｉやＧｅなど半導体材料が好適に用いられるが、これに限られない。なお、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの形状をレンズ形状とするには、たとえば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの形成方法により形成することができる。
より具体的には、陽極酸化技術を応用して赤外線透過部材２ｃとなる半導体レンズを形成するために、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板（たとえば、シリコン基板）の一表面側に半導体基板とオーミック接触をなすように形成する。たとえば、凸レンズ形状の赤外線透過部材２ｃを形成するために、半導体基板は、半導体基板の一表面上に陽極の基礎となる導電性層を形成した後、導電性層に円形状に開口した部位を設け半導体基板の一表面の一部が円形状に露出するようにパターニングを行う。
次に、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去可能な電解液中に、半導体基板の他表面における多孔質部の形成予定領域全域を少なくとも浸す。
その後、半導体基板の他表面側に対向配置される陰極と陽極との間に通電させ、半導体基板の他表面側に所望形状の多孔質部を陽極酸化により形成する。続いて、半導体基板に形成された多孔質部をエッチングなどにより除去することで、凸レンズ形状の赤外線透過部材２ｃを形成することができる。
なお、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極の代わりに、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した絶縁層を半導体基板の一表面側に形成し、絶縁層を有する半導体基板の一表面側に導電層を形成する、或いは絶縁層を有する半導体基板の一表面側と電解液を介して通電用電極を対向配置することで、半導体基板の他表面側に、後に除去される多孔質部を形成することもできる。また、導電性層に円形状に開口した部位を設ける代わりに、平面形状が長方形状の陽極を形成すれば、赤外線透過部材２ｃとして平凹型のシリンドリカルレンズを形成することもできる。赤外線透過部材２ｃは、ウエハレベルの半導体基板に複数個のレンズ形状を形成し、ダイシングにより各別に個片化することで形成することができる。
赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ４に実装する接合部３ａなどから放出されるアウトガスにより気密封止する内部の真空度が低下することを防止するため、アウトガスを吸着するゲッタ９を備えている（図３を参照）。ゲッタ９は、たとえば、ガス吸着膜９ａを基体９ｂ上に成膜させて構成している。ガス吸着膜９ａは、スパッタリング法により、ジルコニウム合金、Ｚｒ−Ｃｏ合金、Ｚｒ−Ｃｏ−希土類元素合金、Ｚｒ−Ｆｅ合金、Ｚｒ−Ｎｉ合金、Ｔｉ合金などの非蒸発ゲッタ材料を成膜することで形成することができる。赤外線センサ装置１０Ａは、たとえば、加熱炉内で赤外線センサ１０Ａ全体を加熱（たとえば、３００℃ないし４００℃以上）して、ゲッタ９のガス吸着膜９ａを活性化処理してアウトガスを吸着することができる。
ここで、赤外線センサ装置１０Ａは、Ａｌからなるパッド電極にＡｕからなるワイヤを接続した後にゲッタ９のガス吸着膜９ａを活性化させる等のため加熱処理される場合、Ａｌ-Ａｕ接合部が、たとえば、ＡｕＡｌ２、Ａｕ５Ａｌ２やＡｕ４Ａｌ等に変質した部位が形成されると考えられる。変質した部位は、空孔などが生じてパッド電極とワイヤとの接合強度が低下する恐れがある。また、ゲッタ９のガス吸着膜９ａを活性化するような高温加熱に赤外線アレイセンサ２ａが曝されるような場合、赤外線アレイセンサ２ａは、パッド電極１を構成する各膜の膜応力により、各膜間の接着強度の低下も顕著になると考えられる。
本実施形態の赤外線アレイセンサ２ａでは、パッド電極１が、Ａｌ合金からなる下地電極１ａと、下地電極１ａ上のＴｉからなる中間膜１ｂと、中間膜１ｂ上のＡｕ膜１ｃとが順に積層されている。ここで、本実施形態の赤外線アレイセンサ２ａでは、中間膜１ｂの材料としてＴｉを用いているが、中間膜１ｂの材料としてＣｒを用いてもよい。これにより、赤外線センサ装置１０Ａが、ゲッタ９を活性化処理させるような、高温加熱に曝されるような場合においても、Ａｌ−ＳｉのＡｌ合金からなる下地電極１ａと接着強度が高く、且つパッド電極１を構成する膜の膜応力を低減させることが可能となる。そのため、本実施形態の赤外線アレイセンサ２ａは、金からなるワイヤ６とパッド電極１との接合強度を高めることが可能となる。なお、ＴｉまたはＣｒからなる中間膜１ｂは、ＡｌやＡｕと比較して線膨張係数が小さい。そのため、下地電極１ａが形成される被形成面が、たとえば、ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜の絶縁膜である場合、ＴｉまたはＣｒからなる中間膜１ｂは、絶縁膜と、下地電極１ａやＡｕ膜１ｃとの緩衝材として機能することが可能となる。また、ＴｉまたはＣｒからなる中間膜１ｂは、ＡｌやＡｕとの親和性がよいだけでなく、酸素や窒素との反応性もよい。そのため、下地電極１ａが形成される被形成面が、たとえば、ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜の絶縁膜である場合、ＴｉまたはＣｒからなる中間膜１ｂを備えたパッド電極１は、パッド電極１と被形成面との接着性を高めることも可能となる。
本実施形態の赤外線アレイセンサ２ａでは、パッド電極１の下地電極１ａの材料をＡｌ−ＳｉのＡｌ合金だけでなく、下地電極１ａの材料をＡｌとした構成であっても、金からなるワイヤ６とパッド電極１との接合強度を高めることが可能となる。また、本実施形態の赤外線アレイセンサ２ａでは、パッド電極１に接続させる金からなるワイヤ６の代わりに、金からなるバンプをＡｕ膜１ｃ上に接続させた構成であっても、金からなるバンプとパッド電極１との接合強度を高めることが可能となる。
以下、赤外線センサ装置１０Ａの製造工程の一例について説明する。
赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａやゲッタ９をパッケージ４側に接合させるに先立って、接合材料として半田よりなる接合部３ａをパッケージ４の内底面４ａに設けている。赤外線センサ装置１０Ａは、接合部３ａと、赤外線アレイセンサ２ａの接合部３ａ側となるシリコン基板４１とを接合されている。
同様に、赤外線センサ装置１０Ａは、半田よりなる接合部３ａと、ゲッタ９の基体９ｂとを接合させている。これにより、赤外線センサ装置１０Ａの製造工程は、凹状のパッケージ４の内底面４ａに赤外線アレイセンサ２ａおよびゲッタ９を実装することができる。
続いて、赤外線センサ装置１０Ａの製造工程では、金からなるワイヤ６により、赤外線アレイセンサ２ａの個別電極２４や共通電極２６と、パッケージ４の配線パターンの一部に形成させた電極５とをワイヤボンディングして電気的に接続する。ここで、個別電極２４や共通電極２６は、赤外線アレイセンサ２ａのＡｌ−Ｓｉからなる配線４２ｈの一部を下地電極１ａとして利用している。個別電極２４や共通電極２６は、パッシベーション膜４２ｉに貫設して設けられた貫設孔（図示していない）を埋めるように、下地電極１ａ上のＴｉからなる中間膜１ｂと、中間膜１ｂ上のＡｕ膜１ｃとを順にスパッタリング法などを利用して積層させて形成している。
また、赤外線センサ装置１０Ａでは、赤外線アレイセンサ２ａやリッド９をパッケージ４に実装することとは別途に、赤外線透過部材２ｃをリッド７に接合させている。赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃをリッド７側に接合させるに先立って、メッキ法により、Ａｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎの接合部３ｂを、リッド７上に設けている。接合部３ｂは、リッド７に貫設された貫通孔７ｂの周部であって、リッド７に形成された金属からなる下地層上に設けている。なお、接合部３ｂは、メッキ法により形成させるだけでなく、スパッタリング法や蒸着法により形成させたものでもよい。また、接合部３ｂは、Ａｕ−Ｓｎからなるリボン状の薄膜をレーザ溶着により溶融させて、リッド７に設けたものでもよい。赤外線センサ装置１０Ａは、接合部３ｂがＡｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎからなり、赤外線透過部材２ｃがＳｉからなる母材材料で構成している。
リッド７の接合部３ｂは、たとえば、内部を所定の真空度とした加熱炉（図示していない）内で、リッド７に設けたＡｕ−Ｓｎからなる接合部３ｂを溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱する。加熱炉は、リッド７ごと接合部３ｂを加熱して接合材料を溶融し液相状態にすることができる。続いて、加熱炉内において、加熱による溶融により液相状態にした接合材料に、固相状態である赤外線透過部材２ｃを接触させる接触工程を行う。なお、接合部３ｂを溶融する加熱は、加熱炉によるものだけに限られない。したがって、接合部３ｂは、たとえば、レーザ光を照射して液相状態に溶融させることもできる。
続いて、接触工程後に、加熱炉の温度を上昇させ、Ａｕと赤外線透過部材２ｃの母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（ここでは、Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）の温度以上に加熱して赤外線透過部材２ｃをリッド７側に接合する接合工程を行う。ここで、赤外線透過部材２ｃと接合部３ｂとの固液界面近傍では、ＡｕＳｎ中にＳｉが析出などする、あるいはＳｉ中にＡｕやＳｎが析出などする。
これにより、赤外線センサ装置１０Ａの製造工程では、リッド７の貫通孔７ｂを覆って塞ぐように、赤外線透過部材２ｃをリッド７に接合することができる。
その後、赤外線センサ装置１０Ａの内部に気密空間１０ａを形成するように、パッケージ４と、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド７とをシーム溶接する。具体的には、赤外線センサ装置１０Ａの製造工程は、赤外線アレイセンサ２ａなどが実装されたパッケージ４を覆うように、シームリングを介して、リッド７を真空雰囲気でシーム溶接し気密封止する。赤外線センサ装置１０Ａの製造工程は、加熱炉内において、ゲッタ９のガス吸着膜９ａを活性化させる加熱処理を行うことにより、赤外線センサ装置１０Ａを形成することができる。
本実施形態の電子デバイス１０たる赤外線アレイセンサ２ａは、パッド電極１において、Ａｌ−Ｓｉからなる下地電極１ａと、Ａｕ膜１ｃとが直接接することがない。そのため、パッド電極１は、赤外線センサ装置１０の製造工程で温度が高くなるような場合においても、パッド電極１と接続されるワイヤ６との接着強度の低下を抑制することが可能となる。
なお、上述の赤外線センサ装置１０Ａの代わりに図４に示す加速度センサ装置１０Ｂとし、電子デバイス１０に加速度センサ素子２ｄを用いた場合でも金からなるワイヤ６と、パッド電極１との接合強度をより高めることができる。
加速度センサ素子２ｄは、図４に示すように、支持部２ｄａと、支持部２ｄａに揺動自在に支持されたカンチレバー部２ｄｂとを備えたベース基板と、ベース基板の一表面側においてカンチレバー部２ｄｂに形成されカンチレバー部２ｄｂの撓みに応じて抵抗値が変化する歪検知センサ部２ｄｄとを備えている。歪検知センサ部２ｄｄは、図示していないが、それぞれ歪み検出素子として２個ずつのピエゾ抵抗が形成されており、ブリッジ回路を構成するように接続されている。なお、ベース基板は、カンチレバー部２ｄｂを介して、支持部２ｄａと対向する側に錘部２ｄｃを備えている。
加速度センサ素子２ｄは、外力（すなわち、加速度）が作用すると、支持部２ｄａと錘部２ｄｃとの位置が相対的に変位し、カンチレバー部２ｄｂが撓むことによって、歪検知センサ部２ｄｄにおけるピエゾ抵抗の抵抗値が変化する。加速度センサ素子２ｄは、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することにより加速度を検出することができる。
ここで、加速度センサ素子２ｄのベース基板は、たとえば、ＳＯＩ基板や単結晶のシリコン基板などを用いて形成している。したがって、歪検知センサ部２ｄｄは、図示していない配線を用いてパッド電極１と電気的に接続している。加速度センサ素子２ｄのパッド電極１は、Ａｌ合金からなる下地電極１ａを備えている。また、パッド電極１は、下地電極１ａ上にＴｉからなる中間膜１ｂを備えている。さらに、パッド電極１は、ワイヤ６が接続されるＡｕ膜１ｃを備えている。これにより、加速度センサ素子２ｄは、金からなるワイヤ６と、パッド電極１との接合強度を高めることが可能となる。
（実施形態２）
図５に示す電子デバイス１０は、実施形態１の電子デバイス１０のパッド電極１の構成以外は、略同一の構造としている。本実施形態の電子デバイス１０は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる下地電極１ａと、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉのいずれか１種またはＴｉＮ、ＴａＮ、ＭｏＮのいずれか１種から構成される中間膜１ｂと、Ａｕ膜１ｃとが順に形成されている。また、本実施形態の電子デバイス１０は、下地電極１ａと中間膜１ｂとの間および中間膜１ｂとＡｕ膜１ａとの間には、Ｃｒ膜１ｂａが形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
本実施形態の電子デバイス１０は、たとえば、金からなるワイヤ６が接続されるパッド電極１を備えている。パッド電極１は、Ａｌ合金からなる下地電極１ａと、ＴｉＮからなる中間膜１ｂと、ワイヤ６が接続されるＡｕ膜１ｃとが順に形成されている。さらに、パッド電極１は、下地電極１ａと中間膜１ｂとの間および中間膜１ｂとＡｕ膜１ｃとの間には、Ｃｒ膜１ｂａが備えられてなる。
ここで、パープルプレーグの発生を防止することができるとされるＴｉＮは、Ａｕ膜、Ａｌ膜やＡｌ合金膜との接着強度が低い傾向にある。そのため、本実施形態の電子デバイス１０に用いられるパッド電極１は、中間膜１ｂとＡｕ膜１ｃとの接着強度、中間膜１ｂとＡｌやＡｌ合金からなる下地電極１ａとの接着強度を、より向上することができる。
なお、本実施形態の電子デバイス１０は、下地電極１ａとしてＡｌ合金だけでなくＡｌを用いてもよい。また、本実施形態の電子デバイス１０は、中間膜１ｂとしてＴｉＮの代わりに、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉのいずれか１種の金属を用いてもよい。同様に、本実施形態の電子デバイス１０は、中間膜１ｂとしてＴｉＮの代わりに、ＴａＮあるいは、ＭｏＮの金属窒化物を用いてもよい。さらに、本実施形態の電子デバイス１０は、金からなるワイヤ６を接続させる代わりに、金からなるバンプを接続させてもよい。
本実施形態の電子デバイス１０は、ＡｌまたはＡｌ合金から成る下地電極１ａ上にＡｕ膜１ｃが直接積層されたパッド電極と、金からなるワイヤまたはバンプとを接続させたものと比較して、パッド電極１のワイヤ６との接合強度を、高めることが可能となる。
（実施形態３）
本実施形態の電子デバイス１０は、図５に示す実施形態２の電子デバイス１０と略同一の構造としている。本実施形態の電子デバイス１０は、実施形態２の電子デバイス１０のパッド電極１における特定の中間膜１ｂの代わりに、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒのいずれか１種またはＴｉＮ、ＴａＮ、ＭｏＮのいずれか１種からなる中間膜１ｂを用いている。同様に、本実施形態の電子デバイス１０は、実施形態２の電子デバイス１０のパッド電極１における下地電極１ａと中間膜１ｂとの間および中間膜１ｂとＡｕ膜１ｃとの間にＣｒ膜１ｂａを備える代わりに、Ｔｉ膜を備えている。なお、実施形態２と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
本実施形態の電子デバイス１０は、たとえば、金からなるワイヤ６が接続されるパッド電極１を備えている。電子デバイス１０のパッド電極１は、Ａｌ合金からなる下地電極１ａと、ＴｉＮからなる中間膜１ｂと、ワイヤ６が接続されるＡｕ膜１ｃとが順に形成されている。電子デバイス１０のパッド電極１は、下地電極１ａと中間膜１ｂとの間および中間膜１ｂとＡｕ膜１ｃとの間には、Ｔｉ膜が備えられてなる。
ここで、パープルプレーグの発生を防止することができるとされるＴｉＮは、Ａｕ膜、Ａｌ膜やＡｌ合金膜との接着強度が低い傾向にある。そのため、本実施形態の電子デバイス１０に用いられるパッド電極１は、中間膜１ｂとＡｕ膜１ｃとの接着強度、中間膜１ｂとＡｌやＡｌ合金からなる下地電極１ａとの接着強度を、より向上することができる。
Ｔｉ膜は、パッド電極１を構成する膜の接合強度を高めるだけでなく、ＡｕやＡｌの拡散を抑制することもできる。パッド電極１は、下地電極１ａと中間膜１ｂとの間および中間膜１ｂとＡｕ膜１ｃとの間のＴｉ膜を、たとえば、ＡｕやＡｌの拡散を抑制できるＴｉの膜厚で成膜すればよい。
なお、本実施形態の電子デバイス１０は、下地電極１ａとしてＡｌ合金だけでなくＡｌを用いてもよい。また、本実施形態の電子デバイス１０は、中間膜１ｂとしてＴｉＮの代わりに、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒのいずれか１種の金属を用いてもよい。同様に、本実施形態の電子デバイス１０は、中間膜１ｂとしてＴｉＮの代わりに、ＴａＮあるいは、ＭｏＮのいずれかの金属窒化物を用いてもよい。さらに、本実施形態の電子デバイス１０は、金からなるワイヤ６を接続させる代わりに、金からなるバンプを接続させてもよい。
本実施形態の電子デバイス１０は、ＡｌまたはＡｌ合金から成る下地電極１ａ上にＡｕ膜１ｃが直接積層されたパッド電極１と、金からなるワイヤ６またはバンプとを接続させたものと比較して、パッド電極１のワイヤ６またはバンプとの接合強度を、高めることが可能となる。
１ パッド電極
１ａ 下地電極
１ｂ 中間膜
１ｂａ Ｃｒ膜
１ｃ Ａｕ膜
６ ワイヤ
１０ 電子デバイス

Claims (3)

  1. 金からなるワイヤまたは金からなるバンプが接続されるパッド電極を備えた電子デバイスであって、
    前記パッド電極は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる下地電極と、該下地電極上のＴｉまたはＣｒからなる中間膜と、該中間膜上の前記ワイヤまたは前記バンプが接続されるＡｕ膜とが順に積層されてなることを特徴とする電子デバイス。
  2. 金からなるワイヤまたは金からなるバンプが接続されるパッド電極を備えた電子デバイスであって、
    前記パッド電極は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる下地電極と、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉのいずれか１種またはＴｉＮ、ＴａＮ、ＭｏＮのいずれか１種からなる中間膜と、前記ワイヤまたは前記バンプが接続されるＡｕ膜とが順に形成されており、前記下地電極と前記中間膜との間および前記中間膜と前記Ａｕ膜との間には、Ｃｒ膜が備えられてなることを特徴とする電子デバイス。
  3. 金からなるワイヤまたは金からなるバンプが接続されるパッド電極を備えた電子デバイスであって、
    前記パッド電極は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる下地電極と、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒのいずれか１種またはＴｉＮ、ＴａＮ、ＭｏＮのいずれか１種からなる中間膜と、前記ワイヤまたは前記バンプが接続されるＡｕ膜とが順に形成されており、前記下地電極と前記中間膜との間および前記中間膜と前記Ａｕ膜との間には、Ｔｉ膜が備えられてなることを特徴とする電子デバイス。
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