JPH01316949A - 腐食耐性ボンディング・パッド - Google Patents

腐食耐性ボンディング・パッド

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JPH01316949A
JPH01316949A JP1107126A JP10712689A JPH01316949A JP H01316949 A JPH01316949 A JP H01316949A JP 1107126 A JP1107126 A JP 1107126A JP 10712689 A JP10712689 A JP 10712689A JP H01316949 A JPH01316949 A JP H01316949A
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JP
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layer
barrier layer
bonding
area
interconnect
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JP1107126A
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Owen W Hatcher Jr
オーウェン・ダブリュ・ハッチャー・ジュニア
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明は、リードワイヤを集積回路に装着するために
使われるボンディング・パッドに関する。
関連技術の説明 第１図の部分断面図で示されているように、従来の集積
回路では、相互接続１２は集積回路の個々の素子（図示
されていない）の間に電気的接続を提供し、ボンディン
グ争パッド１３と呼ばれる拡張された領域が提供されて
いる集積回路の端縁に延在する。金属の“リード”ワイ
ヤ１４は電力、信号、およびその他の電気的相互接続を
集積回路に与えるためにボンディング・パッド１３に装
着される。相互接続１２は普通９０％ないし１００％の
純アル〔互つムで形成されており、リードワイヤ１４は
普通金で形成されているが、アルミニウムで形成される
こともある。リードワイヤ１４は熱圧縮ボンディングに
よってボンディング・パッド１３に装着されてボンド領
域１５を作る。
相互接続１２およびボンディング・パッド１３はＳｉＯ
□、ドープしたＳｉＯ□、Ｓｔ、Ｎ４、によって形成さ
れている不活性化層１６、またはこれらの層の組合わせ
によって覆われている。約１６ないし２０ｍ１見２のア
パーチャ１８は一般に２０ないし２５ｍ１ｉ２であるボ
ンディング・パッド１３の中心部に対応する不活性化層
１６の部分を貫通して設けられる。しかしボンド領域１
５はアパーチャ１８によって露出されたボンディング・
パッド１３のたった３０ないし７０％の部分しか覆わな
い。このように、各ボンディング争パッド１３の一部分
はり−ド１４がそこに装着された後でも露出されたまま
となる。
不活性化層１６は相互接続１２の腐食を防ぐが、ボンド
領域１５がボンディング・パッド１３を覆わないアパー
チャ１８の部分では、アルミニウムボンディング・パッ
ド１３は酸化または他の腐食を受ける。この酸化または
腐食はアルミニウムボンディング・パッド１３を、たと
えば酸化アルミニウムまたは水酸化アルミニウムのよう
な非導通の材料に変化させる。ボンディング・パッド１
３の酸化が領域１３ｂで起こるなら、ボンディング・パ
ッド１３と相互接続１２の間で増大した抵抗を起こし、
最悪の場合はボンディング・パッド１３と相互接続１２
の残りの部分との間が開路となる。
不活性化層１６がドープしたＳｉＯ□である場合、集積
回路パッケージに入り込む湿気は不活性化層１６の中で
ドーパントとして存在する燐と結合されて、露出したア
ルミニウムと反応する亜燐酸を形成してアルミニウムを
酸化アルミニウムまたは水酸化アルミニウムに変化させ
る。この現象はボンディング・パッド１３の露出した部
分、特に１３ｂの部分と不活性化層１６の間の直接接触
によって促進される。
他の腐食源が集積回路のパッケージ材料に相関している
かもしれない。一般にパッケージは腐食を起こす成分を
有するかもしれないプラスチック材料である。さらに、
腐食材料のその他の源が集積回路自身に存在するもかも
しれない、または製作またはパッケージ工程の結果とし
て起こるかもしれない。
発明の要約 したがって、二の発明の目的は腐食耐性ボンディング・
パッドを提供することである。
この発明のさら、なる目的は、相互接続の腐食を防ぐた
めに、接続が行なわれる相互接続の拡張された部分の上
に耐食性の障壁層を設けることである。
この発明の他の目的は、ボンディング・パッド構造、特
に露出したボンディング層の腐食を防ぐまたは遅らすこ
とである。
この発明の他の目的は、亜燐酸による腐食を減じるまた
はなくすために、すべての露出したアルミニウム層と燐
がドープされた不活性化層との間に物理的分離を設ける
ことである。
この発明に従って、半導体素子用の腐食耐性ボンディン
グ・パッドは半導体素子のサブストレートの上に形成さ
れた相互接続および相互接続の上に設けられた不活性化
層を含み、この不活性化層が相互接続の拡張されたボン
ディング領域を露出するためのアパーチャを有し、さら
に相互接続の露出した拡張されたボンディング領域およ
びボンディング領域を囲む不活性化層の部分の上に設け
られた障壁層、および障壁層の上に設けられたボンディ
ング層を含む。障壁層は非腐食性、電導性の材料、たと
えばチタンとタングステンの化合物（ＴｉＷ−−チタン
タングステンとして知られている）である。不活性化層
とボンディング層との間の物理的分離を増大するため、
そしてそれによって不活性化層のリンドーパントから形
成された亜燐酸によるボンディング層のいかなる腐食も
減じるまたはなくすため、ボンディング層の領域は障壁
層の領域よりも小さく作られる。
この発明に従ったボンディング・パッドは、相互接続の
ボンディング領域を酸化、その他の態様で腐食させない
という利点を持つ。リードワイヤと相互接続との間の電
気的接続は、リードワイヤをボンディング層にボンドす
るために使われる材料によって保護されていないボンデ
ィング層の部分の腐食によって影響されず、したがって
ボンディング・パッドは腐食耐性である。
好ましい実施例の説明 この発明に従った腐食耐性ボンディング・パッドは第２
Ａ図および第２Ｂ図を参照して説明される。この発明の
好ましい実施例に関して説明された材料、厚さ、および
構造は例示的であって、この発明の範囲を制限すること
が意図されていないことは理解されるべきである。ここ
で使われているように、“ボンディング・パッド０とい
う言葉は相互接続とリードワイヤとの電気的相互接続に
役立つ単一のまたは多重層の構造を指す。
第２Ａ図および第２Ｂ図で示されているように、サブス
トレート１０の上に相互接続１２が設けられている。従
来の半導体素子のように、相互接続１２はアルミニウム
、またはアルミニウムそして銅および／またはシリコン
のような材料の化合物、たとえばアルミニウム銅、アル
ミニウムシリコン、アルミニウム銅シリコンで形成され
ることができる。代わりに、相互接続１２は、電気半導
体であり、かつ半導体産業において既知である技術に従
った半導体素子の製作で有用である他の材料または化合
物で形成されることもできる。さらに、相互接続１２は
直接サブストレート１０の上に、またはサブストレート
１０の上に設けられた他の層の上に、形成することがで
きる。たとえば、相互接続１２は、たとえば二重メタラ
イゼーション構造において、他の下にある相互接続（図
示されていない）から分離する絶縁層の上に設けられる
ことができる。
従来の技術によって形成された不活性化層１６は、相互
接続１２の上に設けられ、相互接続１２の拡張されたボ
ンディング領域２６を露出するためにアパーチャ（また
は開口）１８を有する。相互接続１２のボンディング領
域２６の酸化または他の腐食を防ぐために、耐食性の導
通の障壁層２８が不活性化層１６のアパーチャ１８のボ
ンディング領域２６の上に設けられる。障壁層２８を形
成するために使用することができる材料の例としては、
タングステンとチタン、およびこれらの材料の化合物、
またはパッケージされた集積回路にある亜燐酸やその他
の薬剤に露出されたときに相当の酸化または腐食を受け
ない他の材料がある。
この発明の好ましい実施例では、障壁層はチタンとタン
グステンの化合物（チタンゲステンまたはＴｉＷ）で形
成されており、厚さは約１０００ないし２００ＯＡであ
る。
相互接続１２のボンディング領域２６が酸化またはその
他の腐食環境に露出されるのを防ぐために、障壁層２８
はアパーチャ１８の全部、そしてアパーチャ１８を囲む
不活性化層１４の部分１４ａの両方に設けられる。障壁
層２８はチタンとタングステンターゲットの同時スパッ
タリングによって、または電子ビーム（Ｅビーム）溶着
によって形成することができる。障壁層を設ける１つの
重要な局面は、相互接続１２にオーミック接触が提供さ
れることを確実にすることである。こうして、障壁層２
８の溶着の前の相互接続１２の酸化は避けなければなら
ず、そしてもし何らかの酸化が起これば、酸化物は、た
とえば逆スパツタリングによって、取り除かなければな
らない。
たとえばアルミニウムで形成されているボンディング層
３０が障壁層２８の上に設けられ、リードワイヤ１４は
従来のボンド技術たとえば熱圧縮ボンドを使ってボンデ
ィング層３０に装着される。
ボンディング層３０は金で形成されることもできる。ボ
ンディング層３０が金なら、一般のりフトオフ技術によ
って製作されることができる。好ましい実施例において
、ボンディング層３０は９０％ないし１００％の純アル
ミニウムで形成されており、厚さは約１μｍである。し
かし、０．２５から２μｍの厚さを使うことができる。
ボンディング層３０は障壁層２８を設けるのに使った同
じ技術を使って設けることができる。再び、障壁層２８
とボンディング層３０の間にオーミック接触が設けられ
なければならない。
障壁層２８のために選択された材料のもう１つの特性は
、後の製作ステップ中、または集積回路の動作で経験さ
れる温度において、ボンディング層３０の材料によって
浸透されてはならないということである。
この発明に従って相互接続１２のボンディング領域２６
の腐食は防止され、たとえボンディング・パッド３０が
腐食したとしても、ボンド１８の下にあるボンディング
・パッド３０の部分は腐食から保護され、それによって
リードワイヤ１４と相互接続１２との間の増大した抵抗
および／または開路を防ぐ、または実質的に遅らせる。
この発明の代替の実施例が第３図に関して説明される。
代替の実施例ではボンディング層３０’は障壁層２８よ
りも小さい領域を有する。たとえば、障壁層２８とボン
ディング層３０′が正方形であり、それぞれ寸法Ｘとｙ
を有するなら、障壁層２８の領域Ｘ２はボンディング層
３０′の領域ｙ２よりも大きい。ボンディング層３０′
の領域を障壁層２８の領域に関して減じる目的は、アル
ミニウムボンディング層３０′と不活性化層１６の物理
的分離を増大することであり、それによって不活性化層
の燐ドーパントイオンから形成された亜燐酸がボンディ
ング層３０′のアルミニウムと反応する可能性を減じる
またはなくす。
ボンディング層３０−の減じられたサイズは２つの方法
によって達成することができる。集積回路の他のエレメ
ントと同じように、障壁層２８とボンディング層３０′
は標準のフォトリソグラフィック技術によってパターン
化される連続した層として生成される。障壁層２８とボ
ンディング層３０′の両方のパターンをエッチするため
に１枚のマスクが使われるなら、集積回路は最初にアル
ミニウムボンディング層３０′をエッチするエッチャン
トにさらされ、次に障壁層２８の材料をエッチするエッ
チャントにさらされ、その後にボンディング層３０′の
側面のエツチングを起こすためにアルミニウム用のエッ
チャントを使った第２のエツチングにさらされる。この
方法では、アルミニウム用のエッチャントは障壁層２８
の材料をエッチしない選択的エッチャントでなければな
らない。エッチャントの選択性は適当なエッチャントを
選択することによって、または同じエッチャントによっ
て影響されない障壁層２８とボンディング層３０′のた
めの材料を選択することによって、得ることができる。
障壁層２８とボンディング層３０′のパターンをエッチ
するために別々のマスクを使うなら、エツチング処理中
に障壁層２８とボンディング層３０′を保護するために
使われるマクスのエリアが選択されて、障壁層２８の領
域において望ましい違いを提供する。
この発明の腐食耐性ボンディング・パッドの多くの特徴
と利点は当業者にとって明らかであろう。
したがって、前掲の特許請求の範囲はこの発明の範囲内
におけるすべての変更および均等物を網羅することが意
図されている。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のボンディング・パッドの断面図である。 第２Ａ図はこの発明に従った腐食耐性ボンディング・パ
ッドの平面図である。 第２Ｂ図は第２Ａ図の線Ｂ−Ｂ’　に沿って取られた断
面図である。 第３図はこの発明に従った腐食耐性ボンディング・パッ
ドの代替実施例の断面図である。 図において、１０はサブストレート、１２は相互接続、
１３はボンディング・パッド、１４はリードワイヤ、１
５はボンド領域、１６は不活性化層、１８はアパーチャ
、２６は拡張されたボンディング領域、２８は障壁層、
３０はボンディング層である。 （工久手木白） ＦＩＧ、−２Ａ ＦＩＧ、−２Ｂ

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）腐食耐性ボンディング・パッドであって、 導電性の相互接続と、 前記導電性の相互接続の上に設けられた不活性化層とを
    含み、前記不活性化層が前記導電性の相互接続の一部分
    を露出するアパーチャを有し、さらに 前記アパーチャの前記導電性の相互接続の上に設けられ
    た導電性の障壁層と、 前記障壁層の上に設けられたボンディング層とを含む、
    腐食耐性ボンディング・パッド。
  2. （２）前記障壁層がチタンとタングステンとチタンおよ
    びタングステンの化合物とから成るグループから選択さ
    れた材料を含む、請求項１に記載の腐食耐性ボンディン
    グ・パッド。
  3. （３）前記障壁層がチタンおよびタングステンの化合物
    （ＴｉＷ）を含む、請求項１に記載の腐食耐性ボンディ
    ング・パッド。
  4. （４）前記ボンディング層がアルミニウムを含む、請求
    項３に記載の腐食耐性ボンディング・パッド。
  5. （５）前記障壁層が１０００ないし２０００Åの厚さを
    有し、 前記ボンディング層が約１μｍの厚さを有する、請求項
    ４に記載の腐食耐性ボンディング・パッド。
  6. （６）前記障壁層が前記アパーチャを囲む前記不活性化
    層の部分の上に設けられる、請求項１に記載の腐食耐性
    ボンディング・パッド。
  7. （７）前記障壁層がある領域を有し、前記ボンディング
    層がある領域を有し、前記ボンディング層の領域が前記
    障壁層の領域よりも小さい、請求項１に記載の腐食耐性
    ボンディング・パッド。
  8. （８）前記障壁層がある領域を有し、前記ボンディング
    層がある領域を有し、前記ボンディング層の領域が前記
    障壁層の領域よりも小さい、請求項４に記載の腐食耐性
    ボンディング・パッド。
  9. （９）前記障壁層が前記不活性化層の前記アパーチャを
    囲む前記不活性化層の部分の上に設けられる、請求項７
    に記載の腐食耐性ボンディング・パッド。
  10. （１０）サブストレートの上に形成される相互接続のた
    めの腐食耐性ボンディング・パッドを製作する方法であ
    って、 （ａ）相互接続の上に不活性化層を設けるステップと、 （ｂ）不活性化層の開口を通して相互接続の部分を露出
    するステップと、 （ｃ）不活性化層の開口に対応する相互接続の部分の上
    に障壁層を設けるステップと、 （ｄ）障壁層の上にボンディング層を設けるステップと
    を含む、方法。
  11. （１１）前記ステップ（ｃ）が不活性化層の開口を囲む
    不活性化層の部分の上に障壁層を設けることをさらに含
    む、請求項１０に記載の方法。
  12. （１２）前記ステップ（ｃ）がチタンとタングステンの
    障壁層を設けることを含む、請求項１１に記載の方法。
  13. （１３）前記ステップ（ｄ）がアルミニウムボンディン
    グ層を設けることを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. （１４）前記ステップ（ｄ）が厚さ１μｍを有する９０
    ％ないし１００％純アルミニウムのボンディング層を設
    けることを含む、請求項１３に記載の方法。
  15. （１５）前記ステップ（ｄ）が障壁層の領域よりも小さ
    い領域を有するボンディング層を設けることをさらに含
    む、請求項１３に記載の方法。
  16. （１６）半導体素子のための腐食耐性ボンディング・パ
    ッドであって、 電気信号を運ぶための相互接続と、 前記相互接続の第１の部分の上に設けられる不活性化層
    と、 前記相互接続の第１と第２の部分が隣接している領域に
    おいて、前記相互接続の第２の部分の上ならびに前記不
    活性化層の部分の上に設けられる障壁層と、 前記腐食耐性層の上に設けられるボンディング・パッド
    とを含む、腐食耐性ボンディング・パッド。
  17. （１７）前記相互接続がアルミニウムを含み、前記障壁
    層がチタンとタングステンを含み、および 前記ボンディング・パッドがアルミニウムを含む、請求
    項１６に記載の腐食耐性ボンディング・パッド。
  18. （１８）前記ボンディング・パッドが９０％ないし１０
    ０％の純アルミニウムを含む、請求項１７に記載の腐食
    耐性ボンディング・パッド。
  19. （１９）前記ボンディング・パッドが約１μｍの厚さを
    有する、請求項１８に記載の腐食耐性ボンディング・パ
    ッド。
  20. （２０）前記障壁層がある領域を有し、前記ボンディン
    グ層がある領域を有し、前記ボンディング層の領域が前
    記障壁層の領域よりも小さい、請求項１０に記載の腐食
    耐性ボンディング・パッド。
  21. （２１）前記障壁層がある領域を有し、前記ボンディン
    グ層がある領域を有し、前記ボンディング層の領域が前
    記障壁層の領域よりも小さい、請求項１７に記載の腐食
    耐性ボンディング・パッド。
  22. （２２）サブストレートの上に形成される半導体素子で
    あって、 前記サブストレートに設けられた少なくとも１つの活性
    領域と、 前記活性領域に電気的相互接続を提供するための相互接
    続とを含み、前記相互接続が拡張されたボンド領域を有
    し、さらに 前記相互接続に設けられた不活性化層を含み、前記不活
    性化層が前記相互接続の前記ボンド領域を露出するアパ
    ーチャを有し、さらに 前記アパーチャの前記相互接続の前記ボンド領域の上、
    および前記アパーチャを囲む前記不活性化層の部分の上
    に設けられるタングステンチタン障壁層と、 前記障壁層の上に設けられるボンディング層とを含む、
    半導体素子。
  23. （２３）前記相互接続がアルミニウムを含み、前記障壁
    層がチタンタングステンを含み、および 前記ボンディング層がアルミニウムを含む、請求項２２
    に記載の半導体素子。
  24. （２４）前記障壁層がある領域を有し、前記ボンディン
    グ層がある領域を有し、前記ボンディング層の領域が前
    記障壁層の領域よりも小さい、請求項２３に記載の半導
    体素子。
JP1107126A 1988-04-29 1989-04-25 腐食耐性ボンディング・パッド Pending JPH01316949A (ja)

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