JPS61144835A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61144835A
JPS61144835A JP59266158A JP26615884A JPS61144835A JP S61144835 A JPS61144835 A JP S61144835A JP 59266158 A JP59266158 A JP 59266158A JP 26615884 A JP26615884 A JP 26615884A JP S61144835 A JPS61144835 A JP S61144835A
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JP
Japan
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film
wiring
semiconductor device
aluminum
bonding
Prior art date
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Pending
Application number
JP59266158A
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English (en)
Inventor
Kensuke Nakada
健介 中田
Tatsuo Itagaki
板垣 達夫
Yuji Hara
原 雄次
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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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】 〔技術分野〕 本発明は、半導体装置の信頼性向上技術に適用して特に
有効な技術に関するもので、たとえばベレット上部のう
ち、ボンディングワイヤの接合する領域、およびその周
辺忙おける高信頼性技術に利用して有効な技術に関する
ものである。
〔背景技術〕
半導体装置において、顧客不良忙つながる配線の断線が
大きな問題となっている。ここで、半導体装置における
ベレット上部とボンディングワイヤと接合する予定の領
域、およびその周辺を総称して電極と称する事とすると
、この原因はこの電極において露出されたアルミニウム
などの配線と金線などのボンディングワイヤのボール部
との境界部分に、半導体装置外部から、樹脂内、あるい
は金線などのボンディングワイヤと樹脂との隙間を伝っ
て侵入してきた水分が、アルミニウムなどλ の配線と金線などのボンディングワイヤとの境界部分圧
溜り、局部電池現象によりアルミニウムなどの配線に断
線が起こるためである。
電極における高信頼性技術として、特開昭53−639
74号公報に見られる電極構造が考案された。この電極
構造は、パッジベージ嘗ン膜忙設けられた開孔部の内側
にアルミニウム配線を形成し、この開孔部をボンディン
グワイヤである金線のボール部で完全に被覆することに
よって、配線の断線を低減させようとするものである。
ところが、前記電極構造においては、ボンディングワイ
ヤである金線のボール部が接合するベレット上部の積層
構造が、上からパッジベージ曹ン膜、アルミニウム配線
、そしてフィールド酸化膜である部分が存在する。この
部分に上から力が加わると、軟質なアルミニウム配線が
変形する。この変形に前記部分周辺にあるパッシベーシ
ョン膜が追随できず、クラックが発生することとなる。
このクラックから水分が侵入し、アルミニウム配腺の断
線が生ずることが本発明者によって明らかとされfcc
〔発明の目的〕 この発明の目的は、半導体装置における顧客不良を低減
した、高信頼性の半導体装置を提供するものである。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付の図面から明らかになるで
あろう、 〔発明の概要〕 本題において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、半導体装置の電極において、シラン膜などの
第二絶縁膜に設けられた開孔部の内側K、前記開孔部よ
りも小さくアルミニウムなどの配線を露出させる。、た
だし、金線などのボンディングワイヤのボール部が接合
される予定の範囲において、その積層構造が、上からP
SG(フォスフォ・シリケイト・ガラスの略称で、以下
単にPSGと称す)などの萬二絶縁膜、アルミニウムな
どの配線、そして二酸化シリコンなどの第一絶縁膜であ
る領域が存在する。この領域、およびその周辺にある、
メタルパッドであるアルミニウムなどの配線に多数の貫
通孔を設ける。そして、前記開孔部を金線などのボンデ
ィングワイヤのボール部で覆うことにより、顧客不良に
つながる配線の断線を低減し、半導体装置の高信頼性を
達成するものである、 〔実施例I〕 第1図は、本発明の一実施例である半導体装置を示す一
部破砕平面図である。
第2図は、第1図におけるn −n’矢視断面図である
第1図、第2図においては、1は半導体素子の形成され
ているペレット。2は、ペレット1上部に形成された電
極。3は、ベレット1上に形成された素子と外部リード
を導通させるためのボンディングワイヤで、ペレッ)I
Kは熱圧着によってボンディングされるe4は、ペレッ
ト1を固定するためのタブで、タブ4にペレット3を接
合するkは、金−シリコン(Au−8i)共晶合金法な
どが用いられる。5は、外部リードである。外部リード
は、ソケットなどに挿入され、外部との間で信号の受は
渡しをする機能をもつ、尚、外部リード5は、樹脂封止
されるまではタブと外周部でつながっており(これをリ
ードフレームという)、前記リードフレームにペレット
1を金−シリコン(Au−8t)共晶合金法などKより
グイボンディングし、続いてワイヤボンディングを行な
った後、樹脂6で封止なし前記リードフレームの外周部
を切り落丁。そして、残った外部リード5を第2図のよ
うに折り曲げる、 第3図から第8図までは、第一図に示す半導体装置にお
いて、ボンディングワイヤとアルミニウムなどの金属配
線との接合部分を本発明の一実施例に従って形成した。
場合、具体的な製造方法を説明するための各工程におけ
るボンディング領域および、その周辺を拡大図示したも
のである。
WX4図は、第3図における■−■’矢視断面図である
。第3図、第4図に示すように、シリコンなど半導体基
板7上部KP”、あるいはN+などの拡散層8を形成後
、二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9を形成する。この
後、P+あるいは、N+などの拡散層とのコンタクト孔
からペレットの外周部付近との間K、アルミニウムなど
の金属配線を形成する。ただし、ペレットの外周部付近
においては、アルミニウムなどの金属配線lOの先端部
分を円形状としくこれを、アルミニウムなどの円形状配
線部分10aとする)、前記先端部分以外の金属配線、
ボンディング領域近傍の金属配線には、貫通孔iobを
多数設ける。
第3図、第4図においてP+、あるいはN+などの拡散
層8は、MO8回路などの半導体回路の一部を構成して
いる。二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9は、シリコン
などの半導体基板7、およびP+、あるいはN+などの
拡散層8とアルミニウムなどの金属配線10が、所望の
個所以外で導通しないようするためのものである。アル
ミニウムなどの金属配線10は、P+あるいはN+など
の拡散層8とのコンタクト孔12からボンディング領域
までを導通させるものである。貫通孔lObは、その底
部に二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9が露出している
ことから、この貫通孔10bが形成されているアルミニ
ウムなどの金属配線に上から力が加わる場合、このアル
ミニウムなどの金属配線が力を受ける面積を少なくして
いる。
第6図は、第5図におけるvt−vf矢視断面図である
。纂3図、第4図に示す工程の後、シリコンなどの半導
体基板7上部に、PSGなどの第二絶縁Mllをペレッ
トの外周部付近にあるアルミニウムなどの金属配線10
0円形状配線部分10aの全表面を露出すべく形成する
第5図、第6図において、PSGなどの第二絶縁1s1
1は、金線などのボンディングワイヤとの接合部分を除
き、シリコンなどの半導体基板7上部を外部から保護し
ているので、半導体装置の信頼性を高めることができる
貫通孔10bの部分でヲ工、PSGなどの第二絶縁膜1
1は、二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9に直接接合し
ている。
2つの硬質なる物質すなわち、二酸化シリコンなどの第
一絶縁膜9とPSGなどの第二絶縁膜11が直接積層す
る配線領域(貫通孔10bが設けられている)では、積
層構造上の強度が大きくなる。
第7図は、第8図における■−■′矢視断面図である。
第5図、第6図に示す工程の後第7図、第8図に示すよ
うに、アルミニウムなどの円形状配線部分10a全表面
が露出されているPSGなどの第二絶縁!a11に設け
られた円形状開孔部13を、金線などのボンディングワ
イヤ15のボール部14aで完全に被覆する。
第8図において、ボンデインlの瞬間のキャピラ+31
5を含めて図示しである。
最終的な、アルミニウムなどの円形状配線部分10a、
PSGなどの第二絶縁miiに設ける開孔部13、そし
てボンディングが予定される領域のそれぞれの大きさの
関係は、PsGなどの第二絶縁膜IIK設ける開孔部1
3を、ボンディングが予定されている領域よりも小さく
、アルミニウムなどの円形状配線部分10aよりも太き
いものとする。
第7図、第8図においてボンディング領域における円形
状配線部分10a周辺の積層構造には、アルミニウムな
どの金属配線は含まれていない。
また、第7図、第8図においてボンディング領域、およ
びその周辺忙おいてアルミニウムなどの金属配線が形成
されである領域のうち、円形状配線部分10aを除く領
域には、多数の貫通孔1゜bにおいてPSG膜などの第
二絶縁膜11が二酸化シリコンなどの第一性縁膜9に直
接接合している。
第7図、第8図においてPSGなどの第二絶縁膜11に
形成されfc開孔部13は、耐腐食性金属で保護されて
いる。このため樹脂封止後、外部から樹脂の中を通り、
あるいは金線などのボンディングワイヤ14と樹脂との
隙間を通り、水分がアルミニウムなどの金属配線と金線
などのボンディングワイヤとの境界部分に侵入し、金属
配線が断線することが低減される。
第8図においてJポンディングの際、キャピラリ15か
ら金線などのボンディングワイヤ15のボール部14a
を介して、シリコンなどの半導体基板7上部に力が加わ
っても、ボンディング領域における円形状配線部分10
a周辺は、硬質なる物質のみKよって構成される積層構
造であるため。
二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9、あるいはPSGな
どの第二絶縁膜11にクラックの生じることはない。
第7図、第8図において、金線などのボンディングワイ
ヤ14のボール部14aの下に、PSGなどの第二絶縁
膜11とアルミニウムなどの金属配810が積層してい
る領域では、多数の貫通孔10bにおいて、2つの硬質
なる物質、すなわち二酸化シリコンなどの第−絶11M
9とPSGなどの第二絶縁膜11が直接接合している。
このため、キャピラリ15から金線などのボンディング
ワイヤ140ボール部14aを介して前記領域に下方向
の力が加わっても、アルミニウムなどの金属配線10が
展延し、10bが展延しないことによって、PSGなど
の第二絶縁膜11に生じる応力は分散され、PSGなど
の第二絶縁膜11にクラックの生じることが低減できる
第7図、−第8図に示す電極構造をとることKよっ【、
高信頼性の半導体装置を得ることができる。
〔実施例■〕
第9図から第14図までは、本発明の実施例Hの具体的
な製造方法を説明するための各工程における、半導体装
置のうち金線などのボンディングワイヤとアルミニウム
などの金属配線との接合部分について描いたものである
第10図は、第9図のx −x’矢視断面図である、第
9図、第10図において、シリコンなどの半導体基板7
の上に、二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9が形成され
、その上に拡散層8とのコンタクト孔12からボンディ
ング領域までアルミニウムなどの金属配線16を形成す
る。この配線のうち、金線などのボンディングワイヤと
の接合領域における先端部分の形状は長方形としくこれ
を、アルミニウムなどの配線の長方形先端部分16bと
する)、その中央の貫通孔がない部分が円形状となるよ
うに、周囲に貫通孔16cを多数設ける。
二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9は、シリコンなどの
半導基板7にアルミニウムなどの金属配線16が所望個
所以外で導通することを防ぐために形成されているもの
である。
アルミニウムなどの金属配線16は、拡散層8とのコン
タクト孔12と金illどのボンディングワイヤのボン
ディング領域との間を導通させるものである。
第12図は、第11図のX1l−XI’矢視断面図であ
る。
第9図、第10図に示す工程の後、アルミニウムなどの
金属配線の長方形先端部分16bにおいて、貫通孔16
cが形成されていない円形状部分16a全面が露出され
るよ5な開孔部17を持つ、PSGなどの第二絶縁1i
11を、諸素子の形成されたシリコンなどの半導体基板
7上部に形成する。
貫通孔16bにおいて、PSGなどの第二絶縁膜11は
、二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9に直接接合してい
る。
第9図、第1θ図に示す工程の後、アルミニウムなどの
配線の長方形先端部分16bのうち、貫通孔16bの形
成されていない円形状部分16aを除くペレット上部を
、PSGなどの第二絶縁膜11によって外部から保護し
ている。
3111図、第12図において、2つの硬質なる物質、
すなわち二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9とPSGな
どの第二絶縁膜11が直接接合している貫通孔16cが
多数あるため金線などのボンディングワイヤとの接合部
分であるアルミニウムなどの配線の長方形先端部分16
bの上に形成されているPSGなどの第二絶縁膜11の
強度は大きくなる。
第14図は、第13図におff6、XIV −XIV’
矢視断面図である。第11図、第12図に示す工程の後
、PSGなどの第二絶縁膜13に設けられ大開孔部17
を、熱圧着により金線などのボンディングワイヤのボー
ル部14aで完全に覆う。
第14図において、金線などのボンディングワイヤ14
のボール部14aの下KPSGなどの第二絶縁膜11が
積層している領域がある。前記領域に積層するアルミニ
ウムなどの配線の長方形先端部分16bにある貫通孔1
6cにおいて、PSGなどの第二絶縁膜11は二酸化シ
リコンなどの第一絶縁膜9に直接接合している。
尚、第14図にはキャピラリ15も一諸に図示しである
第13図、第14図に示す工程の後、PSGなどの第二
絶縁膜11に設けられた開孔部17は耐腐食性金属など
のボンディングワイヤ14のボール部14aで保護され
ているため、樹脂封止後、半導体装置外部から水分が樹
脂の中を通り、あるいは金線などのボンディングワイヤ
14と樹脂との隙間を伝わってきても、配線が断線する
ことは低減される。
!14図において、金線などのボンディングワイヤ14
のボール部14aの下になどの第二絶縁jlllがある
領域では、多数の貫通孔16cにおいて、2つの硬質な
る物質、すなわち二酸化シリコンなどの第一絶縁膜9と
PSGなどの第二絶縁31!11が直接接合している。
このため、ボンディングの際、金線などのボンディング
ワイヤ140ボール514aを介して、キャピラリ15
から下方向に力が加わった場合、ボンディング領域にお
けるアルミニウムなどの配線16aが展延し16Cが展
延しないことによってシラン膜などの第二絶縁allに
生ずる応力は分散され、PSGYxどの第二絶縁膜11
におけるクラックの発生は低減される。
以上、第13図、第14図に示す搗造を取ることで、配
線の断線を大幅に低減し、高信頼性の半導体製品を得る
ことができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、本実施例Iに
おいてアルミニウムなどの配線に設ff7’e貫通孔の
形状は正方形であるが、これは円形状のものであっても
かまわない。
〔効果〕
1、PSGなどの第二絶縁膜に設けられ大開孔部を、金
線などのボンディングワイヤのボール部で蓋をすること
Kより、前記開孔部Kil出されたアルミニウムなどの
配線を、耐腐食性金属で保護するという作用で、アルミ
ニウムなどの配線と金線などのボンディングワイヤのボ
ール部との境界部分に、半導体装置外部から水が侵入し
難くできるという効果が得られる。
2、PSGなどの第二絶m膜に設けられた開孔部の内側
に、前記開孔部よりも小さくアルミニウムなどの配線を
形成することにより上から、PSGなどの硬質かつ脆性
なる物質、アルミニウムなどの変形に富む物質、そして
、二酸化シリコンなどの硬質なる物質という積層構造の
部分を可能な限り少なくするという作用により、ワイヤ
ボンディングの際、PSGなどの硬質かつ脆性なる物質
にクラックの生じ易い構造を少なくできるという効果が
得られる。
3、 ワイヤボンディングの際、金線などのボンディン
グワイヤのボール部の下の積層構造が、上からPSGな
どの硬質かつ脆性なる物質、アルミニウムなどの変形に
富む物質、そして二酸化シリコンなどの硬質なる物質と
なる予定の領域、およびその周辺のアルミニウムなどの
変形に富む物質K。
貫通孔大多数設けることにより、前記領域において、前
記、硬質かつ脆性なる物質と硬質なる物質が直接接合す
る個所が多数できるという作用で、ワイヤボンディング
の際、前記領域、および周辺の硬質かつ脆性なる物質に
クラックの生じることを低減できるという効果が得られ
る。
4、上記(1)、(31によりさらにアルミニウムなど
の配線と金線などのボンディングワイヤとの接合部分に
、半導体装置外部から水分を侵入し難(するという作用
で、顧客不良につながる配線の断線を大幅に低減するこ
とができるという効果が得られる。
5、上記(11〜(3)により、アルミニウムなどの配
線と金線などのボンディングワイヤとの接合部分に、半
導体装置外部から水分を侵入し難くするという作用で、
顧客不良につながる配線の断線を太幅に低減することが
できる。
6、半導体装置において、ベレット上部表面上から硬質
かつ脆性なる物質、変形に富む物質、そして硬質なる物
質という積層構造となる予定の領域K、上方向から力が
加わる時、前記領域およびその周辺の領域にある変形に
富む物質に貫通孔を多数設けることにより、前記領域に
おいて前記、硬質かつ脆性なる物質と硬質なる物質とが
直接接合する個所が多数できるという作用で、前記領域
周辺にある硬質かつ脆性なる物質K、クラックの生ずる
ことが低減されるという効果が得られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、本実施例Iに
おいて、第一絶縁膜の下には半導体基板が積層する構造
を取っているが、この半導体基板と第一絶縁膜の間に、
下層にシリコン酸化膜、上層にアルミニウムなどの配線
からなる2層を加えた構造を取ってもかまわない。
〔技術分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
な−その背景となった利用分野である半導体装置の電極
技術に適用した場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、たとえばハイブリッド・マイ・シー
やワイヤボンディングを必要とする配線基板にも適用す
ることができる。
本発明は、少なくともワイヤボンディングを必要とする
半導体装置には適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、レジン樹脂封止された半導体装置のレジン樹
脂を一部取り去り、電極を露出させたものの平面図、 第2図は、第1図のn−m’矢視断面図、第3図から第
8図までは、本発明実施例■を製造工程の順に図示した
もの、 第3図は、アルミニウムなどの配線を拡散層からペレッ
ト外周付近まで形成した状態を示したもの、 第4図は、第3図の■−v’矢視断面図、第5図は、第
3図における工程の後、ベレツ)上部全表面に金線など
のボンディングワイヤとの接合する予定の部分に開孔部
を持つ、第二絶縁膜を形成した状態を示したもの、 第6図は、第5図のM−■矢視断面図、第7図は、第5
図に示す工程の後、ワイヤボンディングをした状態を示
したもの、 第8図は、第7図の■−■矢視断面図に加えて、ボンデ
ィングの瞬間におけるキャピラリも同時に示したもの、 第9図から第14図は、本発明実施例…を、製造工程の
laK図示したもの、 第9図は、アルミニウムなどの配線を、拡散層とのコン
タクト孔からペレット外周付近まで、形成した状態を示
したもの、 第10図は、第9図のX−X矢視断面図、第11図は、
第9図に示す工程の後、ペレット上部全表面K、ボンデ
ィングをする予定の領域に開孔部を持つ、PSGなどの
第二絶縁膜を形成した状態を示し、たもの、 第12図は、第11図の刈−刈矢視断面図、第13図は
、第11図に示す工程の後、ワイヤボンディングした状
態を示したもの、 第14図は、第13図のxw−x■’矢視断面図に、ボ
ンディングの瞬間におけるキャピラリを同時に図示した
もの。 l・・・ペレット、2・・・電極、3・・・ボンディン
グワイヤ、4・・・タブ、5・・・リードフレーム、6
・・・樹脂、7・・・シリコン基板、8・・・拡散層、
9・・・二酸化シリコン膜、10・・・電極、10a・
・・アルミニウム配線、10b・・・貫通孔、11・・
・コンタクト孔、12・・・PSG膜、13・・・開孔
部、14・・・ボンディングワイヤ、14a・・・ボン
ディングワイヤのポール部、15・・・キャピラリ、1
6・・・アルミニウム配線、16a・・・アルミニウム
配線、16b・・・貫通孔、17・・・開孔部。 第  1  図 第  2  図 第  3  図 第  4  図 第  5  図 1σ久 第  6  図 第  7  図 第  8vA 一 第  9  図 第10図 第  11 図 第12図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ペレットとペレット外部との導通を図るためのメタ
    ルパッドであって、その周辺部又は、前記パッドと諸素
    子の形成されている領域間を導通させる配線の少なくと
    も一部には、上層と下層の絶縁膜を連通するための貫通
    孔が設けられたことを特徴とする半導体装置。 2、(a)第1膜 (b)第2膜 (c)上記第1膜と上記第2膜の間に介在してなる第3
    膜 (d)外部から力の加わる上記第3膜に形成された凹部
    とからなることを特徴とする半導体装置。 3、(a)上記第1膜は二酸化シリコン (b)上記第2膜はPSG(フォス・シリケイト・ガラ
    ス) (c)上記第3膜はアルミニウム (d)ボンディングワイヤから力の加わる上記第3膜に
    設けられた凹部 とからなることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載
    の半導体装置。 4、(a)第1膜 (b)第2膜 (c)上記第1膜と上記第2膜の間に介在してなる第3
    膜 (d)ボンディングワイヤによって覆われた上記第2膜
    に設けられた開孔部 (e)上記ボンディングワイヤによって力の加わる上記
    第3膜に設けられた凹部 とからなることを特徴とする半導体装置。 5、(a)第1膜 (b)第2膜 (c)上記第1膜と上記第2膜の間に介在してなる第3
    膜 (d)上記第2膜に設けられた開孔部 (e)上記開孔部の内側に形成された第3膜(f)ボン
    ディングワイヤから力の加わる第3膜に設けられた凹部
    とからなることを特徴とする半導体装置。 6、(a)第1膜 (b)第2膜 (c)上記第1膜と上記第2膜の間に介在してなる第3
    膜 (d)ボンディングワイヤによって覆われた上記第2膜
    に設けられた開孔部 (e)上記開孔部の内側に形成された第3膜(f)上記
    ボンディングワイヤによって力の加わる上記第3膜に設
    けられた凹部 とからなることを特徴とする半導体装置。 7、(a)上記第1膜は二酸化シリコン (b)上記第2膜はPSG(フォス・シリケイト・ガラ
    ス) (e)上記第3膜はアルミニウム とからなることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載
    の半導体装置。
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