JPH0734449B2 - 半導体装置の電極接合部構造 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、銅を素材にしたワイヤ(銅ワイヤ)を使用
した時の、銅ボールとアルミニウム電極との接合部の構
造に関するものである。
した時の、銅ボールとアルミニウム電極との接合部の構
造に関するものである。
第3図は従来の銅ワイヤのボンディング構造を示す断面
図、第4図はワイヤボンディング後の銅ボールと銅・ア
ルミニウム合金層を硝酸でエッチングした後のアルミニ
ウムの分布を示す図である。
図、第4図はワイヤボンディング後の銅ボールと銅・ア
ルミニウム合金層を硝酸でエッチングした後のアルミニ
ウムの分布を示す図である。
これらの図において、1は銅ワイヤ先端の銅ボール、2
はアルミニウム電極、21は前記銅ボール1直下のアルミ
ニウム、22は前記銅ボール1周囲のアルミニウム、3は
ボンディング時に生成した銅・アルミニウム合金層で、
銅ボール1直下のアルミニウム21と銅ボール1周囲のア
ルミニウム22を分離させている。4は前記アルミニウム
電極2の下地である酸化物や窒化物などからなる絶縁膜
である。
はアルミニウム電極、21は前記銅ボール1直下のアルミ
ニウム、22は前記銅ボール1周囲のアルミニウム、3は
ボンディング時に生成した銅・アルミニウム合金層で、
銅ボール1直下のアルミニウム21と銅ボール1周囲のア
ルミニウム22を分離させている。4は前記アルミニウム
電極2の下地である酸化物や窒化物などからなる絶縁膜
である。
また、銅・アルミニウム合金層3が生成している部分の
半径をR,銅ボール1直下のアルミニウム21が銅ボール1
周囲のアルミニウム22と分離する部分の半径をr0とす
る。
半径をR,銅ボール1直下のアルミニウム21が銅ボール1
周囲のアルミニウム22と分離する部分の半径をr0とす
る。
第3図,第4図において、銅・アルミニウム合金層3は
銅ワイヤの先端を加熱して形成した銅ボール1を300〜4
00℃で加熱したアルミニウム電極2上に加圧しながら、
超音波振動を印加する(超音波熱圧着法)ことにより生
成され、銅ボール1のそれ以上に、機械的接合強度を有
している。この時、アルミニウム電極2は、銅ボール1
の加圧により塑性変形し、銅ボール1直下のアルミニウ
ム21と銅ボール1周囲のアルミニウム22に分離されてし
まい、その結果、デバイスの電気的導通は銅・アルミニ
ウム合金層3と銅ボール1周囲のアルミニウム22の接合
だけで得られている。なお、デバイスとしては、この後
エポキシ系モールド樹脂で封止される。
銅ワイヤの先端を加熱して形成した銅ボール1を300〜4
00℃で加熱したアルミニウム電極2上に加圧しながら、
超音波振動を印加する(超音波熱圧着法)ことにより生
成され、銅ボール1のそれ以上に、機械的接合強度を有
している。この時、アルミニウム電極2は、銅ボール1
の加圧により塑性変形し、銅ボール1直下のアルミニウ
ム21と銅ボール1周囲のアルミニウム22に分離されてし
まい、その結果、デバイスの電気的導通は銅・アルミニ
ウム合金層3と銅ボール1周囲のアルミニウム22の接合
だけで得られている。なお、デバイスとしては、この後
エポキシ系モールド樹脂で封止される。
従来の半導体装置の電極接合部構造は、以上のように構
成されており、モールド後の劣化は銅・アルミニウム合
金層3の劣化が最も速く、しかも銅ボール1周囲のアル
ミニウム22と接合している銅・アルミニウム合金層3が
わずかに劣化するだけで、電気抵抗が規格値をオーバ
し、デバイスの寿命が終わってしまうという問題点があ
った。
成されており、モールド後の劣化は銅・アルミニウム合
金層3の劣化が最も速く、しかも銅ボール1周囲のアル
ミニウム22と接合している銅・アルミニウム合金層3が
わずかに劣化するだけで、電気抵抗が規格値をオーバ
し、デバイスの寿命が終わってしまうという問題点があ
った。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、銅ボールとアルミニウム電極との電気抵抗
の増加スピードを遅くしてデバイスの寿命を長くした半
導体装置の電極接合部構造を得ることを目的とする。
れたもので、銅ボールとアルミニウム電極との電気抵抗
の増加スピードを遅くしてデバイスの寿命を長くした半
導体装置の電極接合部構造を得ることを目的とする。
この発明に係る半導体装置の電極接合部構造は、銅ボー
ルを超音波熱圧着によりアルミニウム電極と接合させた
時できる銅・アルミニウム合金層と絶縁膜との間に、ア
ルミニウム電極のアルミニウム層がほぼ全面にわたって
存在する構成としたものである。
ルを超音波熱圧着によりアルミニウム電極と接合させた
時できる銅・アルミニウム合金層と絶縁膜との間に、ア
ルミニウム電極のアルミニウム層がほぼ全面にわたって
存在する構成としたものである。
この発明においては、銅・アルミニウム合金層と絶縁膜
との間に、アルミニウム電極のアルミニウム層がほぼ全
面にわたって存在するため、銅ボール直下に広い接触面
積ができ、銅・アルミニウム合金層が腐食して規格値以
上の電気抵抗になるまでの時間、すなわちデバイス寿命
が長くなる。
との間に、アルミニウム電極のアルミニウム層がほぼ全
面にわたって存在するため、銅ボール直下に広い接触面
積ができ、銅・アルミニウム合金層が腐食して規格値以
上の電気抵抗になるまでの時間、すなわちデバイス寿命
が長くなる。
以下、この発明の一実施例を図面について説明する。
第1図はこの発明のボンディング構造を示す断面図、第
2図は銅ボールと銅・アルミニウム合金層を硝酸でエッ
チングした後のアルミニウムの分布を示す図で、それぞ
れ第3図,第4図の構成図に対応している。この発明で
は第1図と第3図の比較から明らかなように、銅ボール
1の直下に存在するアルミニウム電極2、すなわちアル
ミニウム層21A,銅ボール周囲のアルミニウム22の厚みを
従来より厚くしておき、銅ボール1を超音波熱圧着によ
りアルミニウム電極2と接合する。
2図は銅ボールと銅・アルミニウム合金層を硝酸でエッ
チングした後のアルミニウムの分布を示す図で、それぞ
れ第3図,第4図の構成図に対応している。この発明で
は第1図と第3図の比較から明らかなように、銅ボール
1の直下に存在するアルミニウム電極2、すなわちアル
ミニウム層21A,銅ボール周囲のアルミニウム22の厚みを
従来より厚くしておき、銅ボール1を超音波熱圧着によ
りアルミニウム電極2と接合する。
接合に際しては、チップ圧接力(FORCE)と超音波振動
(POWER)の印加条件によって上記接合が決定される。
例えば、チップ圧接力(FORCE)が一定であれば、超音
波振動(POWER)が高いときは従来の接合構造となり、
超音波振動(POWER)が低いときはこの発明の接合構造
が得られる。他方、超音波振動(POWER)が一定であれ
ば、チップ圧接力(FORCE)が低いときはこの発明の接
合構造となり、チップ圧接力(FORCE)が高いときは、
従来の接合構造となる。
(POWER)の印加条件によって上記接合が決定される。
例えば、チップ圧接力(FORCE)が一定であれば、超音
波振動(POWER)が高いときは従来の接合構造となり、
超音波振動(POWER)が低いときはこの発明の接合構造
が得られる。他方、超音波振動(POWER)が一定であれ
ば、チップ圧接力(FORCE)が低いときはこの発明の接
合構造となり、チップ圧接力(FORCE)が高いときは、
従来の接合構造となる。
上記により銅ボール1直下にはほぼ全面にわたり、銅・
アルミニウム合金層3が生成し、また、この銅・アルミ
ニウム合金層3と銅ボール1直下のアルミニウム層21A
がほぼ全面にわたって接合しており、さらに、銅ボール
1周囲のアルミニウム22と連続している。つまり、銅・
アルミニウム合金層3とアルミニウム電極2の接合面3A
と絶縁膜4との間には全面にわたってアルミニウム電極
2(銅ボール1直下のアルミニウム層21A)が存在して
いる。
アルミニウム合金層3が生成し、また、この銅・アルミ
ニウム合金層3と銅ボール1直下のアルミニウム層21A
がほぼ全面にわたって接合しており、さらに、銅ボール
1周囲のアルミニウム22と連続している。つまり、銅・
アルミニウム合金層3とアルミニウム電極2の接合面3A
と絶縁膜4との間には全面にわたってアルミニウム電極
2(銅ボール1直下のアルミニウム層21A)が存在して
いる。
第2図で示す絶縁膜4は銅ボール1直下のアルミニウム
層21Aがすべて銅・アルミニウム合金層3になった部分
である。ここで、銅・アルミニウム合金層3が生成して
いる部分の半径を第3図と同じくRとする。
層21Aがすべて銅・アルミニウム合金層3になった部分
である。ここで、銅・アルミニウム合金層3が生成して
いる部分の半径を第3図と同じくRとする。
この発明によれば、銅ボール1とアルミニウム電極2の
接合は、銅ボール1直下の 銅・アルミニウム合金層3
の全面にあるため、すなわち、銅・アルミニウム合金層
3がアルミニウム電極2との接合面3Aと絶縁膜4との間
に全面にわたってアルミニウム層21Aを存在させて接続
されているため、接合部の電気抵抗が規格値を超えるま
での時間が従来の構造に比較して極めて長くなる。第1
図と第3図において、銅・アルミニウム合金層3の厚み
をl,抵抗率をρとすると、銅・アルミニウム合金層3の
電気抵抗は、第1図の場合には、 第3図の場合には、 で与えられる。ここで、rは正常な銅・アルミニウム合
金層3の半径である。第5図にこれをグラフ化して示
す。
接合は、銅ボール1直下の 銅・アルミニウム合金層3
の全面にあるため、すなわち、銅・アルミニウム合金層
3がアルミニウム電極2との接合面3Aと絶縁膜4との間
に全面にわたってアルミニウム層21Aを存在させて接続
されているため、接合部の電気抵抗が規格値を超えるま
での時間が従来の構造に比較して極めて長くなる。第1
図と第3図において、銅・アルミニウム合金層3の厚み
をl,抵抗率をρとすると、銅・アルミニウム合金層3の
電気抵抗は、第1図の場合には、 第3図の場合には、 で与えられる。ここで、rは正常な銅・アルミニウム合
金層3の半径である。第5図にこれをグラフ化して示
す。
銅・アルミニウム合金層3の電気抵抗の規格値をRLと
し、これに対応する第1図,第3図の銅・アルミニウム
合金層3の半径をr1,r2とすると、初期の抵抗値がRLを
超えるまでに銅・アルミニウム合金層3の半径が減少す
る量は、それぞれ(R−r1),(R−r2)で、明らかに
(R−r1)>(R−r2)である。
し、これに対応する第1図,第3図の銅・アルミニウム
合金層3の半径をr1,r2とすると、初期の抵抗値がRLを
超えるまでに銅・アルミニウム合金層3の半径が減少す
る量は、それぞれ(R−r1),(R−r2)で、明らかに
(R−r1)>(R−r2)である。
第6図に一例として250℃で高温保存した時の電気抵抗
の変化のグラフを示す。
の変化のグラフを示す。
第6図から明らかなように、従来構造の電気抵抗特性
(A)はt0≒8時間で規格値RLを超えているのに対し、
この発明の電気抵抗特性(B)はt1=3t0で規格値RLを
超え、デバイス寿命が長くなったことを示している。上
記例は寿命が数倍以上向上することを示し、t0の値は半
導体素子,モールド材などデバイスを構成する素材組合
せで異なり、この発明の実施例ではt0=8時間であっ
た。
(A)はt0≒8時間で規格値RLを超えているのに対し、
この発明の電気抵抗特性(B)はt1=3t0で規格値RLを
超え、デバイス寿命が長くなったことを示している。上
記例は寿命が数倍以上向上することを示し、t0の値は半
導体素子,モールド材などデバイスを構成する素材組合
せで異なり、この発明の実施例ではt0=8時間であっ
た。
なお、上記実施例では半導体素子のアルミニウム電極2
の組成はアルミニウムのみとしたが、この発明は一般に
シリコン(Si)や銅(Cu)を数%程度含有するアルミニ
ウムでも同様の効果がある。また、上記実施例では銅・
アルミニウム合金層3とアルミニウム電極2とが全面に
わたって接着しているが、これは第2図のように複数の
島状にとびとびの形でアルミニウム電極2が銅・アルミ
ニウム合金層3となるのであれば80%程度でも実用上支
障はない。
の組成はアルミニウムのみとしたが、この発明は一般に
シリコン(Si)や銅(Cu)を数%程度含有するアルミニ
ウムでも同様の効果がある。また、上記実施例では銅・
アルミニウム合金層3とアルミニウム電極2とが全面に
わたって接着しているが、これは第2図のように複数の
島状にとびとびの形でアルミニウム電極2が銅・アルミ
ニウム合金層3となるのであれば80%程度でも実用上支
障はない。
以上説明したように、この発明は、銅ボールを超音波熱
圧着によりアルミニウム電極と接合させた時できる銅・
アルミニウム合金層と絶縁膜との間に、アルミニウム電
極のアルミニウム層がほぼ全面にわたって存在する構成
としたので、銅・アルミニウム合金層の劣化による電気
抵抗の増加がもたらすデバイスの寿命を最大限に長くす
ることができる効果がある。
圧着によりアルミニウム電極と接合させた時できる銅・
アルミニウム合金層と絶縁膜との間に、アルミニウム電
極のアルミニウム層がほぼ全面にわたって存在する構成
としたので、銅・アルミニウム合金層の劣化による電気
抵抗の増加がもたらすデバイスの寿命を最大限に長くす
ることができる効果がある。
第1図はこの発明の一実施例によるボンディング構造を
示す断面図、第2図は第1図の銅ボールと銅・アルミニ
ウム合金層を硝酸でエッチングした後のアルミニウムの
分布を示す図、第3図は従来の銅ワイヤのボンディング
構造を示す断面図、第4図は第3図の銅ボールと銅・ア
ルミニウム合金層を酢酸でエッチングした後のアルミニ
ウムの分布を示す図、第5図は従来例とこの発明のそれ
ぞれの銅・アルミニウム合金層の半径と電気抵抗の関係
を示す図、第6図は250℃の高温保存における電気抵抗
の変化を示す図である。 図において、1は銅ボール、2はアルミニウム電極、3
は銅・アルミニウム合金層、4は絶縁膜、21Aは銅ボー
ル直下のアルミニウム層、22は銅ボール周囲のアルミニ
ウムである。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
示す断面図、第2図は第1図の銅ボールと銅・アルミニ
ウム合金層を硝酸でエッチングした後のアルミニウムの
分布を示す図、第3図は従来の銅ワイヤのボンディング
構造を示す断面図、第4図は第3図の銅ボールと銅・ア
ルミニウム合金層を酢酸でエッチングした後のアルミニ
ウムの分布を示す図、第5図は従来例とこの発明のそれ
ぞれの銅・アルミニウム合金層の半径と電気抵抗の関係
を示す図、第6図は250℃の高温保存における電気抵抗
の変化を示す図である。 図において、1は銅ボール、2はアルミニウム電極、3
は銅・アルミニウム合金層、4は絶縁膜、21Aは銅ボー
ル直下のアルミニウム層、22は銅ボール周囲のアルミニ
ウムである。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項1】半導体素子の絶縁膜表面上に形成された前
記半導体素子のアルミニウム電極とリードフレームの内
部端子とが、銅細線の先端に加熱生成された銅ボールを
介してワイヤボンディングされる半導体装置の電極接合
部構造において、前記銅ボールを超音波熱圧着により前
記アルミニウム電極と接合させた時できる銅・アルミニ
ウム合金層と前記絶縁膜との間に、前記アルミニウム電
極のアルミニウム層がほぼ全面にわたって存在すること
を特徴とする半導体装置の電極接合部構造。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62301750A JPH0734449B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 半導体装置の電極接合部構造 |
KR1019880008447A KR920006264B1 (ko) | 1987-11-30 | 1988-07-07 | 반도체장치의 전극접합부 구조 |
US07/262,804 US5003373A (en) | 1987-11-30 | 1988-10-26 | Structure of electrode junction for semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62301750A JPH0734449B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 半導体装置の電極接合部構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01143332A JPH01143332A (ja) | 1989-06-05 |
JPH0734449B2 true JPH0734449B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=17900715
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62301750A Expired - Fee Related JPH0734449B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 半導体装置の電極接合部構造 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5003373A (ja) |
JP (1) | JPH0734449B2 (ja) |
KR (1) | KR920006264B1 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0817189B2 (ja) * | 1989-01-13 | 1996-02-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
US5229646A (en) * | 1989-01-13 | 1993-07-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device with a copper wires ball bonded to aluminum electrodes |
US5437405A (en) * | 1994-08-22 | 1995-08-01 | National Semiconductor Corporation | Method and apparatus for stitch bonding of wires to integrated circuit bonding pads |
US5662261A (en) * | 1995-04-11 | 1997-09-02 | Micron Technology, Inc. | Wire bonding capillary |
KR100432664B1 (ko) * | 1996-10-23 | 2004-08-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | 청색형광체 |
US6031216A (en) * | 1998-06-17 | 2000-02-29 | National Semiconductor Corporation | Wire bonding methods and apparatus for heat sensitive metallization using a thermally insulated support portion |
US6158647A (en) | 1998-09-29 | 2000-12-12 | Micron Technology, Inc. | Concave face wire bond capillary |
JP5162851B2 (ja) * | 2006-07-14 | 2013-03-13 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
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