JPH0225045A - 半導体装置 - Google Patents
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は半導体装置、特にワイヤーボンディングによ
って外部リードと接続されるボンディングパッドの構造
に関するものである。
って外部リードと接続されるボンディングパッドの構造
に関するものである。
（従来の技術）
従来、半導体装置では、外部リードとの電気的な接続の
ために、１８〜５０−φ程度のＡｕ線、 ＡＩ線または
Ｃｕｌなどによるワイヤーボンディングが行われる。ワ
イヤーボンディングは、Ａｕ線などのワイヤーボンド材
の一端球部を半導体装置のボンディングパッドにボンデ
ィングする一方、ワイヤーボンド材の他端を外部リード
の内側端にボンディングするものであり、ボンディング
方法としては熱圧着方式（ＴＣ） 、熱圧着と超音波を
併用した方法（ＴＳ）、セラミックのＡＩ線の配線など
で利用されている超音波のみの方法（ＵＳ）などがある
、この熱圧着方式などでワイヤーボンド材の一端球部が
接続される半導体装置のボンディングバンドの大きさは
現在１００μ０前後が一般的であるが、集積度が増すこ
とにより、より小さなボンディングパッドが要求される
。
ために、１８〜５０−φ程度のＡｕ線、 ＡＩ線または
Ｃｕｌなどによるワイヤーボンディングが行われる。ワ
イヤーボンディングは、Ａｕ線などのワイヤーボンド材
の一端球部を半導体装置のボンディングパッドにボンデ
ィングする一方、ワイヤーボンド材の他端を外部リード
の内側端にボンディングするものであり、ボンディング
方法としては熱圧着方式（ＴＣ） 、熱圧着と超音波を
併用した方法（ＴＳ）、セラミックのＡＩ線の配線など
で利用されている超音波のみの方法（ＵＳ）などがある
、この熱圧着方式などでワイヤーボンド材の一端球部が
接続される半導体装置のボンディングバンドの大きさは
現在１００μ０前後が一般的であるが、集積度が増すこ
とにより、より小さなボンディングパッドが要求される
。
第２図は従来の半導体装置のボンディングパッド部の構
造を示す図である。この図において、１はシリコン基板
、２はその表面部のフィールド酸化膜、３はその上のＰ
ＳＧまたはＢＰＳＧからなる中間絶縁膜、４はその上の
ボンディングパッドである。このボンディングバンド４
はＡＩからなるが、下層からのＳ＋の拡散を防止する目
的で固溶限鼻板上（１ｗｔ％〜２１１ｔ％程度）にＳｉ
を含んだＡＩ膜であり、平坦面が一般的である。このた
め、ボンディングパッド４のＡＩ膜下層部分には無数の
Ｓｔノジュール（Ｓｉのかたまり）５が生じているのが
普通であり、このようなボンディングバンド４の表面に
図のようにワイヤーボンド材６の一端球部６ａをボンデ
ィングすると、以下のような問題点があった。
造を示す図である。この図において、１はシリコン基板
、２はその表面部のフィールド酸化膜、３はその上のＰ
ＳＧまたはＢＰＳＧからなる中間絶縁膜、４はその上の
ボンディングパッドである。このボンディングバンド４
はＡＩからなるが、下層からのＳ＋の拡散を防止する目
的で固溶限鼻板上（１ｗｔ％〜２１１ｔ％程度）にＳｉ
を含んだＡＩ膜であり、平坦面が一般的である。このた
め、ボンディングパッド４のＡＩ膜下層部分には無数の
Ｓｔノジュール（Ｓｉのかたまり）５が生じているのが
普通であり、このようなボンディングバンド４の表面に
図のようにワイヤーボンド材６の一端球部６ａをボンデ
ィングすると、以下のような問題点があった。
（発明が解決しようとする課題）
■ Ｓｉノジュール５は通常アルミに比較して弾性係数
も大きく硬いため、ボンディング時の垂直荷重または水
平せん断荷重がボンディングバンド４表面に作用すると
、それらはＳｉノジュール５に集中し、その部分で下地
の中間絶縁膜３およびフィールド酸化膜２を破壊してし
まい（第２図において、７は破壊部を示す）、半導体装
置の信頷性を大幅に低下させてしまう、この問題点は、
中間絶縁膜３としてポリシリコンや５ｉＪａ膜を用いる
と改善はされるが、完全に無くすことはできない、また
、ポリシリコンや５ｉＪ４膜を用いるとコスト面でも高
いものとなる。また、中間絶縁膜（ＰＳＧまたはＢＰＳ
Ｇ膜）３とフィールド酸化膜２を極端に厚くすることに
より破壊を防止できるが、近年の高密度化に伴う薄膜化
とは逆であり、実用的ではない。
も大きく硬いため、ボンディング時の垂直荷重または水
平せん断荷重がボンディングバンド４表面に作用すると
、それらはＳｉノジュール５に集中し、その部分で下地
の中間絶縁膜３およびフィールド酸化膜２を破壊してし
まい（第２図において、７は破壊部を示す）、半導体装
置の信頷性を大幅に低下させてしまう、この問題点は、
中間絶縁膜３としてポリシリコンや５ｉＪａ膜を用いる
と改善はされるが、完全に無くすことはできない、また
、ポリシリコンや５ｉＪ４膜を用いるとコスト面でも高
いものとなる。また、中間絶縁膜（ＰＳＧまたはＢＰＳ
Ｇ膜）３とフィールド酸化膜２を極端に厚くすることに
より破壊を防止できるが、近年の高密度化に伴う薄膜化
とは逆であり、実用的ではない。
■ ワイヤーボンド材６の＾１＆ＩＩ、Ｃｕ線はＡｕ線
に比較して１．２〜１．５倍程度硬いため、これらＡＩ
線。
に比較して１．２〜１．５倍程度硬いため、これらＡＩ
線。
Ｃｕ線をワイヤーボンド材６として用いた場合は、ボン
ディングを行った時に、一端球部６ａ下のＡＩ （ボン
ディングパッド４のＡＺ）は球部６ａ外側に押し出され
ることになり、その結果、球部６ａと中間絶縁膜３間に
残るボンディングパッド４の＾ｌは元の厚みの１０〜３
０％程度まで薄くなり、特にＣｕ線でのボンディングに
おいては短時間でＣｕリッチの金属間化合物となり、中
間絶縁膜３との間で容易に剥離する場合がある。
ディングを行った時に、一端球部６ａ下のＡＩ （ボン
ディングパッド４のＡＺ）は球部６ａ外側に押し出され
ることになり、その結果、球部６ａと中間絶縁膜３間に
残るボンディングパッド４の＾ｌは元の厚みの１０〜３
０％程度まで薄くなり、特にＣｕ線でのボンディングに
おいては短時間でＣｕリッチの金属間化合物となり、中
間絶縁膜３との間で容易に剥離する場合がある。
この発明は、以上述べたボンディングパッド下の絶縁膜
の破壊と、ボンディングパッドの剥離の問題点を除去し
、信転性の高い半導体装置を提供することを目的とする
。
の破壊と、ボンディングパッドの剥離の問題点を除去し
、信転性の高い半導体装置を提供することを目的とする
。
（課題を解決するための手段）
この発明は、半導体基板上に絶縁膜が形成され、その表
面にボンディングバンド電極を有する半導体装置におい
て、ボンディングパッド下の絶縁膜表面は、１〜５μＯ
の大きさ、１０００〜３０００人の段差で凹凸部を有す
る凹凸面に形成され、その凹凸面上に、対応する凹凸部
面でボンディングパッドが形成されるようにしたもので
ある。
面にボンディングバンド電極を有する半導体装置におい
て、ボンディングパッド下の絶縁膜表面は、１〜５μＯ
の大きさ、１０００〜３０００人の段差で凹凸部を有す
る凹凸面に形成され、その凹凸面上に、対応する凹凸部
面でボンディングパッドが形成されるようにしたもので
ある。
（作 用）
ボンディングパッドに対するワイヤーボンド材のボンデ
ィングは、熱圧着方式（ＴＣ）、超音波併用方法（ＴＳ
）、超音波のみの方法（ＵＳ）などいずれのボンディン
グ法においても、そのメカニズムは、ワイヤーボンド材
とボンディングバンドの新生金属面をいかなる方法で得
、金属間の結合を行うかである。上記この発明のように
ボンディングパッドが凹凸面を有すると、ワイヤーボン
ド材の一端球部がボンディングの荷重または超音波のエ
ネルギにより塑性変形する際に生れる新生金属面は従来
のエネルギの５０％程度で同等の新生金属面を得ること
ができる。すなわち、この発明によれば、従来の５０％
のエネルギでボンディングが可能となる。
ィングは、熱圧着方式（ＴＣ）、超音波併用方法（ＴＳ
）、超音波のみの方法（ＵＳ）などいずれのボンディン
グ法においても、そのメカニズムは、ワイヤーボンド材
とボンディングバンドの新生金属面をいかなる方法で得
、金属間の結合を行うかである。上記この発明のように
ボンディングパッドが凹凸面を有すると、ワイヤーボン
ド材の一端球部がボンディングの荷重または超音波のエ
ネルギにより塑性変形する際に生れる新生金属面は従来
のエネルギの５０％程度で同等の新生金属面を得ること
ができる。すなわち、この発明によれば、従来の５０％
のエネルギでボンディングが可能となる。
また、超音波ボンディングによるワイヤーボンド材の初
期振幅は〜２μであり、したがって、上記この発明のよ
うにボンディングパッド下絶縁膜の凹凸面に関して１〜
５μ口の大きさの凸部としておけば、超音波振動による
Ｓｔノジュールに対する集中水平せん断心力は、該Ｓｔ
ノジュール（１〜２ｎ程度の大きさで、形状は不定形）
が絶縁膜の凸部上の部分から絶縁膜の凹部内の部分に移
動することにより吸収されてしまう。
期振幅は〜２μであり、したがって、上記この発明のよ
うにボンディングパッド下絶縁膜の凹凸面に関して１〜
５μ口の大きさの凸部としておけば、超音波振動による
Ｓｔノジュールに対する集中水平せん断心力は、該Ｓｔ
ノジュール（１〜２ｎ程度の大きさで、形状は不定形）
が絶縁膜の凸部上の部分から絶縁膜の凹部内の部分に移
動することにより吸収されてしまう。
（実施例）
以下この発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図はこの発明の一実施例の断面図である。この図にお
いて、１１は半導体（シリコン）基板であり、その表面
部にフィールド酸化膜１２が形成され、その上にＰＳＧ
からなる中間絶縁膜１３が堆積され、その上にボンディ
ングバンド１４が形成され、このボンディングパッド１
４に対してワイヤーボンド材１５の一端球部１５ａがボ
ンディングされている。１６は表面保護膜である。
１図はこの発明の一実施例の断面図である。この図にお
いて、１１は半導体（シリコン）基板であり、その表面
部にフィールド酸化膜１２が形成され、その上にＰＳＧ
からなる中間絶縁膜１３が堆積され、その上にボンディ
ングバンド１４が形成され、このボンディングパッド１
４に対してワイヤーボンド材１５の一端球部１５ａがボ
ンディングされている。１６は表面保護膜である。
このような構造において、ボンディングパッド１４下の
フィールド酸化膜１２表面部分は、１〜５−〇の大きさ
、１０００〜３０００人の段差で凹凸部を有する凹凸面
１２ａとなっており、中間絶縁膜１３もボンディングパ
ッド１４下においては表面が同一の凹凸面１３ａとなっ
ている。さらに、その中間絶縁膜工３の凹凸面１３ａ上
に同様の凹凸面１４ａを存してボンディングパッド１４
が形成されており、ワイヤーボンド材１５の一端球部１
５ａはボンディングバンド１４の凹凸面１４ａにボンデ
ィングされる。
フィールド酸化膜１２表面部分は、１〜５−〇の大きさ
、１０００〜３０００人の段差で凹凸部を有する凹凸面
１２ａとなっており、中間絶縁膜１３もボンディングパ
ッド１４下においては表面が同一の凹凸面１３ａとなっ
ている。さらに、その中間絶縁膜工３の凹凸面１３ａ上
に同様の凹凸面１４ａを存してボンディングパッド１４
が形成されており、ワイヤーボンド材１５の一端球部１
５ａはボンディングバンド１４の凹凸面１４ａにボンデ
ィングされる。
このような構造は、フィールド酸化膜１２の表面にフォ
トリソエツチングで凹凸面１２ａを形成した後、その上
に中間絶縁膜１３．ボンディングパッド１４を順次重ね
て形成するだけで得られる。
トリソエツチングで凹凸面１２ａを形成した後、その上
に中間絶縁膜１３．ボンディングパッド１４を順次重ね
て形成するだけで得られる。
すなわち、フィールド酸化膜１２の表面にフォトリソエ
ツチングで凹凸面１２ａを形成した後、その上に中間絶
縁１１！１３．ボンディングバンド１４を順次重ねて形
成すれば、下地の凹凸面により、順次同一の凹凸面１３
ａ、１４ａを有して中間絶縁膜１３およびボンディング
パッド１４は形成されることになる。なお、通常ボンデ
ィングパッド１４は１００−０前後が一般的な大きさで
あるから、１〜５μ０の大きさで凹凸部を形成すれば、
ボンディングパッド１４には２５００〜４００個程度の
凹凸部が存在することになる。
ツチングで凹凸面１２ａを形成した後、その上に中間絶
縁１１！１３．ボンディングバンド１４を順次重ねて形
成すれば、下地の凹凸面により、順次同一の凹凸面１３
ａ、１４ａを有して中間絶縁膜１３およびボンディング
パッド１４は形成されることになる。なお、通常ボンデ
ィングパッド１４は１００−０前後が一般的な大きさで
あるから、１〜５μ０の大きさで凹凸部を形成すれば、
ボンディングパッド１４には２５００〜４００個程度の
凹凸部が存在することになる。
そして、ボンディングパッド１４が凹凸面１４ａを有す
ることにより、上記構造によれば、従来の５０％のエネ
ルギでワイヤーボンド材１５のボンディングが可能とな
る。すなわち、ボンディングパッド１４に対するワイヤ
ーボンド材１５のボンディングは、熱圧着方式（ＴＣ）
、超音波併用方法（ＴＳ）などいずれのボンディング法
においても、そのメカニズムは、ワイヤーボンド材１５
とボンディングパッド１４の新生金属面をいかなる方法
で得、金属間の結合を行うかであるが、ボンディングパ
ッド１４が凹凸面１４ａを有すると、ワイヤーボンド材
１５の一端球部１５ａがボンディングの荷重または超音
波のエネルギにより塑性変形する際に生れる新生金属面
は従来のエネルギの５０％程度で同等の新生金属面を得
ることが可能となる。
ることにより、上記構造によれば、従来の５０％のエネ
ルギでワイヤーボンド材１５のボンディングが可能とな
る。すなわち、ボンディングパッド１４に対するワイヤ
ーボンド材１５のボンディングは、熱圧着方式（ＴＣ）
、超音波併用方法（ＴＳ）などいずれのボンディング法
においても、そのメカニズムは、ワイヤーボンド材１５
とボンディングパッド１４の新生金属面をいかなる方法
で得、金属間の結合を行うかであるが、ボンディングパ
ッド１４が凹凸面１４ａを有すると、ワイヤーボンド材
１５の一端球部１５ａがボンディングの荷重または超音
波のエネルギにより塑性変形する際に生れる新生金属面
は従来のエネルギの５０％程度で同等の新生金属面を得
ることが可能となる。
また、上記構造によれば、ボンディングパッド１４下の
中間絶縁膜１３の表面も凹凸面１３ａで、かつその凹凸
面１３ａの凸部の大きさが１〜５／ＩＩＯであるから、
超音波振動によるＳｉノジュール（第１図に符号１７を
付して示す）に対する集中水平せん断部力を吸収できる
。すなわち、超音波ボンディングによるワイヤーボンド
材１５の初期振幅は〜２μであり、したがって、ボンデ
ィングバッド１４上申間絶縁膜１３の凹凸面１３ａに関
して１〜５−〇の大きさの凸部としておけば、超音波振
動によるＳｉノジュール１７に対する集中水平せん断部
力は、該Ｓｉノジュール１７ （１〜’ｌｐ程度の大き
さで、形状は不定形）が中間絶縁膜１３の凸部上の部分
から中間絶縁膜１３の凹部内の部分に移動することによ
り吸収されることになる。
中間絶縁膜１３の表面も凹凸面１３ａで、かつその凹凸
面１３ａの凸部の大きさが１〜５／ＩＩＯであるから、
超音波振動によるＳｉノジュール（第１図に符号１７を
付して示す）に対する集中水平せん断部力を吸収できる
。すなわち、超音波ボンディングによるワイヤーボンド
材１５の初期振幅は〜２μであり、したがって、ボンデ
ィングバッド１４上申間絶縁膜１３の凹凸面１３ａに関
して１〜５−〇の大きさの凸部としておけば、超音波振
動によるＳｉノジュール１７に対する集中水平せん断部
力は、該Ｓｉノジュール１７ （１〜’ｌｐ程度の大き
さで、形状は不定形）が中間絶縁膜１３の凸部上の部分
から中間絶縁膜１３の凹部内の部分に移動することによ
り吸収されることになる。
そして、この水平せん断部力の吸収と、上記ボンディン
グエネルギの半減により、上記構造によれば、絶縁膜１
３．１２の破壊を防止できる。また、エネルギが従来の
半分となることにより、ワイヤーボンド材１５下のボン
ディングパッド１４の薄膜化、金属間化合物化を防止し
、中間絶縁膜１３からの剥離を防止できる。
グエネルギの半減により、上記構造によれば、絶縁膜１
３．１２の破壊を防止できる。また、エネルギが従来の
半分となることにより、ワイヤーボンド材１５下のボン
ディングパッド１４の薄膜化、金属間化合物化を防止し
、中間絶縁膜１３からの剥離を防止できる。
（発明の効果）
以上詳述したように、この発明の装置によれば、ボンデ
ィングに要するエネルギを従来の５０ＯＡとし得、かつ
Ｓｉノジュールに対する水平せん断部力を吸収できるこ
とから、ボンディングパッド下の絶縁膜の破壊と、ボン
ディングパッドの剥離の問題点を除去し、信鎖性の高い
半導体装置を得ることができる。
ィングに要するエネルギを従来の５０ＯＡとし得、かつ
Ｓｉノジュールに対する水平せん断部力を吸収できるこ
とから、ボンディングパッド下の絶縁膜の破壊と、ボン
ディングパッドの剥離の問題点を除去し、信鎖性の高い
半導体装置を得ることができる。
第１図はこの発明の半導体装置の一実施例を示す断面図
、第２図は従来の半導体装置を示す断面図である。 １１・・・半導体基板、１２・・・フィールド酸化膜、
１３・・・中間絶縁膜、１４・・・ボンディングバンド
、ａ・・・凹凸面。 条種９羽１ｚイ釆う半導イ本隻！ 第 ！ 図
、第２図は従来の半導体装置を示す断面図である。 １１・・・半導体基板、１２・・・フィールド酸化膜、
１３・・・中間絶縁膜、１４・・・ボンディングバンド
、ａ・・・凹凸面。 条種９羽１ｚイ釆う半導イ本隻！ 第 ！ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体基板上に絶縁膜が形成され、その表面にボンディ
ングパッドを有する半導体装置において、（ａ）ボンデ
ィングパッド下の絶縁膜表面は、１〜５μｍ＾□の大き
さ、１０００〜３０００Åの段差で凹凸部を有する凹凸
面に形成され、 （ｂ）その凹凸面上に、対応する凹凸面でボンディング
パッドが形成されてなる半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63172676A JPH0225045A (ja) | 1988-07-13 | 1988-07-13 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63172676A JPH0225045A (ja) | 1988-07-13 | 1988-07-13 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0225045A true JPH0225045A (ja) | 1990-01-26 |
Family
ID=15946304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63172676A Pending JPH0225045A (ja) | 1988-07-13 | 1988-07-13 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0225045A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0477239U (ja) * | 1990-11-16 | 1992-07-06 | ||
| JP2006213027A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Alps Electric Co Ltd | サーマルヘッドおよびその製造方法 |
| EP1132961B1 (en) * | 1991-07-24 | 2011-01-05 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing a circuit substrate having a mounted semiconductor element |
| US9681534B2 (en) | 2011-03-25 | 2017-06-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ceramic multilayer substrate |
| US10361666B2 (en) | 2017-04-25 | 2019-07-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and power amplifier module |
| DE112020007244T5 (de) | 2020-05-28 | 2023-03-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitereinrichtung, verfahren zum herstellen derselben, sowie elektrischer stromrichter |
-
1988
- 1988-07-13 JP JP63172676A patent/JPH0225045A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0477239U (ja) * | 1990-11-16 | 1992-07-06 | ||
| EP1132961B1 (en) * | 1991-07-24 | 2011-01-05 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing a circuit substrate having a mounted semiconductor element |
| JP2006213027A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Alps Electric Co Ltd | サーマルヘッドおよびその製造方法 |
| JP4668637B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2011-04-13 | アルプス電気株式会社 | サーマルヘッドおよびその製造方法 |
| US9681534B2 (en) | 2011-03-25 | 2017-06-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ceramic multilayer substrate |
| US10361666B2 (en) | 2017-04-25 | 2019-07-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and power amplifier module |
| US10594271B2 (en) | 2017-04-25 | 2020-03-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and power amplifier module |
| US10903803B2 (en) | 2017-04-25 | 2021-01-26 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and power amplifier module |
| US11621678B2 (en) | 2017-04-25 | 2023-04-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and power amplifier module |
| DE112020007244T5 (de) | 2020-05-28 | 2023-03-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitereinrichtung, verfahren zum herstellen derselben, sowie elektrischer stromrichter |
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