JP2973988B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、樹脂封入された半導体装置におけるボンディ
ングパッドと外部配線との接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の樹脂封入半導体装置の構造を図５
に示す。アルミニウム層からなるボンディングパッド
は、カバーパッシベーションに形成されたスルーホール
内に露出しており、この上面に、外部配線（ワイヤ）６
が、ボール形状３なして熱圧着により固定される。この
構造の半導体装置を実装すると、接続部で発生する熱に
より樹脂１１とペレットとの界面に存在する水分が膨張
し、樹脂１１を垂直方向又は水平方向に応力を与え、剥
離空間１２を生じさせることがある。この場合、樹脂１
１に引っ張られてボンディングワイヤ６のワイヤ部分と
ボンディングボール３との間のネック部分７にクラック
が入り、いわゆるネック切れを生ずることがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】熱による封止樹脂の移
動を防止する対策として、半導体装置のパッシベーショ
ン膜にスリットや凹凸を設ける方法が、特開平４−１６
８７２６号公報に提案されている。
【０００４】しかし、上記公報で提案された技術による
と、熱ストレスによる樹脂の横方向への移動は抑制でき
るものの、上述の実装時の水分膨張がもたらす樹脂の縦
方向への動きは抑制できず、ボンディングワイヤの破断
防止には必ずしも良好な結果が得られなかった。
【０００５】本発明は、上記に鑑み、熱ストレスおよび
水分膨張に起因する、特に縦方向の樹脂移動によって生
ずるボンディングワイヤの破断防止し、ボンディングワ
イヤの良好な保護が可能なパッド構造を有する半導体装
置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、半導体基板の所定部分に搭
載された第１導体層のボンディングパッドと、貫通口を
備え、前記第１導体層のボンディングパッドの上方に配
置される第２導体層のボンディングパッドと、前記第２
導体層のボンディングパッド上方から前記貫通口を経由
して第１導体層のボンディングパッドまでを連通するス
ルーホールと、該スルーホール内に形成され、前記第１
及び第２導体層のボンディングパッドと共通に接続され
る外部配線とを備えることを特徴とする。また、本発明
の半導体装置の製造方法は、外部配線とボンディングパ
ッドとを接続するボンディングコンタクトを形成し、そ
の後の樹脂封入に際して、前記ボンディングコンタクト
の一部を剥離させてボンディングワイヤの変形を防止す
ることを特徴とする
【０００７】本発明の半導体装置によると、２層構造の
ボンディングパッドにより、ボンディングワイヤの破断
を防止できる。また、本発明の半導体装置の製造方法に
よると、ボンディングコンタクトの一部の剥離によっ
て、樹脂封入時におけるボンディングワイヤの応力を低
減することが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、添付図４を参照しつつ、本
発明の好適な実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に
説明する。図１は本発明の第１の実施形態例の半導体装
置を示す断面図である。この半導体装置の製造に当たっ
ては、半導体基板上に形成した下地層１０の上に、第１
導体層を成す第１のボンディングパッド２、層間膜９、
第２導体層を成す第２のボンディングパッド１、及び、
カバーパッシベーション膜８までを順次に形成する。
【０００９】次いで、カバーパッシベーション８に、第
２のボンディングパッド１を露出させるためのスルーホ
ールを開孔し、同時に第２のボンディングパッド１の表
面に凹凸をつける。更に、第２のボンディングパッド１
の中央部を貫通して、第１のボンディングパッド２の表
面を露出させるスルーホールを開孔する。その後、外部
配線を構成するボンディングワイヤ６を挿入し、これを
熱圧着すると、ボンディングワイヤの熱ボール（ボンデ
ィングボール）３は、スルーホールを介して第１のボン
ディングパッド２の表面にまで達してコンタクト５を形
成すると同時に、第２のボンディングパッド１において
もコンタクト４を形成する。その際に、ボンディングボ
ール３のネック周辺部はくびれ形状のボールとなる。そ
の後、半導体装置の実装時に封入樹脂１１の封入を行う
ことで図１の構造が得られる。
【００１０】上記構造を採用すると、ボンディングワイ
ヤ６とボンディングパッドとの間の密着強度は、従来構
造の約１０3ｇ／ｃｍ2であったのに比較して、第２のボ
ンディングパッド２のコンタクト４の部分で１．５×１
０3ｇ／ｃｍ2、第１のボンディングパッド２のコンタク
ト５の部分で０．３×１０3ｇ／ｃｍ2程度が得られ、全
体として約２倍程度に密着強度が向上する。
【００１１】上記密着強度の向上に加えて、ボンディン
グワイヤ６と第２導体層のボンディングパッド１との接
触面積が、ボンディングワイヤ６と第１導体層のボンデ
ィングパッド２との接触面積よりも大きく、且つ、ボン
ディングワイヤは、第２導体層のボンディングパッドの
上方部分が下方部分よりも断面積が小さくしてあること
により、以下に述べる作用効果が得られる。
【００１２】本実施形態例の半導体装置では、前記構成
を採用することにより、図２に示すように、第１導体層
のボンディングパッド２における強度が小さなボンディ
ングコンタクト５は、封入樹脂１１の上方への移動１４
に伴って剥離することで、樹脂１１の移動エネルギーを
吸収してボンディングワイヤ６の移動量を抑制する。こ
の剥離に伴い剥離空間１２が形成される。同時に、第２
導体層のボンディングパッド１のボンディングコンタク
ト４の強固な密着力により電気的導通を確保しつつ、樹
脂１１の移動に伴うボンディングワイヤ６の変形を、第
２のボンディングパッド１上方の、ボンディングワイヤ
の断面積が小さな部分において吸収しつつ、その弾性変
形の限界内に収めることで、ボンディングワイヤ６にダ
メージを与えることなく樹脂１１の移動を完了させる。
【００１３】図３はボンディングワイヤの応力−ひずみ
線図である。曲線１は通常の引張試験でワイヤを緩やか
に引っ張り、破断点Ａを迎えるときの応力−ひずみ曲
線、曲線２は曲線１を示すワイヤを従来構造のボンディ
ングワイヤとして実装したときの応力−ひずみ曲線であ
る。実装時の樹脂移動は極めて急激に起きるため、破断
点Ｂでワイヤにクラックが入り、その後、樹脂の移動に
伴ってワイヤネックが引きちぎられて行く。
【００１４】曲線３は本実施形態例のボンディングワイ
ヤ構造に対応する応力−ひずみ曲線である。曲線３で
は、樹脂移動によりワイヤにかかる応力が第１のボンデ
ィングパッド２のコンタクト５の密着強度に達すると
一定の変形エネルギを吸収して剥離する（剥離点）。
このとき、第２のボンディングパッド１のコンタクト４
は強固な密着力で電気的導通を維持したまま、ボールネ
ック７のくびれが復原する弾性変形が始まる。このくび
れ復原の弾性限界量が樹脂の総移動量より大きいため、
樹脂移動が完了した際にもワイヤは破断に至らない。曲
線３に見られるこのようなメカニズムにより、実装時に
おける樹脂の縦方向の移動に起因するワイヤネックの破
断を防止することができる。なお、曲線２における多角
形Ｏ−Ｃ−Ｃ’と、曲線３における多角形Ｏ−−−
−’が囲む面積は等しい。
【００１５】図４は本発明の第２の実施形態例の半導体
装置を示す断面図である。本実施形態例では、パッドは
１層のみからなり、周辺部には凹凸を配置してボンディ
ングボールとの密着強度を上げ、中央部は凹凸なしとし
て密着強度を小さいままに保つ。樹脂移動に伴う応力が
ワイヤにかかると、パッド中央部の密着強度の小さい部
分が剥離を開始して剥離空間１２を生じ、これにより樹
脂の移動エネルギを吸収し、ワイヤは破断に至らない。
この場合にも、図３における多角形Ｏ−Ｃ−Ｃ’と多角
形０−−−−’の面積は等しくなる。
【００１６】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の半導体装置及びその製造方
法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでは
なく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を
施したものもも、本発明の範囲に含まれる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によれば、２層構造のボンディングパッドを採用した
ことにより、ボンディングワイヤの密着強度を向上させ
た効果がある。
【００１８】更に、本発明の半導体装置の製造法によれ
ば、封入樹脂の移動に際して生ずる応力をボンディング
コンタクトの一部の剥離で吸収することにより、ボンデ
ィングワイヤに掛かる応力を吸収し、その破断を防止す
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例の半導体装置を示す断面
図。
【図２】図１のボンディングワイヤ構造の実装後の状態
を示す断面図。
【図３】各種ボンディングワイヤの応力−ひずみ曲線で
ある。
【図４】本発明の第２の実施形態例の半導体装置を示す
断面図。
【図５】従来の半導体装置のボンディングワイヤ構造を
示す断面図。
【符号の説明】
１…第２導体層のボンディングパッド ２…第１導体層のボンディングパッド ３…ボンディングボール ４…第２導体層のボンディングコンタクト ５…第１導体層のボンディングコンタクト ６…ボンディングワイヤ ７…ネック部 ８…カバーパッシベーション ９…層間膜 １０…下地膜 １１…樹脂 １２…剥離空間 １３…ワイヤの破断箇所 １４…実装に伴う樹脂の移動方向

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板の所定部分に搭載された第１
    導体層のボンディングパッドと、貫通口を備え、前記第
    １導体層のボンディングパッドの上方に配置される第２
    導体層のボンディングパッドと、前記第２導体層のボン
    ディングパッド上方から前記貫通口を経由して第１導体
    層のボンディングパッドまでを連通するスルーホール
    と、該スルーホール内に形成され、前記第１及び第２導
    体層のボンディングパッドと共通に接続される外部配線
    とを備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記外部配線と前記第導体２のボンディ
    ングパッドとの接触面積が、前記外部配線と前記第１導
    体層のボンディングパッドとの接触面積よりも大きいこ
    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】 前記第２導体層のボンディングパッドの
    表面に凹凸が形成されることを特徴とする、請求項１又
    は２に記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記外部配線は、前記第２導体層のボン
    ディングパッドの上方部分が下方部分よりも断面積が小
    さいことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１に
    記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 外部配線とボンディングパッドとを接続
    するボンディングコンタクトを形成し、その後の樹脂封
    入に際して、前記ボンディングコンタクトの一部を剥離
    させてボンディングワイヤの変形を防止することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
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