JP2019021886A

JP2019021886A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2019021886A
Application number: JP2017142155A
Authority: JP
Inventors: 直矢武; Naoya Take
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-02-07

Abstract

【課題】ボンディングパッドにワイヤをボンディングする際に、好適にスプラッシュを抑制する技術を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に設けられており、ワイヤがボンディングされるボンディングパッド、を備えている。前記ボンディングパッドには、前記ボンディングパッドの上面を直線状に延びる第１の溝と、前記ボンディングパッドの前記上面を前記第１の溝とは異なる方向に直線状に延びる第２の溝と、が形成されている。前記第１の溝と前記第２の溝は、前記ボンディングパッドを平面視したときに前記ボンディングパッドの中心で交わっている。
【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。

ボンディングパッドが上面に設けられた半導体基板を有する半導体装置が知られている。ボンディングパッドに対してワイヤをボンディングする場合、ボンディングの際にボンディングパッドに加わる応力によって、ボンディングパッドが変形する。その結果、ボンディングパッドを構成する材料が、ワイヤとの接合部からその周囲に排出される。本明細書では、この現象をスプラッシュと呼ぶ。スプラッシュが他のボンディングパッドの近くへ達すると、ボンディングパッド間の絶縁距離が短くなり、短絡のおそれが生じる。

特許文献１には、ワイヤがボンディングされるボンディングパッドが上面に設けられた半導体基板を有する半導体装置が開示されている。この半導体装置では、ボンディングパッドの上面に円筒状の凹部が形成されており、当該凹部内には保護膜が配置されている。ボンディングパッドに対してワイヤをボンディングすると、凹部内に配置された保護膜により、ボンディングパッドに加わる応力を緩和することができる。このため、スプラッシュがボンディングパッドの外側に広がることが抑制される。

特開２０１３−８０８０９号公報

特許文献１の半導体装置では、ワイヤのボンディング位置がずれたときに、ボンディングによりボンディングパッドに加わる応力を適切に緩和できない場合があり、ボンディングパッドに正確にワイヤをボンディングする必要がある。本明細書では、より好適にスプラッシュを抑制する技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に設けられており、ワイヤがボンディングされるボンディングパッド、を備えている。前記ボンディングパッドには、前記ボンディングパッドの上面を直線状に延びる第１の溝と、前記ボンディングパッドの前記上面を前記第１の溝とは異なる方向に直線状に延びる第２の溝と、が形成されている。前記第１の溝と前記第２の溝は、前記ボンディングパッドを平面視したときに前記ボンディングパッドの中心で交わっている。

この半導体装置では、ボンディングパッドの上面に第１の溝と第２の溝が形成されている。第１の溝と第２の溝は、平面視において、ボンディングパッドの中心で交わっているため、その交点を位置決めの基準として、ワイヤをボンディングすることができる。したがって、ボンディング位置の精度を向上することができる。また、ボンディングパッドに対してワイヤをボンディングすると、ボンディングにより生じたスプラッシュはボンディングパッドの上面に形成された溝の内部に進入する。このため、スプラッシュがボンディングパッドの外側に広がることを抑制することができる。

実施形態の半導体装置の平面図。実施形態のボンディングパッドの拡大平面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるボンディング前の状態を示す断面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるボンディングの過程を示す断面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるボンディング後の状態を示す断面図。変形例のボンディングパッドの図３に対応する断面図。変形例のボンディングパッドの図３に対応する断面図。変形例のボンディングパッドの図２に対応する拡大平面図。変形例のボンディングパッドの図２に対応する拡大平面図。

図１は、半導体装置１０の上面を示している。半導体装置１０は、半導体基板１２を有している。本実施形態では、半導体基板１２は、Ｓｉ（ケイ素）を主成分とする半導体により構成されている。なお、半導体基板１２は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）またはＧａＮ（窒化ガリウム）等を主成分とするワイドバンドギャップ半導体により構成されていてもよい。半導体基板１２の上面には、主電極１４と、信号用の複数のボンディングパッド１６が設けられている。各ボンディングパッド１６のサイズは、各主電極１４のサイズよりも小さい。主電極１４は、はんだによって図示しない配線部材に接続されている。半導体装置１０の側方に、複数のリード線１８が配置されている。各ボンディングパッド１６は、ワイヤ２０によって、対応するリード線１８に接続されている。ワイヤ２０は、銅を含有する金属によって構成されている。但し、ワイヤ２０は、銅以外の金属によって構成されていてもよい。また、図示していないが、半導体基板１２の下面には、下部電極が設けられている。下部電極は、はんだによって図示しない配線部材に接続されている。以下では、図１に示すように、半導体基板１２の上面に沿う一方向をｘ方向といい、半導体基板１２の上面に沿う方向であってｘ方向に直交する方向をｙ方向といい、半導体基板１２の厚み方向をｚ方向という。

各ボンディングパッド１６は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）またはＡｌＳｉ（アルミニウムシリコン）等の、アルミニウムを含有する金属によって構成されている。各ボンディングパッド１６は、ｙ方向に間隔を空けて配列されている。本実施形態では、５つのボンディングパッド１６がｙ方向に間隔を空けて配列されている。ボンディングパッド１６には、例えば、半導体基板１２の温度を示す電圧を出力するもの、半導体基板１２を流れる電流値を示す電圧を出力するもの、半導体基板１２のゲートパッドとなるもの等がある。

図２は、１つのボンディングパッド１６の拡大平面図である。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。なお、図２及び図３は、ワイヤ２０がボンディングされる前の状態を示している。

ボンディングパッド１６の上面には、第１の溝２２及び第２の溝２４が形成されている。第１の溝２２は、ｘ方向に直線状に延びている。第１の溝２２は、ボンディングパッド１６の端面１６ａから、端面１６ａに対向する端面１６ｃまで伸びている。第２の溝２４は、ｙ方向に直線状に延びている。第２の溝２４は、ボンディングパッド１６の端面１６ｂから、端面１６ｂに対向する端面１６ｄまで伸びている。図２に示すように、第１の溝２２と第２の溝２４は、いずれもボンディングパッド１６の中心Ｃを通るように形成されている。すなわち、第１の溝２２と第２の溝２４は、ボンディングパッド１６を平面視したときに、ボンディングパッド１６の中心Ｃで交わっている。換言すると、第１の溝２２と第２の溝２４は、ボンディングパッド１６の中心Ｃで接続されている。

図１〜３に示す半導体装置１０に対してワイヤ２０をボンディングする際には、ワイヤボンディング機が使用される。ワイヤボンディング機は、図４に示すように、キャピラリ５０を有している。キャピラリ５０の中心孔内にワイヤ２０が挿通されており、ワイヤ２０の先端がキャピラリ５０の先端から下方に突出している。ワイヤボンディングの際には、ワイヤボンディング機によってボンディングパッド１６が加熱される。ワイヤボンディングの際には、放電によってワイヤ２０の先端を一旦溶融させることで、図４に示すように、ワイヤ２０の先端部２０ｂにボールを形成する。先端部２０ｂの直径は、線状部２０ａの直径よりも大きい。そして、キャピラリ５０を半導体基板１２の上面に対して略垂直方向（図４の矢印Ｙ１の方向）に移動させることによって、先端部２０ｂをボンディングパッド１６に押し付ける。また、先端部２０ｂをボンディングパッド１６に押し付けるのと同時に、キャピラリ５０によって先端部２０ｂに超音波を印加する。これによって、図５に示すように、先端部２０ｂがボンディングパッド１６に接続される。

本実施形態の半導体装置１０では、ボンディングパッド１６の上面に第１の溝２２と第２の溝２４が形成されている。そして、第１の溝２２と第２の溝２４は、平面視において、ボンディングパッド１６の中心Ｃで交わっている。このため、第１の溝２２と第２の溝２４の交点を光学機器（例えばカメラ）で読み取ることによって、当該交点をボンディング位置の基準として位置決めし、ワイヤ２０を正確にボンディングパッド１６の中心Ｃにボンディングすることができる。

また、図５に示すように、先端部２０ｂは、キャピラリ５０からの荷重によって潰れる。このとき、ボンディングパッド１６には、ボンディングによる応力が加わる。これにより、ボンディングパッド１６が変形する。本実施形態の半導体装置１０では、ワイヤ２０をボンディングする過程において、ボンディングパッド１６を構成する材料の一部が、図４の矢印Ｙ２に示すように、ボンディングパッド１６の上面に形成された溝（第１の溝２２及び第２の溝２４）の内部に進入する。このため、溝が形成されていないボンディングパッドと比較して、先端部２０ｂとボンディングパッド１６の接合部の外周側に押し出されるボンディングパッド１６の量が少ない。このため、先端部２０ｂの周囲において、ボンディングパッド１６が盛り上がることが抑制される。すなわち、先端部２０ｂの周囲に形成される部分３０が従来よりも小さくなる。このように、本実施形態の半導体装置１０によれば、スプラッシュが抑制される。なお、先端部２０ｂとの接合部における第１の溝２２及び第２の溝２４は、ボンディングにより消滅する。

以上に説明したように、本実施形態の構成によれば、ワイヤ２０のボンディングパッド１６に対するボンディング位置の精度を向上させることができる。また、ボンディングの際に生じるスプラッシュを好適に抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、ボンディングパッド１６は、アルミニウムを含有する金属によって構成されていた。しかしながら、図６に示すように、変形例のボンディングパッド１１６は、アルミニウムを含有する金属によって構成される第１金属部１１６ａと、第１の溝２２及び第２の溝２４の内部に配置され、第１金属部１１６ａとは異なる材料により構成される第２金属部１１６ｂと、を備えていてもよい。第２金属部１１６ｂは、第１金属部１１６ａとは光沢度が異なる材料により構成されており、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉ／Ａｕ（ニッケルと金の合金）、Ｔｉ（チタン）等により構成されている。このような構成では、第１の溝２２及び第２の溝２４の底面に、第２金属部１１６ｂが露出している。そして、第１金属部１１６ａと第２金属部１１６ｂの光沢度が異なっているため、第１の溝２２と第２の溝２４の交点を、光学機器によってより容易に読み取ることが可能となり、より正確にワイヤ２０をボンディングパッド１１６に対してボンディングすることができる。なお、図７に示すように、第２金属部１１６ｂの下面と半導体基板１２の上面が接触するようにボンディングパッド１１６を構成してもよい。

また、上述した実施形態のボンディングパッド１６では、平面視において、第１の溝２２と第２の溝２４が十字形状に形成されていた。しかしながら、例えば、図８に示すように、第１の溝と第２の溝２４は、Ｌ字形状に形成されてもよいし、Ｔ字形状（不図示）に形成されてもよい。また、図９に示すように、第１の溝２２と第２の溝２４は、ボンディングパッド１６の各端面に達していなくてもよい。また、第１の溝２２と第２の溝２４は、直交していなくてもよい。また、第１の溝２２と第２の溝２４は、それぞれがボンディングパッド１６の端面に沿う方向に延びていなくてもよい。すなわち、第１の溝２２と第２の溝２４は、それぞれ異なる方向に延びる直線形状を有し、ボンディングパッド１６の中心Ｃにおいて交わっていればよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。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。

１０：半導体装置
１２：半導体基板
１４：主電極
１６：ボンディングパッド
１８：リード線
２０：ワイヤ
２０ａ：線状部
２０ｂ：先端部
２２：第１の溝
２４：第２の溝
５０：キャピラリ

Claims

半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の上面に設けられており、ワイヤがボンディングされるボンディングパッド、
を備えており、
前記ボンディングパッドには、前記ボンディングパッドの上面を直線状に延びる第１の溝と、前記ボンディングパッドの前記上面を前記第１の溝とは異なる方向に直線状に延びる第２の溝と、が形成されており、
前記第１の溝と前記第２の溝は、前記ボンディングパッドを平面視したときに前記ボンディングパッドの中心で交わっている、
半導体装置。