JPWO2012005073A1 - 半導体装置、半導体パッケージ及びそれらの製造方法 - Google Patents
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- H01L2924/15738—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950 C and less than 1550 C
- H01L2924/15747—Copper [Cu] as principal constituent
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- H01L2924/20—Parameters
- H01L2924/201—Temperature ranges
- H01L2924/20106—Temperature range 200 C=<T<250 C, 473.15 K =<T < 523.15K
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Abstract
良好な初期接合性と、高い信頼性とを有するCuワイヤボンド接合が可能な電極(ボンディングパッド)を有する半導体装置、半導体パッケージ及びそれらの製造方法が得られる。半導体装置は、能動素子と、上記能動素子と電気的に接続されたアルミニウムを主成分とする電極(8)と、上記電極(8)の中央部のみに配置され、機械的強度が銅以上の応力緩和膜(6)とを備える。このようにすれば、ボンディングの際の能動素子へのダメージを少なくすることができ、ボンディングワイヤであるCuワイヤとボンディングパッドである電極との良好な接合をすることができる。
Description
この発明は、マイコンやパワートランジスタなど能動素子近傍にワイヤボンド用の電極が形成された半導体装置、半導体パッケージ及びそれらの製造方法に関するものである。
従来、半導体素子の電極と基板電極、または別の半導体素子の電極同士を電気的に繋ぐ方法として、アルミニウム(Al)、金(Au)、銅(Cu)などのワイヤボンドが用いられてきた。特に狭いピッチの電極(小パッド)には、ワイヤの機械的性質などからAuワイヤが主に用いられるが、コスト低減のためのCuワイヤも適用されてきている。Cuはワイヤ材の中で比較的機械的強度が高いため、半導体素子へのダメージ低減策として、半導体素子側の電極(ボンディングパッド)としてAlを主成分とした電極層の表面にCu膜を形成した構成(例えば特開昭63−164329号公報(特許文献1)参照)や、半導体素子上に、Alを主成分とした下地層と、バリア層と、ボンディングワイヤと接合するための接合層とがこの順に形成されたボンディングパッドが提案されている(例えば特開2002−76051号公報(特許文献2)参照)。
ところが、特許文献1に示したように、ボンディングパッド表面に機械的強度の高いCu膜を形成した場合、半導体素子へのダメージは低減されるが、ワイヤボンド時にパッド表面が変形しにくいことからボンディングパッドの表面酸化膜が破れにくく、初期接合性が低下することが問題になっていた。
また、特許文献2に示したような、機械的強度の高いバリア層を接合層と下地層との間に挿入した場合は、初期接合性をある程度維持しながら半導体素子へのダメージは低減されるが、ワイヤボンディング時に排斥されるボンディングパッドの中に、軟らかい接合層および下地層と硬いバリア層とが混在することになる。そのため、機械的強度差が大きいバリア層と下地および接合層との界面に亀裂が生じる。そして、これが起点となって、下地層まで亀裂(クラック)が進展して、半導体装置の長期信頼性が低下することが問題となっていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、良好な初期接合性と、高い信頼性とを有するCuワイヤボンド接合が可能な電極(ボンディングパッド)を有する半導体装置、半導体パッケージ及びそれらの製造方法を提供することである。
この発明に従った半導体装置は、能動素子と、上記能動素子と電気的に接続されたアルミニウムを主成分とする電極と、上記電極の中央部のみに配置され、機械的強度が銅以上の応力緩和膜とを備える。
本発明により、ボンディングの際の半導体素子へのダメージを少なくすることができ、ボンディングワイヤとボンディングパッドとの良好な接合をすることができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施の形態)
図1を用いて、本発明による半導体装置の構造を説明する。
図1を用いて、本発明による半導体装置の構造を説明する。
本発明による半導体装置は、能動素子(図示せず)を含む半導体素子3と、絶縁層4と、電極としてのボンディングパッド8とを備える。半導体素子3の上に絶縁層4が形成されている。上記絶縁層4の上に、上記能動素子と電気的に接続されるボンディングパッド8が形成されている。ボンディングパッド8上に、当該ボンディングパッド8の上部表面を規定する開口部16が形成された被覆層15が配置されている。ボンディングパッド8は、アルミニウムを主成分とする電極であり、図1に示したCuワイヤ1がワイヤボンディングされるパッド電極である。ボンディングパッド8は、第1配線層5と、応力緩和膜6と、第2配線層7とを含む。第1配線層5および第2配線層7は、それぞれアルミニウムを主成分とする導電体層である。第1配線層5は、上記絶縁層4上に形成されている。上記第1配線層の上に、応力緩和膜6が形成されている。応力緩和膜6上には第2配線層7が形成されている。応力緩和膜6は、平面視においてボンディングパッド8の中央部にのみ配置される。応力緩和膜6は、その機械的強度(モース硬度)が銅以上となっている(つまり応力緩和膜6のモース硬度は、銅のモース硬度より大きくなっている)。第2配線層7上に上記被覆層15が配置されている。
図1に示した本発明による半導体装置は、ボンディングパッド8の中央部のみに銅以上の機械的強度を有する応力緩和膜6を備えているため、後述するようにCuワイヤ1接合時にAlからなるボンディングパッド8の表面の変形を妨げず、良好な初期接合性を確保できる。
図1を用いて、半導体装置の製造方法を説明する。
まず、従来周知の方法により能動素子(図示せず)が形成された半導体素子3を準備する。半導体素子3は、たとえば半導体基板と、当該半導体基板に形成された能動素子とを含んでいてもよい。この能動素子は、たとえばマイコン、パワートランジスタなどを構成する素子であってもよい。そして、半導体素子3の上部表面上にCVD法や熱酸化法などにより絶縁層4を形成する。その上に、スパッタリング法などによりAlからなる第1配線層5を形成する。次に、第1配線層5上に応力緩和膜6を形成する。応力緩和膜6を形成するための方法として、従来周知の任意の方法を用いることができる。たとえば、第1配線層5上に、図1に示した応力緩和膜6が形成されるべき領域に開口パターンを有するレジスト膜を、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。そして、スパッタリング法などにより、機械的強度が銅以上であるチタン(Ti)などからなる導電体層(図示せず)を、上記開口パターン内部およびレジスト膜上に形成する。続いて、薬液などを用いてレジスト膜を除去する。この結果、レジスト膜上に形成されていた導電体層の部分がレジスト膜とともに除去される(リフトオフ)。このようにして、ボンディングパッド8の平面視における中央部のみに応力緩和膜6を形成することができる。
まず、従来周知の方法により能動素子(図示せず)が形成された半導体素子3を準備する。半導体素子3は、たとえば半導体基板と、当該半導体基板に形成された能動素子とを含んでいてもよい。この能動素子は、たとえばマイコン、パワートランジスタなどを構成する素子であってもよい。そして、半導体素子3の上部表面上にCVD法や熱酸化法などにより絶縁層4を形成する。その上に、スパッタリング法などによりAlからなる第1配線層5を形成する。次に、第1配線層5上に応力緩和膜6を形成する。応力緩和膜6を形成するための方法として、従来周知の任意の方法を用いることができる。たとえば、第1配線層5上に、図1に示した応力緩和膜6が形成されるべき領域に開口パターンを有するレジスト膜を、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。そして、スパッタリング法などにより、機械的強度が銅以上であるチタン(Ti)などからなる導電体層(図示せず)を、上記開口パターン内部およびレジスト膜上に形成する。続いて、薬液などを用いてレジスト膜を除去する。この結果、レジスト膜上に形成されていた導電体層の部分がレジスト膜とともに除去される(リフトオフ)。このようにして、ボンディングパッド8の平面視における中央部のみに応力緩和膜6を形成することができる。
その後、応力緩和膜6上および第1配線層5の露出した上部表面を覆うように、スパッタリング法などにより第2配線層7を形成する。この第2配線層7上に、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜(図示せず)を形成する。当該レジスト膜には、ボンディングパッド8の平面形状に対応する開口パターンが形成されている。このレジスト膜をマスクとして用いて、だ2配線層7および第1配線層5を部分的に除去することにより、所定の平面形状を有するボンディングパッド8を形成する。その後、レジスト膜を除去する。
さらに、第2配線層7上に、被覆層15となるべき膜を、CVD法などを用いて形成する。この膜上に、図1に示した開口部16となる領域に開口パターンが形成されたレジスト膜をフォトリソグラフィ法などを用いて形成する。そして、当該レジスト膜をマスクとして用いて、開口パターン内において露出している上記膜を部分的に除去する。この結果、上記膜において図1に示す開口部16が形成される。その後、レジスト膜を除去する。この結果、開口部16を有する被覆層15を形成することができる。このようにして、図1に示した本発明による半導体装置を得ることができる。
次に、図1〜図4を用いて、図1に示した半導体装置を用いた、本発明による半導体パッケージの製造方法を説明する。
まず、導電部22を含むフレーム23(図4参照)を準備する。次に、上記の製造方法により作製された半導体装置20を上記フレーム23に隣接して(具体的にはフレーム23上の所定の位置に)配置する。なお、フレーム23と半導体装置20とは、互いに接続層などにより接続固定されていてもよい。半導体装置20の上部表面には、図1に示した断面構造のボンディングパッド8が複数形成されている。また、フレーム23には、半導体装置20を配置する領域を囲むように、複数の導電部22が形成されている。上記半導体装置20のボンディングパッド8と上記導電部22とを、Cuワイヤ1で接続することにより、本発明による半導体パッケージを得ることができる。
次に、本発明による半導体装置による効果をより詳しく説明するため、上記半導体装置のボンディングパッド8とCuワイヤ1との接続工程を以下に説明する。図2のように、Cuワイヤ1の接合部として、Cuワイヤ1の端部を加熱溶融することによってボール部2を形成する。このボンディングパッド8の表面にボール部2の表面を接触させる。この後、ワイヤボンド装置(ワイヤボンダ)のツールをボール部2に接触させ、ボール部2をボンディングパッド8側に押圧するように荷重を加えるとともに超音波を印加する。この結果、Cuワイヤ1のボール部2の表面と、ボンディングパッド8の表面との表面酸化膜を塑性変形により機械的に破壊できる。そして、ボール部2とボンディングパッド8との表面のうち上記表面酸化膜が破壊され、互いに接触した部分(接合領域)において、熱拡散が起きることにより、図2および図3に示す合金層11が形成される。そして、Cuワイヤ1が図2および図3に示すように半導体素子3側に押し込まれた状態で、ボンディングパッド8とCuワイヤ1のボール部2とが接続固定される。
このようにして、Cuワイヤ1をボンディングパッド8にワイヤボンディング(接合)することができる。このとき、応力緩和膜6がボンディングパッド8の平面視における中央部に予め形成されているため、Cuワイヤ1を半導体素子3側に押圧する(ワイヤボンディングを行なう)ことに起因して半導体素子3に加わる応力の値を小さくできる(つまり、応力緩和膜6を半導体素子3の保護層として利用できる)。また、ボンディングパッド8の中央部のみに応力緩和膜6が形成されているので、ワイヤボンディングの結果として形成される排斥物10(図2参照)に、応力緩和膜6に起因する合金層が含まれる可能性を低くできる。このため、当該排斥物10において、上記合金層の存在に起因して亀裂が発生するといった問題が起きることを避けることができる。
なお、上記半導体素子3上のボンディングパッド8上に、開口部16(図1参照)と同様形状の開口パターンを有するマスクを形成し、スパッタ装置などでボンディングパッド8の表面およびマスクの上部表面上に所定厚さのCu層(図示せず)を形成することができる。その後、マスクを除去することにより、ボンディングパッド8の表面上のみにCu層を形成できる。
このとき、当該Cu層の形成に先立って、逆電極スパッタやアルゴンプラズマなどで、ボンディングパッド8の表面の酸化膜を除去する工程を実施することが望ましく、Cu層の成膜時の真空度が高い方がより望ましい。この後、高真空または窒素や水素、またはこれらの混合ガス雰囲気下(つまりCu層などが通常の大気雰囲気より酸化しにくい環境下)で、加熱温度を200℃以上かつボンディングパッド8の構成材料の融点以下とした熱処理を行なうことにより、ボンディングパッド8の表面にCu−Al合金からなる合金層(図示せず)を形成してもよい。
次に、図3および図4を用いて、半導体パッケージ24の構造を説明する。
本発明による半導体パッケージ24は、導電部22を含むフレーム23に隣接して(たとえばフレーム23上の所定の位置に)、ボンディングパッド8を含む半導体装置20が配置されており、ボンディングパッド8と上記導電部22とが導電線としてのCuワイヤ1で接続されている。
本発明による半導体パッケージ24は、導電部22を含むフレーム23に隣接して(たとえばフレーム23上の所定の位置に)、ボンディングパッド8を含む半導体装置20が配置されており、ボンディングパッド8と上記導電部22とが導電線としてのCuワイヤ1で接続されている。
ここで、本発明による半導体装置は、図1に示すように平面視した場合の中央部のみに銅以上の機械的強度を有する応力緩和膜6を備えている。また、応力緩和膜6の上を覆うようにAlを含む第2配線層7が形成されている。このため、図2および図3に示すようにCuワイヤ1をボンディングパッド8に接合する時に、Alからなるボンディングパッド8の表面の変形を妨げず、良好な初期接合性を確保する。
また、本発明による半導体装置は、ボンディングパッド8の中央部のみに銅以上の機械的強度を有する応力緩和膜6を備えているため、Cuワイヤ接合時にCuワイヤ1からの応力が絶縁層4や半導体素子3に直接的に加えられることがなく、半導体素子3へのダメージを低減する。
さらに、本発明による半導体装置は、ボンディングパッド8の中央部のみに銅以上の機械的強度を有する応力緩和膜6を備えているため、Cuワイヤ1の接合時に、排斥物10(図2参照)などの中に応力緩和膜6の一部が含まれる可能性が低い。つまり、第1配線層5及び第2配線層7からなる排斥物10の内部に応力緩和膜6の断片が含有される可能性が低いため、排斥物10内部において界面剥離(応力緩和膜6の断片と排斥物10の他の部分との界面における剥離)が起きる可能性が低い。この結果、半導体装置20および当該半導体装置を用いた半導体パッケージ24において長期信頼性を確保することができる。
以下、比較例と対比しながら本発明による半導体装置の効果をより具体的に説明する。
まず、図5を用いて、比較例の半導体装置の構造を説明する。
まず、図5を用いて、比較例の半導体装置の構造を説明する。
比較例の半導体装置では、半導体素子103の上に絶縁層104が形成されている。上記絶縁層104の上にはボンディングパッド108が形成されている。ボンディングパッド108上には、開口部116を有する被覆層115が形成されている。ボンディングパッド108は、絶縁層104上に形成された第1配線層105と、上記第1配線層105の上に、全面にわたって形成されたバリアメタル層106と、上記バリアメタル層106の上に形成された第2配線層107とを含む。
図6〜図8を参照して、図5に示した比較例の半導体装置を用いた、比較例の半導体パッケージの製造方法を説明する。
比較例の半導体パッケージの製造方法について後述するボンディング工程(ボンディングパッド108とCuワイヤ101との接続工程)は、既に述べた本発明による半導体パッケージの製造方法におけるボンディング工程と基本的に同様である。まず、導電部を含むフレーム(図示せず)を準備する。次に、図5に示したボンディングパッドを備える半導体装置を準備する。そして、当該半導体装置を上記フレームに隣接して(たとえばフレーム上に)配置する。上記半導体装置のボンディングパッド108と上記導電部とをボンディングワイヤで接続することにより、比較例による半導体パッケージを得ることができる。
上記半導体装置のボンディングパッドとボンディングワイヤ(Cuワイヤ)との接続は以下のように行なう。まず、Cuワイヤ101の接合部を加熱溶融することによってボール部102を形成する。そして、当該ボール部102をボンディングパッド108と接触させる。この後、ワイヤボンド装置(ワイヤボンダ)のツール109を、図6のようにボール部102に接触させ、矢印118の方向に荷重を加える。また同時に、矢印119(図6参照)の方向に超音波を印加することにより、ボール部表面102aとボンディングパッド表面108aとの表面酸化膜を塑性変形により機械的に破壊する。そして、ボール部表面102aとボンディングパッド表面108aとの接合領域において熱拡散が起きることにより、図7に示す合金層111が形成される。そして、Cuワイヤ101が図7および図8に示すように半導体素子103側に押し込まれた状態、ボンディングパッドとCuワイヤ101とが接続固定される。このようにして、Cuワイヤ101をボンディングパッドにワイヤボンディング(接合)することができる。このとき、ボール部102は、第1配線層107よりも硬いため、図7に示す排斥物110が生じる。またこの際、バリアメタル層106は破壊され、そのまま残存するバリアメタル層106aと、ボール部102近傍にある細かく破砕されたバリアメタル層106bと、排斥物110に巻き込まれたバリアメタル層106cとに大きく分離することになる。排斥物110は、基本的に第1配線層107からの排斥物107bと、細かく破砕されたバリアメタル層106bと、第2配線層105からの排斥物105bとからなる。この際、排斥物105b、107bは成分が同一であり、機械的特性も同じで比較的軟らかい。一方、破砕されたバリア層106bは上記排斥物105b、107bなどに比べて相対的に硬い。そのため、図8に示すように排斥物110内の排斥物105bおよび排斥物107bからなる領域と、バリアメタル層106bからなる領域との界面でクラック112が発生する。そして、当該クラック112が進展していくことで、ボンディングパッドとCuワイヤ101との接合強度が低下する。なお、クラック112が発生しているかどうかは、Cuワイヤ101を引っ張った時の破断位置が、Cuワイヤ101とボール部102との界面であるか、絶縁層104とボール部102との界面であるかで判断することができる。特に熱処理後は合金層111が成長するため、上記のような判断が容易となる。
一方、本発明による半導体パッケージ24では、半導体装置20のボンディングパッド8とCuワイヤ1との接続において、比較例で示した図8のようなクラックは発生しない。本発明において、ボール部2は、第1配線層5及び第2配線層7よりも硬いため、ワイヤボンディング時には図2に示す排斥物10が生じる。また、応力緩和膜6は、機械的強度(モース硬度)がCuよりも大きく、ボンディングパッド8の中央部のみに配置されているので、Cuワイヤ1が半導体素子3側に押圧されることに起因する応力が半導体素子3に直接的に加えられることを抑制できるとともに、応力緩和膜6はワイヤボンディング時に細かく破砕されない。よって、ワイヤボンディング後(接合後)の応力緩和膜6は、細かく破砕されて排斥物10内に巻き込まれることはない。それゆえ、排斥物10は、基本的に第1配線層5からの排斥物と、第2配線層7からの排斥物とからなり、応力緩和膜6が細かく破砕された領域と第1配線層5および第2配線層7からの排斥物により構成される領域との界面も生じない。
したがって、本発明による半導体装置のボンディングパッド構造を用いれば、半導体素子3へのダメージが低く、Cuワイヤとボンディングパッドとの接合部における良好な初期接合性及び長期信頼性を有することが示された。
なお、ハンドリング性を向上させるために、本発明による半導体素子3は、Cuなどからなるリードフレームにはんだなどを用いてダイボンドしたものを用いてもよい。通常、半導体素子3側とリードフレーム側(フレーム23側)の各電極同士をワイヤで接合する(すなわち、半導体素子3側のボンディングパッド8側とフレーム23側の銅でん部22との2回、ワイヤボンドを行なう。この場合、半導体素子3側を一次ボンディング、フレーム側を2次ボンディングと称することが一般的である)。しかし、本発明の効果は、半導体素子3側で顕著に得られるため、上述した実施の形態においては、半導体素子3側(1次ボンディング側)についてのみ詳細に述べている。
(実施例1)
(試料)
Cuワイヤとして、直径φ:30μm、Cu純度99.99%の、田中電子工業株式会社製のTPCWを用意した。また、半導体素子として、日立超LSI株式会社製のTEGチップを用意した。TEGチップは、150μmピッチでφ70μm開口のDaisyパターンを有する10mm□×t0.25mm(縦10mm×横10mm×厚さ0.25mm)のチップである。当該チップに形成されているボンディングパッド8は、SiO2/Al−Si/窒化チタン(TiN)/Al―Si=150/100/500/100/1000nmという積層構造を有する。なお、今回の実験では形成していないが、SiO2とAl−Siとの間には、密着強度を向上させるために、約70nmの厚みのTiN層を挿入してもよい。さらに、TiN層は、TiとTiNの2層から形成されてもよい。
(試料)
Cuワイヤとして、直径φ:30μm、Cu純度99.99%の、田中電子工業株式会社製のTPCWを用意した。また、半導体素子として、日立超LSI株式会社製のTEGチップを用意した。TEGチップは、150μmピッチでφ70μm開口のDaisyパターンを有する10mm□×t0.25mm(縦10mm×横10mm×厚さ0.25mm)のチップである。当該チップに形成されているボンディングパッド8は、SiO2/Al−Si/窒化チタン(TiN)/Al―Si=150/100/500/100/1000nmという積層構造を有する。なお、今回の実験では形成していないが、SiO2とAl−Siとの間には、密着強度を向上させるために、約70nmの厚みのTiN層を挿入してもよい。さらに、TiN層は、TiとTiNの2層から形成されてもよい。
上述したチップについて、実施例の試料として、図1に示すように、開口部16の径が70μmであるのに対して、中央部に(上記Al−Si層とAl−Si層との間に)直径30μmの応力緩和膜6としての上記TiNを形成したチップを準備した。
また、比較例の試料として、図5に示すように、開口部116よりも大きい範囲でバリアメタル層106としてのTiNを形成したチップを準備した。
また、Cuフレームとして、厚さ0.5mmの無酸素銅に、銀めっきを5μm施したものを用意した。Cuフレーム表面に、ソルダーペーストとして、例えばM10−374FS(合金組成:Sn−5Sb:wt%、融点約240℃)を12mm□開口(縦12mm×横12mmの開口パターン)を有する厚さ0.2mmのステンレスマスクで印刷した。そして、当該ソルダーペースト表面上にチップ(半導体素子)を搭載後、280℃に設定されたホットプレート上でCuフレームを40秒間加熱することにより、チップをCuフレーム表面にダイボンドすることができる。その後、チップが接続されたCuフレームをアセトンで超音波をかけながら5分間洗浄した。このようにして、実施例および比較例のダイボンドサンプルを得る。
(試験方法)
上記ダイボンドサンプルにおけるチップ(半導体素子)のボンディングパッドに、上記Cuワイヤ1をボンディングするために用いる装置(ボンダ)として、例えば株式会社カイジョー製の、フルオートワイヤボンドFB−880を使うことが出来る。この装置に、上述したダイボンドサンプルを載せ、また、Cuワイヤをセットする。そして、4体積%水素と窒素との混合ガスを5L/minで、ボンディングツール近傍に吹き付けながら、ワイヤ長6mm、ループ高さ100μmの設定でワイヤボンディングを行なった。なお、チップのボンディングパッドに接続されたCuワイヤにピンセットで応力をかけて破断させたときに、破断モードがボール剥がれにならないような良好な接合が得られるように、ボンディングの条件(具体的には超音波パワーと荷重)をあわせ、時間については瞬時にフルパワーとなるように設定して、フルオートでワイヤボンディングを行なった。このときのボンディング温度を220℃とした。
上記ダイボンドサンプルにおけるチップ(半導体素子)のボンディングパッドに、上記Cuワイヤ1をボンディングするために用いる装置(ボンダ)として、例えば株式会社カイジョー製の、フルオートワイヤボンドFB−880を使うことが出来る。この装置に、上述したダイボンドサンプルを載せ、また、Cuワイヤをセットする。そして、4体積%水素と窒素との混合ガスを5L/minで、ボンディングツール近傍に吹き付けながら、ワイヤ長6mm、ループ高さ100μmの設定でワイヤボンディングを行なった。なお、チップのボンディングパッドに接続されたCuワイヤにピンセットで応力をかけて破断させたときに、破断モードがボール剥がれにならないような良好な接合が得られるように、ボンディングの条件(具体的には超音波パワーと荷重)をあわせ、時間については瞬時にフルパワーとなるように設定して、フルオートでワイヤボンディングを行なった。このときのボンディング温度を220℃とした。
そして、上記実施例および比較例の試料について、上記で設定した条件で、Cuワイヤ1を50本、それぞれ対応するボンディングパッド8へ50箇所接続した。その後、25箇所についてはワイヤプルテストを実施して破断モードを確認した。また、残り25箇所については、それぞれの接合部断面を、樹脂に埋め込み後研摩し、電子顕微鏡で5000倍にて観察した。
(結果)
実施例の試料については、ワイヤプルテストを行った25箇所は全てネック切れで良好なモードであることを確認した。また、断面観察を行った25箇所全てにおいて、図8に示したようなクラックが発生していないことを確認した。
実施例の試料については、ワイヤプルテストを行った25箇所は全てネック切れで良好なモードであることを確認した。また、断面観察を行った25箇所全てにおいて、図8に示したようなクラックが発生していないことを確認した。
一方、比較例の試料については、ワイヤプルテストを行った25箇所について、20箇所がボール界面剥がれと問題がある破断モードであった。また、断面観察を行った20箇所について、図8に示したようなクラック112が発生していることを確認した。
以上のことから、本発明による半導体装置のボンディングパッド構造が、半導体素子へのダメージが低く、良好な初期接合性及び長期信頼性を有することが示された。
(実施例2)
実施例1の評価において、応力緩和膜6のTiNを、Ti、タングステン、クロム、モリブデン、白金、タンタル、ニッケルに変えて、同様の実験を行った。その結果、同様の効果を確認した。
実施例1の評価において、応力緩和膜6のTiNを、Ti、タングステン、クロム、モリブデン、白金、タンタル、ニッケルに変えて、同様の実験を行った。その結果、同様の効果を確認した。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、Cuワイヤを接合する半導体装置および半導体パッケージに対して特に有利に適用される。
1,101 Cuワイヤ、2,102 ボール部、3,103 半導体素子、4,104 絶縁層、5,105 第1配線層、6 応力緩和膜、7,107 第2配線層、8,108 ボンディングパッド、9 ツール、10,110 排斥物、11,111 合金層、15,115 被覆層、16,116 開口部、20 半導体装置、22 導電部、23 フレーム、24 半導体パッケージ、102a ボール部表面、105a 残存する第1配線層、105b 第1配線層からの排斥物、106 バリアメタル層、106b 細かく破砕されたバリアメタル層、106c 巻き込まれたバリアメタル層、107a 残存する第2配線層、107b 第2配線層からの排斥物、108a ボンディングパッド表面、109 ツール、112 クラック、118,119 矢印。
Claims (6)
- 能動素子と、
前記能動素子と電気的に接続されたアルミニウムを主成分とする電極(8)と、
前記電極(8)の中央部のみに配置され、
機械的強度が銅以上の応力緩和膜(6)とを備えた、半導体装置。 - 前記応力緩和膜(6)が、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、白金、タンタル、ニッケル、またはこれらの合金のいずれかを含む、請求項1に記載の半導体装置。
- 導電部(22)を含むフレーム(23)と、
前記フレーム(23)に隣接して配置された請求項1に記載の半導体装置と、
前記半導体装置の前記電極(8)と前記導電部(22)とを電気的に接続する導電線(1)とを備えた、半導体パッケージ。 - 半導体基板上に能動素子を形成する工程と、
前記能動素子上にアルミニウムを主成分とする電極(8)を形成する工程とを備え、
前記電極(8)を形成する工程は、前記電極(8)の中央部のみに配置され、機械的強度が銅以上の応力緩和膜(6)を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。 - 前記応力緩和膜(6)が、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、白金、タンタル、ニッケル、またはこれらの合金のいずれかを含む、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 導電部(22)を含むフレーム(23)を準備する工程と、
前記フレーム(23)に隣接して、請求項4に記載の製造方法により製造された半導体装置(20)を配置する工程と、
前記半導体装置(20)の前記電極(8)と前記導電部(22)とを導電線(1)で接続する工程とを備えた、半導体パッケージの製造方法。
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