JP4596011B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、導電性ワイヤを接続固定するパッドと保護膜が表面に形成されている半導体装置に関する。
半導体装置と外部回路、あるいは半導体装置と他の半導体装置を電気的に接続するために、ワイヤボンディング方法が知られている。ワイヤボンディング方法では、一端が外部回路あるいは他の半導体装置に接続固定されている導電性ワイヤを、半導体装置の表面に形成されているパッド上にまで引き伸ばし、その導電性ワイヤをパッドに接続固定し、パッドに接続固定した後に導電性ワイヤの延長部分を切断する。以下では導電性ワイヤをワイヤと称する。
ワイヤをパッドに接続固定する際に半導体装置が損傷する可能性があり、損傷の発生を防止するために、パッドの周囲に位置する半導体装置の表面に保護膜を形成する技術が開発されている。
特許文献１の技術では、パッドの外周部分とパッドの周囲を覆う保護膜を形成する。すると、パッドの外周部分を覆う保護膜の上面とパッドの上面との間に高さの差が生じる。ワイヤをパッドにボンディングするボンディングキャピラリの先端がパッドの外周部分を覆う保護膜の上面に当接すると、それ以上にはパッドに接近することができないことから、ボンディングキャピラリの先端がパッドに直接的に当接することがない。特許文献１の技術では、パッドの外周部分を覆う保護膜によって、パッドが損傷することを防止する。
特許文献２の技術では、パッドの周囲を覆う絶縁膜（この絶縁膜は半導体装置の表面を覆っており、半導体装置の一部ということができる）の開口（その開口内にパッドが露出している）に沿って、絶縁膜の表面を覆う保護膜を形成する。保護膜を設けないと、ボンディングキャピラリでパッドに押圧したワイヤが、前記開口を形成する絶縁膜のエッジに接触する可能性があり、絶縁膜のエッジにワイヤが接触した状態でワイヤに超音波を加えてワイヤをパッドに溶接する可能性がある。絶縁膜のエッジにワイヤが接触した状態でワイヤに超音波を加えると、絶縁膜が損傷する可能性がある。特許文献２の技術では、パッドの周囲を覆っている絶縁膜が超音波振動で損傷することを防止するために、パッドの露出範囲を定めている絶縁膜の開口に沿って保護膜を形成する。
特開２００１−２９８０４１号公報 特開平５−１３６１９９号公報
ワイヤボンディング方法では、ワイヤをパッドに接続固定した後に、ワイヤの延長部分を引っ張って切断する。このときに、延長部分の切断端（ボンディングキャピラリにセットされている側のワイヤ端部であり、次のボンディング処理では次のパッドに接続固定されるワイヤ端部）がパッドの周囲に存在している半導体装置の表面をこすり、半導体装置の表面が損傷することがある。
パッドの周囲の半導体装置の表面を覆う保護膜を形成すれば、ワイヤの切断端が半導体装置の表面をこすって半導体装置の表面が損傷することを防止できるはずである。しかしながら、従来の保護膜では、ワイヤの切断端が半導体装置の表面をこすって半導体装置の表面を損傷させる現象をうまく防止できない。
ワイヤの切断端が半導体装置の表面をこすって半導体装置の表面を損傷させる現象を防止するためには、それに必要な強度を備えた保護膜を必要とし、比較的厚い保護膜が必要なる。
パッドの周囲に厚い保護膜を形成すると、保護膜の上面と保護膜の側面の間に形成される稜線にワイヤが接触することになる。図７は、パッド１６に隣接する位置にワイヤ１４の切断端１４ｆから半導体装置の表面を保護するのに必要な厚みを備えた保護膜７０を形成した場合を例示している。その場合、保護膜７０の上面と側面の間にシャープな角度を持つ稜線７２が形成される。稜線７２が存在すると、稜線７２とワイヤ延長部分１４ｅが接触する。ワイヤの延長部分１４ｅが稜線７２という限られた範囲で保護膜７０に接触すると、保護膜７０が損傷する可能性が生じてしまう。保護膜７０が損傷すると、損傷した保護膜７０の一部がワイヤ１４に付着する可能性が生じる。保護膜７０が付着したワイヤ１４を用いて次のボンディング処理を実施すると、良好にボンディングできない事故が発生する可能性が生じる。硬い保護膜７０を形成すれば、保護膜７０が損傷してワイヤ１４に付着する現象の発生を防止できるが、保護膜自体が剥離してしまう可能性が生じる。
従来の保護膜７０では、ワイヤ１４の切断端１４ｆが半導体装置の表面をこすって半導体装置の表面を損傷させる現象を防止する際に、上記の問題を引き起こす。
本発明では上記の課題を解決する。すなわち保護膜を改良することによって、新たな問題を引き起こさないで、ワイヤの切断端から半導体装置の表面を保護できる技術を提供する。
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の表面に形成されている表面電極と、半導体基板の表面に形成されている層間絶縁膜と、層間絶縁膜の表面に形成されている導電性ワイヤを接続固定するためのパッドと、表面電極よりも表面側に形成されている表面絶縁膜と、表面絶縁膜の表面に形成され、パッドに接続固定した導電性ワイヤの切断端から表面絶縁膜を保護するための保護膜とを備えている。保護膜はパッドの周辺に形成され、表面絶縁膜のパッド側の端部まで延びている。本発明で用いる保護膜は、保護膜の高さがパッドに接近するにつれて導電性ワイヤの切断端に向かって下降しており、保護膜の切断端側の表面が、切断端に接近するにつれて導電性ワイヤの切断端に向かって下降する傾斜面であり、保護膜の切断端側の表面は、切断端と逆側の表面よりも傾斜角度が小さい。
保護膜の高さがパッドに接近するにつれて導電性ワイヤの切断端に向かって下降しており、保護膜の切断端側の表面が、切断端に接近するにつれて導電性ワイヤの切断端に向かって下降する傾斜面であり、保護膜の切断端側の表面は、切断端と逆側の表面よりも傾斜角度が小さいと、パッドに接続固定したワイヤの延長部分を引っ張って切断する際に、その延長部分が保護膜の広い範囲に接触する。保護膜の高さがパッドに接近するにつれて導電性ワイヤの切断端に向かって下降しており、保護膜の切断端側の表面が、切断端に接近するにつれて導電性ワイヤの切断端に向かって下降する傾斜面であり、保護膜の切断端側の表面は、切断端と逆側の表面よりも傾斜角度が小さいと、ワイヤの切断端が半導体装置の表面をこすって損傷させる現象を防止できるだけの厚みを備えた保護膜を形成しても、ワイヤの延長部分が保護膜の限られた範囲に接触することがなく、保護膜の広い範囲に接触する。そのために、保護膜が損傷することを防止できる。
本発明によると、ワイヤの切断端が半導体装置の表面をこすって損傷させる現象を防止できるだけの厚みを備えた保護膜を形成することができ、しかも保護膜自体が損傷すること、あるいは保護膜が剥離することを防止できる。
従来の技術では、ワイヤの切断端が半導体装置の表面をこすって損傷させる現象から半導体装置を保護するために、ワイヤの切断端が半導体装置の表面をこする範囲にパッドを形成していた。パッドの下方に位置する半導体基板内には、有意義な半導体構造を製造できないことが多い。従来技術では、ワイヤの切断端から保護するために大きなパッドを形成しており、半導体構造を製造できる範囲が小さく制限されていた。
本発明の半導体装置によると、保護膜でワイヤの切断端から保護することができるために、パッドを小さくすることができる。パッドによってワイヤの切断端から保護する必要がなくなるので、パッドをワイヤが接続固定することができる最小の大きさにまで小型化することができる。その結果、半導体構造を製造できる範囲を拡大することができる。同一サイズの半導体基板内に、従来よりも特性が優れた半導体装置を製造することが可能となる。
保護膜のパッド側の表面は、パッドに接近するにつれて下降する傾斜面である。
図６は、保護膜３１８のパッド１６側の表面が傾斜面３７４である例を例示している。この場合、ワイヤの延長部分１４ｅは、傾斜面３７４の広い範囲で接触する。接触面積が広いために、ワイヤの延長部分１４ｅによって保護膜３１８が損傷することはない。
本発明の場合、ワイヤの切断端から保護できればよいことから、保護膜の形成範囲が限定されていてもよい。特に、パッドに向けて伸びているワイヤが存在する方向には保護膜が形成されておらず、パッドに固定された部分からワイヤの切断端が伸びており、前記ワイヤの延長部分をパッドから引っ張る方向にのみ保護膜が形成されていることが好ましい。
この場合、パッドに向けて伸びているワイヤと保護膜が干渉することがない。パッドを小型化することができ、配線方向を自由に選択することができる。
本発明によれば、保護膜でワイヤの切断端から半導体装置の表面を保護することができるために、パッドを小さくすることができる。半導体装置が機能するのに必要な半導体構造を製造できる有効面積を拡大することができ、半導体装置の電気的特性を向上させることができる。
以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１）保護膜はパッドの表面に掛る位置まで伸びている。
（第１参考例）
図１に、本発明の第１参考例を具現化した半導体装置２を示す。半導体装置２では、終端耐圧領域６が半導体基板４の外周の内側を一巡している。終端耐圧領域６には、耐圧保持部８が形成されている。耐圧保持部８にはＦＬＲ８ａとＦＬＲ８ｂが形成されている。耐圧保持部８の内側には、半導体装置が機能するのに必要な半導体構造を製造できる有効領域１０とパッド領域１２が形成されており、終端耐圧領域６の耐圧保持部８の外側には非有効領域９が形成されている。
有効領域１０内の半導体装置２の表面には、５つのエミッタ電極パッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅが露出している。図示番号２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅはワイヤを示し、エミッタ電極パッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅにボンディングされている。以下の説明でアルファベット記号が省略されている場合は、同じ参照数字の部材に共通する説明であることを示す。ワイヤ２２は外部回路（図示されていない）とエミッタ電極パッド２０を電気的に接続している。
パッド領域１２内の半導体装置２の表面には、３つのパッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃが形成されている。図示番号１４ａ、１４ｂ、１４ｃはワイヤを示し、パッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃにボンディングされている。ワイヤ１４は外部回路（図示されていない）とパッド１６を電気的に接続している。
パッド領域１２内の半導体基板４には、半導体装置２が機能するのに必要な半導体構造を製造することが難しい。パッド領域１２が小さいほど有効領域１０を広く確保することができる。本参考例では、各々のパッド１６がワイヤ１４をボンディングするのに最小の大きさに設定されている。そのために、半導体装置２が機能するのに必要な半導体構造を製造できる有効領域１０が拡大されている。
各々のパッド１６の隣接する位置に保護膜１８が形成されている。保護膜１８によって小型のパッド１６に隣接する位置の半導体装置２の表面が損傷することを防いでいる。
図１のII―II断面を示す図２を用いて、半導体装置２の構造と、ワイヤ１４ａをパッド１６ａに接続する際のワイヤ１４ａの状態を示す。ワイヤ１４ｂとワイヤ１４ｃについても同様である。
半導体装置２の有効領域１０には、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistorであり、以下ではＩＧＢＴという）が形成されている。半導体装置２は、ｎ型不純物を低濃度に含む半導体基板４から形成されており、半導体基板４が未加工状態で残っている部分によって、ドリフト領域４６が形成されている。ドリフト領域４６の表面側に、ｐ型不純物を含むボディ領域４８が積層されている。ボディ領域４８の表面に臨む位置に、ｎ型不純物を高濃度に含んでいるエミッタ領域５０が形成されている。エミッタ領域５０は、ボディ領域４８によって、ドリフト領域４６から隔てられている。
エミッタ領域５０の表面から、エミッタ領域５０とボディ領域４８を貫通し、ドリフト領域４６に達するトレンチ５６が形成されている。トレンチ５６の底面と壁面はゲート絶縁膜６０で被覆されており、トレンチ５６の内側にトレンチゲート電極５８が充填されている。トレンチゲート電極５８の上面は、層間絶縁膜５２で被覆されている。有効領域１０の半導体装置２の表面には、エミッタ電極パッド２０が形成されている。エミッタ電極パッド２０は、エミッタ領域５０に導通しており、外部回路（図示されていない）からワイヤ２２に印加された電圧をエミッタ電極パッド２０に伝達する。また、エミッタ電極パッド２０は層間絶縁膜５２によってトレンチゲート電極５８から絶縁されている。
半導体装置２のパッド領域１２の表面には、ゲート電極用のパッド１６が形成されている。パッド１６は、図示しない断面でトレンチゲート電極５８に接続されており、外部回路（図示されていない）からワイヤ１４に印加された電圧をトレンチゲート電極５８に伝達する。パッド１６と半導体基板４の間には、パッド１６とトレンチゲート電極５８との導通を確保する範囲以外の領域に、均一な厚みの層間絶縁膜２６が形成されている。パッド１６の端部からエミッタ電極パッド２０の端部に亘る範囲の表面には、絶縁膜（パッシベーション膜）２４が形成されている。絶縁膜２４の表面には、保護膜１８が形成されている。保護膜１８はパッド１６に隣接する範囲に形成されており、パッド１６の表面上にまで及んでいる。保護膜１８の表面は曲面で形成されている。
パッド領域１２内のドリフト領域４６の上方には、ｐ型不純物を高濃度に含むＰ型拡散領域５４が形成されている。Ｐ型拡散領域５４はｐ型不純物を含むボディ領域４８の終端部と接続し、電気的に導通している。
半導体装置２の裏面側には、ｐ型不純物を高濃度に含むコレクタ領域４４が形成されている。半導体装置２の裏面にはコレクタ電極４２が形成されている。コレクタ電極４２はコレクタ領域４４と導通している。
本参考例の半導体装置２では、半導体装置２をボンディング装置(図示されていない)に固定して、ワイヤ１４をパッド１６のボンディング領域３０に接続固定する。それに先立って、ワイヤ１４の図示しない端部は、外部回路に接続固定されている。ボンディング装置は、ワイヤ１４をパッド１６に接続固定した後、ワイヤ１４の延長部分１４ｅを矢印３２の方向に引っ張ってワイヤ１４を切断する。
図１２〜図１７は、外部回路１４６と半導体装置１０２をワイヤボンディングする方法を示す。図１２に示すように、ワイヤ１４はボンディング装置のクランプ１３８及びウェッジ・ツール１３４を通って、その先端がウェッジ・ツール１３４の底面１３４ａから突出している。クランプ１３８はワイヤ１４を把持する機能を持っている。クランプ１３８は支え１３６によってウェッジ・ツール１３４と連結されており、クランプ１３８とウェッジ・ツール１３４は相対的に移動できる。
このワイヤボンディング方法では、まず図１３に示すように、ウェッジ・ツール１３４の底面１３４ａを外部回路１４６のパッド１４８に押し付け、ワイヤに超音波振動を加えてパッド１４８とワイヤ１４をボンディングする。パッド１４８の表面にボンディング痕１５０が形成される。
次に図１４に示すように、ワイヤ１４とクランプ１３８とウェッジ・ツール１３４の全体を次のボンディング先である半導体装置１０２のパッド１６の上に移動する。この際に、ワイヤ１４はウェッジ・ツール１３４の底面１３４ａから引き出される。次に図１５に示すように、ウェッジ・ツール１３４の底面１３４ａを半導体装置１０２のパッド１６に押し付け、ワイヤに超音波振動を加えてパッド１６とワイヤ１４をボンディングする。パッド１６の表面にボンディング痕１５２が形成される。
パッド１６にワイヤ１４をボンディング後、図１５に示すように、ウェッジ・ツール１３４をパッド１６上に置いたまま、クランプ１３８をウェッジ・ツール１３４に対して矢印１５４の方向に移動させる。これによりパッド１６とウェッジ・ツール１３４に挟まれたワイヤ１４は引きちぎられる。この際に、図１６に示すように、引きちぎられたワイヤ１４はパッド１６の表面に引き摺り痕１６２を形成する。その後、ウェッジ・ツール１３４とクランプ１３８は一体となって矢印１５６の方向に引き上げられ、ワイヤボンディング方法を終了する。
図１７に示すように、保護膜がなければ、小型のパッド１６を用いた場合、引き摺り痕１６２がパッド１６を超えて形成され、半導体装置１０２の表面の絶縁膜が損傷する。絶縁膜が損傷した場合、損傷から半導体装置１０２の内部に不純物などが進入し、半導体装置１０２の特性低下及び破損の原因となる。その為、従来の半導体装置１０２では、パッド１６の上でワイヤ１４を切断する場合には、引き摺り痕１６２の形成範囲を含む程度にまでパッド１６を拡大して形成し、半導体装置１０２が損傷することを防止する必要があった。
半導体装置１０２のパッド１６に引き摺り痕１６２が形成されるのは、ワイヤ１４を引きちぎる場合に限らない。ウェッジ・ツール１３４にワイヤ１４を切断するためのワイヤ・カッタが存在し、ワイヤ１４をカッタで切断する場合にも、引き摺り痕１６２が形成されることがある。この場合でも、半導体装置１０２の絶縁膜に損傷が生じるのをさけるためには、パッド１６を拡大して引き摺り痕１６２がパッド１６の内に留まるようにしておく必要があった。
本参考例の半導体装置２では、図２に示すように、パッド１６をボンディング痕が形成されるボンディング領域３０と同程度の面積にまで縮小して形成する。そのうえで、ワイヤ１４の延長部分１４ｅをパッド１６から引っ張る向き（矢印３２の向き）の半導体装置２の絶縁膜２４の表面に、その高さがパッド１６に近接するにつれて下降している保護膜１８を形成する。保護膜１８を形成したことによって、ワイヤ１４の延長部分１４ｅは絶縁膜２４に代わって保護膜１８と接触する。
更に本参考例の半導体装置２では、保護膜１８の表面が以下の３つの特徴を持つように形成される。
（１）パッド１６に接続固定したワイヤ１４の延長部分１４ｅを切断する姿勢に位置決めしたときの延長部分１４ｅが通過する領域よりも低い位置にある。
（２）保護膜１８が存在しない条件でワイヤの延長部分１４ｅを切断した際にワイヤの切断端１４ｆが通過する軌跡よりも高い位置にある。
（３）その軌跡が半導体表面から離反する位置よりもパッドに近い位置まで伸びている。
図２に示すように、保護膜１８の表面は、パッド１６に接続固定したワイヤ１４の延長部分１４ｅを切断する姿勢に位置決めしたときの延長部分１４ｅが通過する領域よりも低い位置にある。
これによって、パッド１６に接続固定したワイヤ１４の延長部分１４ｅを切断する際に、延長部分１４ｅと保護膜１８が干渉しない。ワイヤ１４の延長部分１４ｅをパッド１６から引っ張ることができ、延長部分１４ｅをパッド１６から切断することができる。
図３に、保護膜１８が存在しない条件でワイヤの延長部分１４ｅを切断した際に、ワイヤの切断端１４ｆが通過する軌跡３４と、絶縁膜２４に形成される引き摺り痕３６の形成範囲を示す。なお、図３以降の半導体装置では、その内部構造が図２の半導体装置２の内部構造と同一のため、その記載を省略する。
保護膜１８が存在しない場合、延長部分１４ｅの切断端１４ｆは、引き摺り痕３６が形成される領域である引き摺り痕形成領域２８の端の点３８に至るまでは、絶縁膜２４の表面に沿って移動する。この移動の際に、絶縁膜２４の表面に引き摺り痕３６が形成される。その後は延長部分１４ｅが半導体装置１０２の上方へと引き上げられるのに伴い、延長部分１４ｅの切断端１４ｆは絶縁膜２４の表面から離反する。このために、引き摺り痕形成領域２８の端の点３８よりもパッド１６から見て遠い範囲の絶縁膜２４には引き摺り痕３６が形成されない。延長部分１４ｅの切断端１４ｆが半導体装置１０２の表面を移動する領域に引き摺り痕３６が形成される。
本参考例の半導体装置２では、図２に示すように、保護膜１８の表面がこの軌跡３４よりも高い位置に存在するように形成する。これによって、ワイヤ１４の延長部分１４ｅの切断端１４ｆは、保護膜１８が存在しない場合に比べて、半導体装置２の表面から離れた位置を通過する。また、保護膜１８は、軌跡３４が半導体表面から離反する点３８よりもパッドに近い位置まで伸びるように形成する。これによって、ワイヤ１４の切断端１４ｆは、保護膜上で半導体装置２の表面から離反する。
保護膜を形成すると、切断端１４ｆが半導体装置２の表面を通過する範囲を軌跡３４に比べて狭くすることができる。半導体装置２の表面の絶縁膜２４が損傷することを防ぐことができる。
本発明の半導体装置２では、半導体装置２の表面に形成される保護膜１８が上記の特徴を持って形成されることによって、半導体装置２の表面に形成されている絶縁膜２４が損傷することを防ぐことができる。そのため、図４に点線で示すように、パッド１６をボンディング領域３０と引き摺り痕形成領域２８を含む範囲に拡大して形成する必要がない。パッド１６をボンディング領域３０と同程度まで縮小して形成することができ、パッド１６が形成されているパッド領域１２の面積を縮小することができる。これにより、矢印４０に示すように、半導体装置２が機能するのに必要な半導体構造を製造できる有効領域１０の面積を拡大することができ、半導体装置の電気的特性を向上させることができる。
図２に示すように、本参考例の保護膜１８は、パッド１６側の表面が曲面であることが好ましい。
図７に示すように、保護膜７０のパッド１６側の表面にシャープな角度を持つ稜線７２が形成されている場合、稜線７２とワイヤ１４の延長部分１４ｅが狭い範囲で局所的に接触する。このため、保護膜７０が剥がれたり、保護膜７０の一部がワイヤの延長部分１４ｅに付着したりして、半導体装置４０２の表面に離散する。保護膜７０が剥がれた場合、半導体装置２の表面の損傷を防ぐことができない。離散した保護膜７０が他のパッド１６の表面やワイヤの表面に付着した場合、接続不良や導通不良の原因となる。
本発明の半導体装置２では、図２に示すように、保護膜１８のパッド１６側の表面が曲面である。このために、保護膜１８とワイヤ１４の延長部分１４ｅは広い範囲で接触し、保護膜７０が損傷することがない。これによって、半導体装置２の表面に形成されている絶縁膜２４が損傷したり、ワイヤ１４とパッド１６の間に接合不良や導通不良が発生することが防止される。精度のよいワイヤボンディングを実現することができる。
（第２参考例）
図５に、第２参考例の半導体装置２０２を示す。
図５に示すように、第２参考例の保護膜２１８のパッド１６側の表面は、パッド１６に接近すると下降する階段形状に形成されている。パッド１６に向けて下降する階段形状に形成されていると、ワイヤ１４の延長部分１４ｅが保護膜２１８と接触する際に、保護膜２１８の複数の点２７４ａ、２７４ｂ、２７４ｃでワイヤ１４と保護膜２１８が接触する。ワイヤ１４と保護膜２１８の接触点が複数個所に分散されると、各接触点２７４ａ、２７４ｂ、２７４ｃにおいてワイヤ１４の延長部分１４ｅが保護膜２１８を矢印２７６ａ、２７６ｂ、２７６ｃの向きに押す力が弱まり、各点２７４ａ、２７４ｂ、２７４ｃにおいてワイヤの延長部分１４ｅと保護膜２１８の間に発生する摩擦力が低下する。摩擦力が大きくなって保護膜２１８が剥がれたり、保護膜２１８の一部がワイヤ１４の延長部分１４ｅに付着したりすることがない。半導体装置２０２の表面に形成されている絶縁膜２４の表面が損傷することがなく、ワイヤ１４とパッド１６の接合不良や導通不良が発生することが防止される。精度のよいワイヤボンディングを実現することができる。
（実施例）
図６に、実施例の半導体装置３０２を示す。保護膜３１８のパッド１６側の面が、パッド１６に向けて下降する傾斜面３７４であると、ワイヤ１４の延長部分１４ｅが保護膜３１８と接触する際に、延長部分１４ｅは傾斜面３７４の広い範囲と接触する。ワイヤ１４の延長部分１４ｅと保護膜３１８が広い面で接することによって、傾斜面３７４内の各点においてワイヤ１４の延長部分１４ｅが保護膜３１８を矢印３７６ａ、３７６ｂ、３７６ｃの向きに押す力が分散され、傾斜面３７４の内の各点において延長部分１４ｅと保護膜３１８の間に発生する摩擦力が低下する。摩擦が大きくなって保護膜３１８が剥がれたり、保護膜３１８の一部がワイヤ１４の延長部分１４ｅに付着したりすることがない。半導体装置３０２の表面に形成されている絶縁膜２４が損傷することや、ワイヤ１４とパッド１６の接合不良や導通不良が発生することが防止される。精度のよいワイヤボンディングを実現することができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。
例えば、本実施例の半導体装置２では、図２に示すように、少なくともワイヤ１４の延長部分１４ｅをパッド１６から引っ張る側に保護膜１８が形成されていればよく、その形成位置や全体形状は制限されない。少なくともワイヤ１４の延長部分１４ｅを引っ張る側に保護膜１８が形成されることで、パッド領域１２の面積を縮小することができ、半導体装置２が機能するのに必要な半導体構造を製造できる有効領域１０の面積を拡大することができる効果が得られる。
図８〜図１０に半導体装置の表面に形成された保護膜の例を示す。図１では各々のパッド１６毎に形成されていた保護膜１８に代わって、図８に示すように、全てのパッド１６に共通に隣接する保護膜５１８が形成されていてもよい。また、図１ではワイヤ１４の延長部分１４ｅをパッド１６から引っ張る側にのみ形成されていた保護膜１８に代わって、図９に示すように、その一部がパッド１６の周辺にも伸びている保護膜６１８ａ、６１８ｂ、６１８ｃを形成してもよい。また、図１０に示すように、全てのパッド１６に共通して隣接する領域と、一部のパッド１６の周辺を取り囲む保護膜７１８が形成されてもよい。いずれの場合にも、パッドに向けて伸びているワイヤの下方には保護膜を形成する必要がない。パッドに向けて伸びているワイヤの下方に保護膜がないと、ワイヤ配線の自由度が向上する。またパッドを小型化するのにも有用である。
上記に示すように、本発明の半導体装置では保護膜１８の形状は必用に応じて様々に変えることができる。また、保護膜１８は、その一部が絶縁膜を越えてパッドの表面に掛る位置まで伸びていてもよい。これにより、ワイヤ１４の延長部分１４ｅの切断端１４ｆが絶縁膜２４と接触して、絶縁膜２４が損傷してしまうことを完全に防ぐことができる。
また、ワイヤボンディングの際に保護膜１８を利用するのは、パッド１６にワイヤ１４を接続する場合に限られず、エミッタ電極パッド２０にワイヤ２２を接続する場合に利用されてもよい。図１１に示すように、エミッタ電極パッド２０にワイヤ２２を接続する際に保護膜１８を利用することで、エミッタ電極パッド２０に接続固定されたワイヤ２２の延長部分（図示されていない）をエミッタ電極パッド２０から引っ張る際に、半導体装置２の表面に形成される引き摺り痕が絶縁膜２４に損傷を与えたり、パッド１６にまで至ったりすることを完全に防ぐことができる。この場合、保護膜１８のパッド側の表面に形成される上記特徴が、保護膜１８のエミッタ電極パッド２０の表面にも形成される。
本実施例の半導体装置２の保護膜１８を形成する保護材は、絶縁性が高く、ワイヤの引き摺りに対して絶縁膜を保護できるだけの硬さ、密着性を有した材料であれば、その材料は限定されない。例えば、硬度を上げたシリコーンゲルやポリイミドテープなどがある。上記のような高いヤング率を持った保護材を用いることによって、ワイヤの引き摺りの際に保護膜が変形し、保護膜がワイヤから受ける力を分散させることができる。
また、保護材を用いて保護膜を形成する方法も特に限定されない。例えば、保護材をその表面が曲面である状態で半導体装置に配置後、熱処理を加えて硬度を上げることで、保護膜のパッド側の表面が曲面である保護膜が形成される。また、保護膜を形成した後に、その表面にエッチング等の通常の半導体形成で使用されている処理を施すことで、保護膜の表面が階段形状又はパッドに向かって傾斜した半導体装置が形成される。
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、出願時の請求項に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。
第１参考例の半導体装置２の上面図を示す。 第１参考例の半導体装置２の断面図を示す。 半導体装置１０２の断面図を示す。 半導体装置２のパッド１６近傍の拡大図を示す。 第２参考例の半導体装置２０２の断面図を示す。 実施例の半導体装置３０２の断面図を示す。 半導体装置４０２の断面図を示す。 半導体装置に形成される保護膜の一例を示した図である。 半導体装置に形成される保護膜の一例を示した図である。 半導体装置に形成される保護膜の一例を示した図である。 第１参考例の半導体装置２の上面図を示す。 ワイヤボンディング方法の手順を示した図である。 ワイヤボンディング方法の手順を示した図である。 ワイヤボンディング方法の手順を示した図である。 ワイヤボンディング方法の手順を示した図である。 ワイヤボンディング方法の手順を示した図である。 ワイヤボンディング方法における従来技術の問題点を示す。
符号の説明
２・・・・・半導体装置
４・・・・・半導体基板
６・・・・・終端耐圧領域
８・・・・・耐圧保持部
８ａ、８ｂ・・・ＦＬＲ
９・・・・・非有効領域
１０・・・・有効領域
１２・・・・パッド領域
１４・・・・ワイヤ（導電性ワイヤ）
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・ワイヤ
１４ｅ・・・延長部分
１４ｆ・・・切断端
１６・・・・パッド
１８・・・・保護膜
２０・・・・エミッタ電極パッド
２２・・・・ワイヤ（導電性ワイヤ）
２４・・・・絶縁膜（パッシベーション膜）
２６・・・・層間絶縁膜
２８・・・・引き摺り痕形成領域
３０・・・・ボンディング領域
３２・・・・矢印
３４・・・・軌跡
３６・・・・引き摺り痕
３８・・・・点
４０・・・・矢印
４２・・・・コレクタ電極
４４・・・・コレクタ領域
４６・・・・ドリフト領域
４８・・・・ボディ領域
５０・・・・エミッタ領域
５２・・・・層間絶縁膜
５４・・・・Ｐ型拡散領域
５６・・・・トレンチ
５８・・・・トレンチゲート電極
６０・・・・ゲート絶縁膜
７０・・・・保護膜
７２・・・・稜線
１０２・・・半導体装置
１３４・・・ウェッジ・ツール
１３４ａ・・・ウェッジ・ツールの底面
１３６・・・支え
１３８・・・クランプ
１４６・・・外部回路
１４８・・・パッド
１５０・・・ボンディング痕
１５２・・・ボンディング痕
１５４・・・矢印
１５６・・・矢印
１６２・・・引き摺り痕
２０２・・・半導体装置
２１８・・・保護膜
２７４・・・接触点
２７６・・・矢印
３０２・・・半導体装置
３１８・・・保護膜
３７４・・・傾斜面
３７６・・・矢印
４０２・・・半導体装置
５１８・・・保護膜
６１８・・・保護膜
７１８・・・保護膜

Claims (2)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の表面に形成されている表面電極と、
    前記半導体基板の表面に形成されている層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜の表面に形成されている導電性ワイヤを接続固定するためのパッドと、
    前記表面電極よりも表面側に形成されている表面絶縁膜と、
    前記表面絶縁膜の表面に形成され、前記パッドに接続固定した前記導電性ワイヤの切断端から前記表面絶縁膜を保護するための保護膜とを備えている半導体装置であり、
    前記保護膜は前記パッドの周辺に形成され、前記表面絶縁膜の前記パッド側の端部まで延びており、
    前記保護膜の高さが前記パッドに接近するにつれて前記導電性ワイヤの切断端に向かって下降しており、
    前記保護膜の前記切断端側の表面が、前記切断端に接近するにつれて前記導電性ワイヤの切断端に向かって下降する傾斜面であり、
    前記保護膜の前記切断端側の表面は、前記切断端と逆側の表面よりも傾斜角度が小さいことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記パッドに向けて伸びている前記導電性ワイヤが存在する方向には前記保護膜が形成されておらず、前記パッドに固定された部分から前記導電性ワイヤの切断端が伸びており、前記ワイヤの延長部分をパッドから引っ張る方向にのみ前記保護膜が形成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。
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