JP6354467B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数個の電極パッドを有する半導体素子と接続部材とを備え、複数個の電極パッドのそれぞれを、ボンディングワイヤを介して接続部材に接続してなる半導体装置に関する。

一般に、この種の半導体装置としては、矩形板状をなす半導体素子と、半導体素子の一面に設けられた同一の金属よりなる複数個の電極パッドと、半導体素子の外側に設けられた接続部材と、を備え、電極パッドのそれぞれが、Ａｕ（金）よりなるボンディングワイヤを介して接続部材と接続されたものが、提案されている。

このような半導体装置において、近年、ボンディングワイヤの材料コストの低減のために、ボンディングワイヤをＡｕに代えてＣｕ（銅）へ変更したものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−１９９４９１号公報

しかし、ボンディングワイヤをＡｕからＣｕに代えた場合、ワイヤの材料コストは低減できるものの、温度サイクル耐性の低下が生じるという問題がある。具体的には、温度サイクルによる応力が電極パッドに生じて、電極パッドにクラックが発生する。このような電極パッドのクラックは、装置の電気的機能の低下につながる。

この要因は以下の２点である。１つ目は、物性上、ＡｕよりもＣｕが硬いので、ボンディングワイヤの硬度が増加することにより、ワイヤから下地の電極パッドへ加わるストレスが増加することである。

２つ目は、ボンディングワイヤの金属と電極パッドの金属との相互拡散によりワイヤ接合部においてワイヤ−パッド間に金属間化合物層が形成されるが、Ａｕワイヤの場合に比べてＣｕワイヤの場合の金属間化合物層の厚さが小さいことによる。この金属間化合物層は、電極パッドの金属よりも機械的に強固なものであるため、金属間化合物層が薄くなると、ワイヤ接合部における電極パッドの機械的強度が低下する。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電極パッドにおける温度サイクル耐性の向上と、ボンディングワイヤにおける材料コストの低減との両立に適した構成を実現することを目的とする。

上述のように、ボンディングワイヤのすべてを一律に同じ金属とする従来構成の場合、温度サイクル耐性の向上と材料コストの低減との両立が困難である。本発明者は、鋭意検討を行い、温度サイクルによって半導体素子のなかでもコーナーに応力集中が発生することから、半導体素子のコーナー近傍に位置する電極パッドについてクラックの発生が顕著となることを見出した。

そして、本発明者は、このコーナー近傍の電極パッドと、それ以外のコーナーから遠い電極パッドとで、ボンディングワイヤの金属の種類を代えることに着目した。本発明は、このような検討に基づいて創出されたものである。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１１）と他面（１２）とが表裏の板面の関係にある矩形板状をなす半導体素子（１０）と、半導体素子の一面に設けられた同一の金属よりなる複数個の電極パッド（２１、２２）と、半導体素子の外側に設けられた接続部材（４０）と、を備え、複数個の電極パッドのそれぞれが、金属よりなるボンディングワイヤ（５１、５２）を介して接続部材と接続されており、複数個の電極パッドのそれぞれにおいて、当該電極パッドとボンディングワイヤとの間には、当該電極パッドの金属とボンディングワイヤの金属との両者を含む金属間化合物よりなる金属間化合物層（７１、７２）が形成されている半導体装置であって、さらに、以下の特徴点を有する。

・複数個の電極パッドは、半導体素子の一面においてコーナー（１３）側に位置する第１のパッド（２１）と、第１のパッドよりもコーナーから遠くに位置する第２のパッド（２２）とに区別されていること。

・ボンディングワイヤのうち第１のパッドに接続されている第１のワイヤ（５１）は、ボンディングワイヤのうち第２のパッドに接続されている第２のワイヤ（５２）よりもヤング率が小さいものとされていること。

・第１のワイヤと第１のパッドにより形成される金属間化合物層（７１）の厚さ（ｄ１）は、第２のワイヤと第２のパッドにより形成される金属間化合物層（７２）の厚さ（ｄ２）よりも厚いものとされていること。本発明はこれらの点を特徴としている。

それによれば、半導体素子のコーナーに近くクラックが生じやすい第１のパッドについては、比較的やわらかい第１のワイヤを使用できるから、ワイヤからパッドへのストレスを小さくしやすい。また、この第１のパッドでは、ワイヤとパッドとの金属間化合物層の厚さを比較的厚くできるから、ワイヤ接合部における第１のパッドの機械的強度を大きくしやすい。これらのことから、温度サイクルによる第１のパッドにおけるクラック発生を抑制しやすいものにできる。

また、第１のパッドと第２のパッドとでボンディングワイヤの材質を変えることで、すべてのボンディングワイヤを一律に高価な軟らかい金属で構成する必要が無いため、材料コストの低減が行いやすくなる。よって、本発明によれば、電極パッドにおける温度サイクル耐性の向上とボンディングワイヤにおける材料コストの低減との両立に適した構成を実現することができる。

請求項４に記載の発明では、一面（１１）と他面（１２）とが表裏の板面の関係にある矩形板状をなす半導体素子（１０）と、半導体素子の一面に設けられた同一の金属よりなる複数個の電極パッド（２１、２２）と、半導体素子の外側に設けられた接続部材（４０）と、を備え、複数個の電極パッドのそれぞれが、同一の金属よりなるボンディングワイヤ（５２）を介して接続部材と接続されている半導体装置であって、さらに、以下の特徴点を有する。

・複数個の電極パッドは、半導体素子の一面においてコーナー（１３）側に位置する第１のパッド（２１）と、第１のパッドよりもコーナーから遠くに位置する第２のパッド（２２）とに区別されていること。

・第１のパッド上には、ボンディングワイヤよりもヤング率が小さい金属よりなるバンプ（５３）が接合されており、第１のパッドとバンプとの間には、当該第１のパッドの金属と当該バンプの金属との両者を含む金属間化合物よりなる第１の金属間化合物層（７３）が形成されており、第１のパッドと接続部材とを接続するボンディングワイヤは、第１のパッドとはバンプを介してボンディングされたものとなっていること。

・第２のパッドと第２のパッドに接続されているボンディングワイヤとの間には、当該第２のパッドの金属と当該ボンディングワイヤの金属との両者を含む金属間化合物よりなる第２の金属間化合物層（７２）が形成されており、第１の金属間化合物層の厚さ（ｄ３）は、第２の金属間化合物層の厚さ（ｄ２）よりも厚いものとされていること。本発明はこれらの点を特徴としている。

それによれば、第１のパッドは、ボンディングワイヤよりも軟らかいバンプを介して、ボンディングワイヤと接続されるので、ボンディングワイヤから第１のパッドへ印加されるストレスが緩和される。また、第１のパッドとバンプとによる第１の金属間化合物を厚く形成できるので、ワイヤ接合部における第１のパッドの機械的強度を大きくしやすい。

そのため、ボンディングワイヤとしては、Ａｕ等の軟らかくて高価な金属を用いなくてもよく、材料コストの低減が行いやすくなる。よって、本発明によれば、電極パッドにおける温度サイクル耐性の向上とボンディングワイヤにおける材料コストの低減との両立に適した構成を実現することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の第１実施形態にかかる半導体装置を示す概略平面図である。 図１中の半導体装置を示す概略断面図である。 図１中の第１のワイヤと第１のパッドとの接合部における金属間化合物層の様子を示す概略断面図である。 図１中の第２のワイヤと第２のパッドとの接合部における金属間化合物層の様子を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる半導体装置の要部を示す概略平面図である。 本発明の第３実施形態にかかる半導体装置の要部を示す概略断面図である。 図６中のバンプと第１のパッドとの接合部における金属間化合物層の様子を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の要部を示す概略平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる半導体装置Ｓ１について、図１〜図３を参照して述べる。なお、図１に示される平面図中では、モールド樹脂６０の外形を示してあるが、このモールド樹脂６０の内部に位置する構成要素を、モールド樹脂６０を透過して示している。この半導体装置Ｓ１は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。

本実施形態の半導体装置Ｓ１は、大きくは、アイランド３０に搭載された半導体素子１０とリード端子４０とをボンディングワイヤ５１、５２で結線したものを、モールド樹脂６０で封止してなるもので、いわゆるＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）の形態をなしている。

半導体素子１０は、一面１１と他面１２とが表裏の板面の関係にある矩形板状をなす。つまり、半導体素子１０は、表裏の板面である一面１１、他面１２と、これら表裏の板面を連結する４個の側面と、矩形における角部としての４個のコーナー１３と、を有するものである。

この半導体素子１０は、Ｓｉ（シリコン）半導体等の半導体よりなるもので、具体的には、ＩＣチップ、センサチップ、トランジスタ素子等よりなる。このような半導体素子１０は、通常の半導体プロセスにより作製される。

そして、半導体素子１０の一面１１には、同一の金属よりなる複数個の電極パッド２１、２２が設けられている。本実施形態では、図１に示されるように、これら電極パッド２１、２２の配置パターンは典型的なものとされている。

つまり、複数個の電極パッド２１、２２は、半導体素子１０の一面１１の外縁寄りの部位において当該外縁の形状に沿った矩形枠状の配置パターンとされている。さらに言えば、複数個の電極パッド２１、２２は、半導体素子１０の一面１１において、４個のコーナー１３のそれぞれの近傍から各辺に沿って配列されたものとなっている。

ここで、本実施形態では、複数個の電極パッド２１、２２は、半導体素子１０の一面１１において半導体素子１０のコーナー１３側に位置する第１のパッド２１と、第１のパッド２２よりもコーナー１３から遠くに位置する第２のパッド２２とに区別されている。

具体的には、図１に示されるように、半導体素子１０の一面１１のうちコーナー１３およびコーナー１３近傍を含む連続した領域を第１の領域１１Ａとする。ここで、図１では、第１の領域１１Ａは、半導体素子１０の一面１１のうちの一点鎖線よりもコーナー１３側に拡がる領域である。そして、半導体素子１０の一面１１のうち第１の領域１１Ａ以外の残部の領域、すなわち第１の領域１１Ａよりもコーナー１３から遠い位置にある領域を第２の領域１１Ｂとする。

図１の例では、１個のコーナー１３の近傍部分について見ると、複数個の電極パッド２１、２２のうちコーナー１３側に位置する２個の群が第１のパッド２１とされ、当該２個の第１のパッド２１以外の群が第２のパッド２２とされている。

これら電極パッド２１、２２は、半導体素子１０におけるワイヤボンディング用のパッドとして典型的な材質よりなるものである。具体的には、第１のパッド２１および第２のパッド２２は、Ａｌ（アルミニウム）もしくはＡｌを主成分とするＡｌ合金よりなる。限定するものではないが、Ａｌ合金としては、通常Ａｌを９０％以上程度含有する合金が用いられる。具体的なＡｌ合金としては、Ａｌ−ＳｉやＡｌ−Ｃｕ等が挙げられる。

なお、図示しないが、半導体素子１０の一面１１には、Ｓｉなどの半導体上に無機絶縁膜や有機絶縁膜よりなる保護膜が設けられており、これら電極パッド２１、２２は、この保護膜より露出して設けられている。このような電極パッド２１、２２は、スパッタや蒸着等により形成されている。

このように半導体素子１０は、一面１１に複数個の電極パッド２１、２２を有するものであるが、この半導体素子１０は、他面１２側にてアイランド３０に対し、図示しないダイボンド材等により固定されている。

アイランド３０は、図１、図２に示されるように、一面３１と他面３２とが表裏の板面の関係にある板状をなすもので、ここでは、平面サイズが半導体素子１０よりも一回り大きい矩形板状をなしている。そして、アイランド３０の一面３１上に半導体素子１０が搭載され支持されている。

このアイランド３０は、ヒートシンク等のリードフレームとは別体のものでもよいし、リード端子４０と共通のリードフレーム素材より作成されたものであってもよい。後者の場合には、モールド樹脂６０による封止後に通常行われるリードカットにより、アイランド３０とリード端子４０とは、互いに分離される。

リード端子４０は、ボンディングワイヤ５１、５２を介して電極パッド２１、２２と接続される接続部材となるものであり、半導体素子１０の外側に設けられている。ここでは、リード端子４０は、半導体素子１０の側方に複数個設けられており、個々のリード端子４０は、典型的な細長の板状をなしている。

そして、複数個のリード端子４０は、典型的なＱＦＰのごとく、アイランド３０を取り巻く放射状をなすように、アイランド３０の外郭の外側に配置されている。これらアイランド３０およびリード端子４０は、たとえばＣｕや４２アロイ等の導電性に優れた金属よりなる。

そして、図１、図２に示されるように、半導体素子１０における複数個の電極パッド２１、２２のそれぞれが、金属よりなるボンディングワイヤ５１、５２を介してリード端子４０と接続されている。つまり、複数個の電極パッド２１、２２のそれぞれについて、独立したボンディングワイヤ５１、５２が接続されている。

これら複数個のボンディングワイヤ５１、５２は、材質の異なる第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とよりなるものであり、識別のため、図１中、第１のワイヤ５１は破線にて示し、第２のワイヤ５２は実線にて示してある。第１のワイヤ５１は、第１のパッド２１に接続されているものであり、第２のワイヤ５２は第２のパッド２２に接続されているものである。

ここで、第１のワイヤ５１は、第２のワイヤ５２よりもヤング率が小さい材質よりなる。たとえば、第１のワイヤ５１は、Ａｕ（金）もしくはＡｕを主成分とするＡｕ合金よりなり、第２のワイヤ５２は、Ｃｕ（銅）もしくはＣｕを主成分とするＣｕ合金よりなるものとされる。

ここで、限定するものではないが、Ａｕ合金としては、通常Ａｕを９０％以上程度含有する合金が用いられる。具体的なＡｕ合金としては、Ａｕ−Ｐｄ（パラジウム）等が挙げられる。また、Ｃｕ合金としては、通常Ｃｕを９０％以上程度含有する合金が用いられる。具体的なＣｕ合金としては、Ｃｕ−Ｐｄ等が挙げられる。ヤング率の一例を挙げると、第１のワイヤ５１を構成するＡｕのヤング率は約８０ＧＰａ、第２のワイヤ５２を構成するＣｕのヤング率は約１３０ＧＰａである。

これらボンディングワイヤ５１、５２は、典型的には、半導体素子１０の電極パッド２１、２２側を一次側としてワイヤの一端側がボールボンディングされ、リード端子４０側を二次側としてワイヤの他端側がウェッジボンディングされたものである。

このようなボンディングワイヤ５１、５２の接続形態は、典型的なものであり、通常のキャピラリを用いたワイヤボンディング法により形成される。すなわち、放電加工等によりワイヤ先端に形成されたイニシャルボールを用いて、一次接続部分にボールボンディングを行い、続いて、ワイヤを二次接続部分まで引きまわしてウェッジボンディングを行う方法である。

そして、本実施形態においては、図３、図４に示されるように、複数個の電極パッド２１、２２のそれぞれにおいて、電極パッド２１、２２とボンディングワイヤ５１、５２との間には、金属間化合物層７１、７２が形成されている。

金属間化合物層７１、７２は、電極パッド２１、２２の金属とボンディングワイヤ５１、５２の金属との両者を含む化合物である金属間化合物（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ、通常ＩＭＣと略される）よりなる。この金属間化合物層７１、７２は、ワイヤボンディング時の熱等により、ボンディングワイヤ５１、５２と電極パッド２１、２２の各金属原子がワイヤ接合部にて相互拡散することにより形成される。

ここで、第１のワイヤ５１と第１のパッド２１により形成される金属間化合物層を、第１のパッド側の金属間化合物層７１（図３参照）とし、第２のワイヤ５２と第２のパッド２２により形成される金属間化合物層を、第２のパッド側の金属間化合物層７２（図４参照）とする。

たとえば、第１のパッド側の金属間化合物層７１を構成する金属間化合物としては、第１のワイヤ５１のＡｕと第１のパッド２１のＡｌとにより形成されるＡｕ_ｘＡｌ_ｙが挙げられる。一方、第２のパッド側の金属間化合物層７２を構成する金属間化合物としては、第２のワイヤのＣｕと第２のパッドのＡｌとにより形成されるＣｕ_ｘＡｌ_ｙが挙げられる。

なお、これら化合物Ａｕ_ｘＡｌ_ｙおよびＣｕ_ｘＡｌ_ｙのｘおよびｙは原子組成を示す数である。ここで、Ａｕ_ｘＡｌ_ｙは、たとえばＡｕＡｌ_２であるが、それ以外の原子組成のものも含む混在物であり、Ｃｕ_ｘＡｌ_ｙは、たとえばＣｕＡｌ_２であるが、それ以外の原子組成のものも含む混在物である。

そして、図３、図４に示されるように、本実施形態では、第１のパッド側の金属間化合物層７１の厚さｄ１は、第２のパッド側の金属間化合物層７２の厚さｄ２よりも厚いものとされている。このような厚さｄ１＞厚さｄ２の関係となるのは、たとえば第１のワイヤ５１を構成するＡｕの方が、第２のワイヤ５２を構成するＣｕよりも電極パッド中への拡散係数が大きいためである。

ここで、これら金属間化合物層７１、７２の厚さｄ１、ｄ２は、図３、図４に示されるように、ボンディングワイヤ−金属間化合物層−電極パッドの積層方向に沿った金属間化合物層の寸法、つまり層厚である。

通常は、第１のパッド側の金属間化合物層７１の厚さｄ１は、第２のパッド側の金属間化合物層７２の厚さｄ２よりも一桁以上大きいものとされる。一例を挙げると、Ａｕ_ｘＡｌ_ｙよりなる第１のパッド側の金属間化合物層７１の厚さｄ１は、通常約３μｍであり、Ｃｕ_ｘＡｌ_ｙよりなる第２のパッド側の金属間化合物層７２の厚さｄ２は、通常約０．１μｍである。

また、図１、図２に示されるように、半導体装置Ｓ１において、モールド樹脂６０は、半導体素子１０、アイランド３０、リード端子４０、およびボンディングワイヤ５１、５２を包み込むように封止している。ここで、典型的なＱＦＰの如く、リード端子４０の一部はアウターリードとしてモールド樹脂６０より突出し、装置の外部と接続可能とされている。

また、本実施形態では、図２に示されるように、アイランド３０における半導体素子１０の搭載側とは反対側の面である他面３２は、放熱等の理由でモールド樹脂６０より露出している。

つまり、本実施形態の半導体装置Ｓ１は、いわゆるハーフモールドタイプのパッケージとされている。このモールド樹脂６０は、エポキシ樹脂等の典型的なモールド材料よりなり、トランスファーモールド法やコンプレッションモールド法等により成形されたものである。

このような本実施形態の半導体装置Ｓ１の製造方法は、次のとおりである。まず、アイランド３０上に半導体素子１０を搭載し固定する。次に、半導体素子１０の外側にリード端子４０を配置した状態で、第１のパッド２１とリード端子４０との間、および、第２のパッド２２とリード端子４０との間でワイヤボンディングを行い、これらの間をそれぞれ第１のワイヤ５１、第２のワイヤ５２により結線する。

なお、第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とについて、ワイヤボンディングを行う順序は、どちらを先に行ってもよい。このワイヤボンディング工程の後、モールド樹脂６０による封止を行い、その後、必要に応じてリードカットやリード成形等を行う。こうして、本実施形態の半導体装置Ｓ１ができあがる。

ところで、本実施形態によれば、ボンディングワイヤとしてヤング率の異なる第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とを用い、半導体素子１０のコーナー１３に近くクラックが生じやすい第１のパッド２１については、比較的やわらかい第１のワイヤ５１を使用している。そのため、第１のワイヤ５１から第１のパッド２１へ加わるストレスを小さくしやすい。

また、この第１のパッド２１では、ワイヤ−パッド間に形成される第１のパッド側の金属間化合物層７１の厚さｄ１を比較的厚いものにできるから、ワイヤ接合部における第１のパッド２１の機械的強度を大きくしやすい。これらのことから、温度サイクルによる第１のパッド２１におけるクラック発生を抑制しやすいものにできる。

また、第１のパッド２１と第２のパッド２２とでボンディングワイヤ５１、５２の材質を変えることで、すべてのボンディングワイヤ５１、５２を一律に高価な軟らかい金属で構成する必要が無くなるため、ワイヤ材料のコスト低減が行いやすくなる。これらのことから、本実施形態によれば、電極パッド２１、２２における温度サイクル耐性の向上とボンディングワイヤ５１、５２における材料コストの低減との両立に適した構成を実現することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態にかかる半導体装置について図６を参照して、上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。通常、半導体素子１０の一面１１には、ワイヤボンディング用の電極パッド２１、２２以外に、装置特性を検査するための検査用の電極パッド、すなわち検査用パッド２３が設けられる。

図６に示されるように、本実施形態では、この検査用パッド２３を更に、半導体素子１０の一面１１における第１のパッド２１よりも外縁寄りに設けている。これは、検査用パッド２３は、クラックが発生しても、装置特性に影響がないため、第１のパッド２１よりもコーナー１３近くに位置させても問題無いことによる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態にかかる半導体装置について、図６、図７を参照して、上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。なお、本実施形態は、上記第２実施形態とも組み合わせが可能であることは言うまでも無い。

本実施形態においても、半導体素子１０は、一面１１と他面１２とが表裏の板面の関係にある矩形板状をなすもので、一面１１には同一の金属よりなる複数個の電極パッド２１、２２を備えたものである。また、半導体素子１０の外側に設けられた接続部材としてのリード端子４０も、上記第１実施形態と同様である。

さらに、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様、複数個の電極パッド２１、２２は、コーナー１３側に位置する第１のパッド２１と、第１のパッド２１よりもコーナーから遠くに位置する第２のパッド２２とに区別されている。

ここにおいて、本実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、第１のパッド２１および第２のパッド２２のそれぞれが、第２のワイヤ５２を介してリード端子４０と接続されている。つまり、本実施形態では、複数個の電極パッド２１、２２のすべてが、リード端子４０に対して、同一の金属よりなるボンディングワイヤを介して接続されている。

さらに言うならば、本実施形態では、第２のパッド２２については、上記第１実施形態と同様に、第２のワイヤ５２を介して、リード端子４０と接続されている。本実施形態における第２のパッド２２−第２のワイヤ５２−リード端子４０の接続構成は、上記図１および図２のものと同様である。具体的には、第２のワイヤ５２は、上記第１実施形態と同様に、第２のパッド２２とはボールボンディングされ、リード端子４０とはウェッジボンディングされたものとされている。

そして当然ながら、本実施形態においても、上記第１実施形態の図４と同様に、第２のパッド２２と第２のワイヤ５２との間には、厚さｄ２を有する第２のパッド側の金属間化合物層７２が形成されている。この第２のパッド側の金属間化合物層７２は、本発明で言う第２の金属間化合物層に相当する。

一方、本実施形態では、図６に示されるように、コーナー１３近傍の第１の領域１１Ａに位置する第１のパッド２１については、上記第１実施形態とは異なり、第２のワイヤ５２を介して、リード端子４０と結線されている。ここで、第１のパッド２１上には、第２のワイヤ５２よりもヤング率が小さい金属よりなるバンプ５３が接合されている。

具体的には、バンプ５３は、上記第１実施形態における第１のワイヤ５１と同様、ＡｕやＡｕ合金等の金属よりなる。このバンプ５３は、通常のボールボンディング法、つまり、ワイヤボンディング装置を用いてボールボンディングを行い、ボールからワイヤを切断する方法により形成される。バンプ５３がボールボンディングにより形成されたものであることは、半導体装置におけるバンプ５３の形状を見れば、明らかである。

そして、図７に示されるように、第１のパッド２１とバンプ５３との間には、第１のパッド２１の金属とバンプ５３の金属との両者を含む金属間化合物よりなる第１の金属間化合物層７３が形成されている。この第１の金属間化合物層７３は、たとえば、上記第１実施形態における第１のパッド側の金属間化合物層７１と同様の材質よりなる。

そして、図６に示されるように、第１のパッド２１とリード端子４０とを接続するボンディングワイヤである第２のワイヤ５２は、バンプ５３に直接接合され、第１のパッド２１とはバンプ５３を介してボンディングされたものとなっている。

本実施形態では、この第１のパッド２１に接続される第２のワイヤ５２については、リード端子４０を一次側としてボールボンディングされ、第１のパッド２１のバンプ５３を二次側としてウェッジボンディングされたものとしている。

このようなボンディング順序を採用したことについては、通常、電極パッド上にバンプを形成しておき、このバンプに対してワイヤボンディングを行う場合には、二次ボンディングであるウェッジボンディングを行うのが接続性の点から好ましいことによる。

そして、本実施形態においては、図７に示される第１の金属間化合物層７３の厚さｄ３は、第２のパッド側の金属間化合物層７２の厚さｄ２よりも厚いものとされている。ここで、本実施形態における第１の金属間化合物層７３、第２のパッド側の金属間化合物層７２について、具体的な材質や厚さは、それぞれ上記第１実施形態における第１のパッド側の金属間化合物層７１、第２のパッド側の金属間化合物層７２と同様のものにできる。

本実施形態の半導体装置の製造方法は、次のとおりである。まず、アイランド３０上に半導体素子１０を搭載し、第１のパッド２１とリード端子４０との間、および、第２のパッド２２とリード端子４０との間でワイヤボンディングを行い、これらの間を第２のワイヤ５２により結線する。

ここで、第２のパッド２２のワイヤボンディングについては上記第１実施形態と同様であるが、第１のパッド２１のワイヤボンディングについては、第１のパッド２１上にボールボンディングによりバンプ５３を形成した後、第２のワイヤ５２を接続することにより行われる。この場合も、上記第１実施形態と同様、第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とについて、ワイヤボンディングを行う順序は、どちらを先に行ってもよい。

そして、このワイヤボンディング工程の後、モールド樹脂６０による封止を行い、その後、必要に応じてリードカットやリード成形等を行う。こうして、本実施形態の半導体装置ができあがる。

ところで、本実施形態によれば、半導体素子１０のコーナー１３に近くクラックが生じやすい第１のパッド２１は、第２のワイヤ５２よりも軟らかいバンプ５３を介して、第２のワイヤ５２と接続される。そのため、第２のワイヤ５２から第１のパッド２１へ印加されるストレスが緩和される。

また、第１のパッド２１とバンプ５３とによる第１の金属間化合物層７３を厚く形成できるので、ワイヤ接合部における第１のパッド２１の機械的強度を大きくしやすい。これらのことから、温度サイクルによる第１のパッド２１におけるクラック発生を抑制しやすいものにできる。

そのため、第２のワイヤ５２としては、Ａｕ等の軟らかくて高価な金属を用いなくてもよく、ワイヤ材料のコスト低減が行いやすくなる。よって、本実施形態によれば、電極パッド２１、２２における温度サイクル耐性の向上とボンディングワイヤにおける材料コストの低減との両立に適した構成を実現することができる。

（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態では、各電極パッド２１、２２について、電極パッド２１、２２側を一次側としてボンディングワイヤ５１、５２の一端側をボールボンディングし、リード端子４０側を二次側としてボンディングワイヤ５１、５２の他端側をウェッジボンディングするものとした。

これに対して、ボンディングワイヤ５１、５２の接続順は、上記第１実施形態に示した順序に限定されるものではない。たとえば、第１のワイヤ５１および第２のワイヤ５２について、リード端子４０側を一次側としてボールボンディングを行い、電極パッド２１、２２側を二次側としてウェッジボンディングを行ってもよい。

さらには、第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とで、電極パッド２１、２２とリード端子４０とのボンディング順序を異ならせてもよい。なお、ボールボンディングの場合でも、ウェッジボンディングの場合でも、金属間化合物層の成長速度、すなわち形成される金属間化合物層の厚さは実質的に同程度である。

また、上記第１実施形態では、第１のワイヤ５１は、比較的ヤング率が小さいものとしてＡｕもしくはＡｕ合金よりなるものとし、第２のワイヤ５２は、比較的ヤング率が大きいものとしてＣｕもしくはＣｕ合金よりなるものとした。しかし、第１のワイヤ５１が第２のワイヤ５２よりもヤング率が小さいものであれば、このような材質の組み合わせに限定するものではない。

他の組み合わせとしては、たとえば第１のワイヤ５１はＡｕもしくはＡｕ合金とし、第２のワイヤ５２はＡｇ（銀）もしくはＡｇを主成分とするＡｇ合金としてもよい。なお、Ａｇのヤング率は約１００ＧＰａである。また、このＡｇ合金としては、通常Ａｇを９０％以上程度含有する合金が用いられ、たとえばＡｇ−Ｐｄ等が挙げられる。

さらには、第１のワイヤ５１はＡｇもしくはＡｇ合金とし、第２のワイヤ５２はＣｕもしくはＣｕ合金とする組み合わせでもよい。そして、これら材質に関する他の組み合わせの場合も、上記した第１のパッド側の金属間化合物層７１の厚さｄ１は、第２のパッド側の金属間化合物層７２の厚さｄ２よりも厚いものとされることはもちろんである。

また、上記第３実施形態では、第１のパッド２１と接続される第２のワイヤ５２は、リード端子４０を一次側としてボールボンディングされ、第１のパッド２１上のバンプ５３を二次側としてウェッジボンディングされたものとした。一方、第２のパッド２２と接続される第２のワイヤ５２は、第２のパッド２２とボールボンディングされ、リード端子４０とウェッジボンディングされたものとした。

しかし、上記第３実施形態における第１のパッド２１および第２のパッド２２について、第２のワイヤ５２のボンディング順序はこれに限定するものではない。たとえば、第１のパッド２１と接続される第２のワイヤ５２は、第１のパッド２１のバンプ５３を一次側としてボールボンディングされ、リード端子４０を二次側としてウェッジボンディングされたものとなっていてもよい。

さらに、上記第３実施形態において、第１のパッド２１に接続される第２のワイヤ５２のボンディング順序に限らず、第２のパッドに接続される第２のワイヤ５２は、リード端子４０を一次側としてボールボンディングされ、第２のパッド２２を二次側としてウェッジボンディングされたものとしてもよい。

また、上記第３実施形態では、バンプ５３は、比較的ヤング率が小さいものとしてＡｕもしくはＡｕ合金よりなるものとし、第２のワイヤ５２は、比較的ヤング率が大きいものとしてＣｕもしくはＣｕ合金よりなるものとした。しかし、バンプ５３が第２のワイヤ５２よりもヤング率が小さいものであれば、このような材質の組み合わせに限定するものではない。

他の組み合わせとしては、たとえば、バンプ５３はＡｕもしくはＡｕ合金とし、第２のワイヤ５２はＡｇもしくはＡｇ合金としてもよい。あるいは、バンプ５３はＡｇもしくはＡｇ合金とし、第２のワイヤ５２はＣｕもしくはＣｕ合金とする組み合わせでもよい。そして、これら他の組み合わせの場合も、上記した第３実施形態における第１の金属間化合物層７３の厚さｄ３と、第２のパッド側の金属間化合物層７２の厚さｄ２との大小関係は確保される。

また、上記第１実施形態では、上記図１に示したように、半導体素子１０の一面１１のうち１個の第１の領域１１Ａに位置する第１のパッド２１は２個であった。しかし、第１の領域１１Ａと第２の領域１１Ｂとの区分はこれに限定するものではなく、第２の領域１１Ｂの存在が確保される範囲で、第１の領域１１Ａを広げることにより、１個の第１の領域１１Ａに位置する第１のパッド２１が３個以上となるようにしてもよい。

たとえば、図８に示される他の例では、第１の領域１１Ａを上記図１よりも広げることにより、１個の第１の領域１１Ａについて、第１のパッド２１が４個となるようにしている。

また、上記第１実施形態では、複数個の電極パッド２１、２２は、半導体素子１０の一面１１の外縁寄りの部位において当該外縁の形状に沿った矩形枠状の配置パターンとされていた。しかし、複数個の電極パッド２１、２２は、コーナー１３側に位置する第１のパッド２１と、それよりもコーナー１３から遠くに位置する第２のパッド２２とに区別されるものであれば、配置パターンは特に限定されるものではない。

たとえば、図８に示されるように、複数個の電極パッド２１、２２は、半導体素子１０の一面１１においてコーナー１３近傍から第２の領域１１Ｂに渡って配置されたパターンを有していてもよい。この場合、中央寄りの第２の領域１１Ｂに位置するものも、第２のパッド２２とされる。

また、上記各実施形態では、第１のパッド２１および第２のパッド２２は、ＡｌもしくはＡｌ合金よりなるものとした。しかし、これら電極パッド２１、２２の材質としては、上記第１および第３実施形態に示した金属間化合物層の厚さに関する大小関係が成立するならば、その他の金属であってもよい。

また、ボンディングワイヤ５１、５２を介して電極パッド２１、２２と接続される接続部材としては、上記したリード端子４０に限定されるものではなく、たとえば、他の半導体素子や配線基板、あるいはバスバー等であってもよい。つまり、接続部材はワイヤボンディング可能な部材であればよい。

また、半導体装置は、上記図２に示したようなハーフモールドタイプのパッケージでなくてもよい。たとえば、上記図２において、アイランド３０の他面３２もモールド樹脂６０で封止された構成、いわゆるフルモールドタイプのパッケージであってもよい。さらには、半導体素子１０やボンディングワイヤ５１、５２の封止を行わずに、モールド樹脂６０を省略した構成であってもよい。

また、上記図１、図２において、半導体素子１０が搭載されて支持される部材としては、上記したアイランド３０以外にも、たとえば配線基板等であってもよい。さらには、可能ならば、半導体装置において、半導体素子１０を支持する部材は省略された構成であってもよい。また、半導体装置としては、半導体素子１０を複数個有するものであってもよい。

また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。

１０ 半導体素子
１３ 半導体素子のコーナー
２１ 電極パッドとしての第１のパッド
２２ 電極パッドとしての第２のパッド
４０ 接続部材としてのリード端子
５１ ボンディングワイヤとしての第１のワイヤ
５２ ボンディングワイヤとしての第２のワイヤ
５３ バンプ
７１ 第１のパッド側の金属間化合物層
７２ 第２のパッド側の金属間化合物層（第２の金属間化合物層）
７３ 第１の金属間化合物層

Claims (4)

1. 一面（１１）と他面（１２）とが表裏の板面の関係にある矩形板状をなす半導体素子（１０）と、
   前記半導体素子の一面に設けられた同一の金属よりなる複数個の電極パッド（２１、２２）と、
   前記半導体素子の外側に設けられた接続部材（４０）と、を備え、
   前記複数個の電極パッドのそれぞれが、金属よりなるボンディングワイヤ（５１、５２）を介して前記接続部材と接続されており、
   前記複数個の電極パッドのそれぞれにおいて、当該電極パッドと前記ボンディングワイヤとの間には、当該電極パッドの金属と前記ボンディングワイヤの金属との両者を含む金属間化合物よりなる金属間化合物層（７１、７２）が形成されている半導体装置であって、
   前記複数個の電極パッドは、前記半導体素子の一面においてコーナー（１３）側に位置する第１のパッド（２１）と、前記第１のパッドよりも前記コーナーから遠くに位置する第２のパッド（２２）とに区別されており、
   前記ボンディングワイヤのうち前記第１のパッドに接続されている第１のワイヤ（５１）は、前記ボンディングワイヤのうち前記第２のパッドに接続されている第２のワイヤ（５２）よりもヤング率が小さいものとされ、
   前記第１のワイヤと前記第１のパッドにより形成される前記金属間化合物層（７１）の厚さ（ｄ１）は、前記第２のワイヤと前記第２のパッドにより形成される前記金属間化合物層（７２）の厚さ（ｄ２）よりも厚いものとされていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１のパッドおよび前記第２のパッドは、ＡｌもしくはＡｌを主成分とするＡｌ合金よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１のワイヤはＡｕもしくはＡｕを主成分とするＡｕ合金よりなり、前記第２のワイヤはＣｕもしくはＣｕを主成分とするＣｕ合金よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 一面（１１）と他面（１２）とが表裏の板面の関係にある矩形板状をなす半導体素子（１０）と、
   前記半導体素子の一面に設けられた同一の金属よりなる複数個の電極パッド（２１、２２）と、
   前記半導体素子の外側に設けられた接続部材（４０）と、を備え、
   前記複数個の電極パッドのそれぞれが、同一の金属よりなるボンディングワイヤ（５２）を介して前記接続部材と接続されている半導体装置であって、
   前記複数個の電極パッドは、前記半導体素子の一面においてコーナー（１３）側に位置する第１のパッド（２１）と、前記第１のパッドよりも前記コーナーから遠くに位置する第２のパッド（２２）とに区別されており、
   前記第１のパッド上には、前記ボンディングワイヤよりもヤング率が小さい金属よりなるバンプ（５３）が接合されており、
   前記第１のパッドと前記バンプとの間には、当該第１のパッドの金属と当該バンプの金属との両者を含む金属間化合物よりなる第１の金属間化合物層（７３）が形成されており、
   前記第１のパッドと前記接続部材とを接続する前記ボンディングワイヤは、前記第１のパッドとは前記バンプを介してボンディングされたものとなっており、
   前記第２のパッドと前記第２のパッドに接続されている前記ボンディングワイヤとの間には、当該第２のパッドの金属と当該ボンディングワイヤの金属との両者を含む金属間化合物よりなる第２の金属間化合物層（７２）が形成されており、
   前記第１の金属間化合物層の厚さ（ｄ３）は、前記第２の金属間化合物層の厚さ（ｄ２）よりも厚いものとされていることを特徴とする半導体装置。

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