JP2527457B2 - 半導体装置の電極構造 - Google Patents

半導体装置の電極構造

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Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明はワイヤボンディングされる半導体装置の電
極部の構造に関する。
（ロ）従来の技術 従来ICチップのような半導体装置の電極部において
は、半導体基板上にPSG（phospho silicate glass）やB
PSG（boro phospho silicate glass）のようなCVD（che
mical vapor deposition）絶縁膜または熱酸化シリコン
膜から成る絶縁層を介してアルミニウムまたはアルミニ
ウムシリコンから成る金属電極が形成され、その金属電
極にAuワイヤを用いてワイヤボンディングを行うように
している。
（ハ）発明が解決しようとする課題 Auワイヤを用いたワイヤボンディングにおいては、Au
が柔らかく延性に優れているため、金属電極の下部に存
在する絶縁層は、PSGやBPSGというような機械的に脆い
層であっても、ワイヤボンディングによるクラックの発
生は見られなかった。しかしながら、銅ワイヤを用いて
ワイヤボンディングする場合には、銅ワイヤはAuワイヤ
に比べて硬く、また延性に劣るため、ワイヤボンディン
グ時に、ワイヤ先端のボールが金属電極中に入り込んで
下部絶縁層にクラックを発生させるという問題があっ
た。
この発明はこのような事情を考慮してなされたもの
で、銅ワイヤを用いてワイヤボンディングを行っても、
電極下部の絶縁層がクラックを発生することのない半導
体装置の電極構造を提供するものである。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた
金属電極と銅ワイヤを用いて、ボールボンディング法に
よりワイヤボンディングする半導体装置の電極構造にお
いて半導体基板に形成されたLOCOS酸化膜上に、ワイヤ
ボンディング時に加わる外力から上記LOCOS酸化膜から
保護する窒化シリコン膜又はチタンタングステン膜のみ
を介して上記金属電極が形成されていることを特徴とす
る半導体装置の電極構造である。保護膜の厚さ0.05〜0.
6μｍのチッ化シリコン膜または厚さ0.1〜0.6μｍのTi
−Ｗ膜であることが好ましい。
更にこの発明は、半導体基板上に絶縁層を介して設け
られた金属電極に銅ワイヤを用いてボールボンディング
法によりワイヤボンディングする電極構造において、ワ
イヤボンディング時の金属電極中に金属電極よりも硬度
の高い金属を含有させ、金属電極の硬度を増大させたこ
とを特徴とする半導体装置の電極構造である。アルミニ
ウムやアルミニウム・シリコンの金属電極には、銅を含
有させることが好ましい。
また、本発明は、半導体基板上に絶縁膜を介して設け
られた金属電極に銅ワイヤを用いてボールボンディング
法によりワイヤボンディングする半導体装置の電極構造
において、金属電極の変形を抑制する保護膜を銅ワイヤ
先端のボール部と金属電極との接合面に部分的に介在さ
せた構造であって、保護膜が円形の開口部を有し、該開
口部を介して上記ボール部と金属電極とが接し、上記開
口部の周縁部がボールと金属電極との間に介在すること
を特徴とする半導体装置の電極構造である。この保護膜
としては電極近傍のパッシベーション膜等の絶縁層を金
属電極上に延出して形成しても良いし、Ti−Ｗ膜または
Ｗ膜を別に設けるようにしてもよい。
（ホ）作 用 金属電極と絶縁層との間に保護膜を設けた場合には、
ワイヤボンディング時に金属電極に加わる外力が絶縁層
まで伝達されないので、絶縁層が機械的にもろい層であ
ってもクラックを生じることがほとんど無い。また、金
属電極中に金属電極よりも硬度の高い金属を含有させた
場合には、金属電極の硬度が増大しワイヤボンディング
時に、ワイヤ先端のボール部が金属電極内に入り込むこ
とが抑制されるので、その下部の絶縁層に加えられるワ
イヤボンディング時の外力が金属電極でさえぎられて絶
縁層のクラックの発生が防止される。更に、ワイヤ先端
のボール部と金属電極との接合面に部分的に保護膜を設
けた場合には、ワイヤボンディング時にワイヤ先端のボ
ール部が保護膜で支持され金属電極内に入り込むことが
抑制されるので、ワイヤボンディング時の外力が、直
接、絶縁層に伝達されずに、金属電極下部の絶縁層のク
ラックの発生率が低減される。
（ヘ）実施例 以下、図面に示す実施例に基づいて、この発明を詳述
する。これによって、この発明が限定されるものではな
い。
第１図に示す実施例において、１はシリコン基板、２
は基板１上に形成された厚さ0.7μｍのLOCOS（local ox
idation of silicon）酸化膜、３はLOCOS酸化膜２の上
に形成された厚さ0.5μｍのPSG、BPSG又はSiO2から成る
絶縁層、４はアルミ・シリコンを用いて形成された厚さ
1.0μｍの電極、５は電極４と絶縁層３との間に保護膜
としてCVD法で形成された厚さ0.05〜0.6μｍのチッ化シ
リコン膜、６は厚さ0.6μｍのパッシベーション膜、７
は電極４にボールボンディング法によってワイヤボンデ
ィングされた直径30μｍの銅ワイヤである。
第２図に示す実施例において、シリコン基板11上に形
成された厚さ0.7μｍのLOCOS酸化膜12上に、CVD法で厚
さ0.05〜0.6μｍのチッ化シリコン膜15が保護膜として
形成される。その上に厚さ1.0μｍの電極14が形成さ
れ、更に、厚さ0.5μｍのPSG、BPSG又はSiO2から成る絶
縁層13及び厚さ0.6μｍのパッシベーション膜16が形成
され、電極14の上面に銅ワイヤ17がボールボンディング
法によりワイヤボンディングされる。
第３図に示す実施例において、シリコン基板21上に厚
さ0.7μｍのLOCOS酸化膜22が形成され、更にその上に厚
さ0.5μｍのPSG、BPSG又はSiO2から成る絶縁層23が形成
され、その上に保護膜として厚さ0.1〜0.6μｍのTi−Ｗ
膜25が形成される。Ti−Ｗ膜25の真上にアルミニウム・
シリコンから成る厚さ1.0μｍの電極24が形成され、電
極24の上部以外は厚さ0.6μｍのパッシベーション膜26
によって被覆される。そして、電極24の上面には直径30
μｍの銅ワイヤ27がボールボンディング法によってワイ
ヤボンディングされる。
第４図に示す実施例においてはシリコン基板31の上に
厚さ0.7μｍのLOCOS酸化膜32が形成され、その上に保護
膜として厚さ0.1〜0.6μｍのTi−Ｗ膜35とPSG、BPSG又
はSiO2から成る厚さ0.5μｍの絶縁層33が形成される。
そしてTi−Ｗ膜35の真上にはアルミニウム・シリコンか
ら成る厚さ1.0μｍの電極34が形成され、電極34以外に
は厚さ0.6μｍのパッシベーション膜36が形成される。
そして、電極34の上面には直径30μｍの銅ワイヤがボー
ルボンディング法によりワイヤボンディングされる。
第５図に示す実施例においては、シリコン基板41の上
に厚さ0.7μｍのLOCOS酸化膜42が形成され、更にその上
に厚さ0.5μｍのPSG、BPSGまたはSiO2から成る絶縁層43
が形成され、その上面にアルミニウム・シリコンに銅を
含有させた金属（Al−１％Si−２％Cu）から成る電極44
が形成され、電極44の上面を残して厚さ0.6μｍのパッ
シベーション膜46が形成される。そして、電極44の上面
には直径33μｍの銅ワイヤ47が銅ボール45がボールボン
ディング法によってワイヤボンディングされる。
第６図に示す実施例においては、シリコン基板51の上
に厚さ0.7μｍのLOCOS酸化膜52が形成され、更にその上
に厚さ0.5μｍのPSG、BPSG又はSiO2から成る絶縁層53が
形成される。その上に厚さ1.0μｍのアルミニウム・シ
リコンから成る電極54が形成され、その上から厚さ0.6
μｍのパッシベーション膜56が形成される。そして、パ
ッシベーション膜56は、電極54の上部周辺を覆って形成
されるので、直径30μｍの銅ワイヤ57がワイヤボンディ
ングされるとき、つまり銅ボール55が電極54に接合され
る時、パッシベーション膜56の一部が銅ボール55と電極
54の間に部分的に介在することになる 第７図に示す実施例においては、シリコン基板61の上
に厚さ0.7μｍのLOCOS酸化膜62が形成され、更にその上
に厚さ0.5μｍのPSG、、BPSGまたはSiO2から成る絶縁層
63が形成される。さらに、その絶縁層63の上にアルミニ
ウム・シリコンから成る厚さ1.0μｍの電極64が形成さ
れ、更にその上から電極64の上面を残して厚さ0.6μｍ
のパッシベーション膜66が形成される。そして、電極64
の周縁上部には保護膜68が形成され、電極64の上面に直
径30μｍの銅ワイヤ67がワイヤボンディングされると、
銅ボール65は保護膜68を部分的に介して電極64の上面に
接合されることになる。
第８図は第６図及び第７図の要部上面図であり、電極
と銅ボールとの間に部分的に介在するパッシベーション
膜56または保護膜68の形状例を示すものである。なお、
電極4,14,24,34,54,64にはAl−１％Siを使用した。
第１〜４図に示す実施例においては、電極と電極下部
の絶縁層との間に保護膜を設けたため、ワイヤボンディ
ング時に電極に加わる外力が絶縁層まで伝達され、絶縁
層が機械的にもろい層であってもクラックを生じること
がほとんど無い。また、第５図に示す実施例によれば、
電極中に電極よりも硬度の高い金属を含有させたので、
電極の硬度が増大しワイヤボンディング時にワイヤ先端
のボール部が金属電極内に入り込むことが抑制され、そ
の下部の絶縁層に加えられるワイヤボンディング時の外
力が金属電極でさえぎられて電極下部の絶縁層のクラッ
クの発生が防止される。更に、第６〜７図に示す実施例
によれば、ワイヤ先端のボール部と電極との接合面に部
分的に保護膜を設けたため、ワイヤボンディング時に、
ワイヤ先端のボール部が保護膜で支持され電極内に入り
込むことが抑制されることにより、ワイヤボンディング
時の外力が、直接、絶縁層に伝達されないため、電極下
部の絶縁層のクラックの発生率が低減される。
これらの実施例の電極構造におけるクラック発生の有
無を従来例と比較したが、従来の電極構造においてはク
ラック発生率が70〜90％であるのに対し、これらの実施
例のクラック発生率はほとんど０％であることが確認さ
れた。なお、クラック発生有無の確認は、ワイヤボンデ
ィングされた銅ワイヤを硝酸で除去した後、NaOH水溶液
で電極をエッチングし、更に、絶縁層のクラック直下の
基板（シリコン単結晶）をエッチングし、クラックを顕
在化して、目視によってクラックの存在を確認する方法
を用いた。金属電極と電極下部の絶縁層との間に保護膜
として、Ti−Ｗ膜を用いる場合には、金属電極（Al−S
i）及びTi−Ｗ膜は王水にてエッチングする。
（ト）発明の効果 この発明によれば、電極下部の絶縁層にクラックが発
生することがなく、歩留りの高い銅ワイヤボンディング
が可能となり、安価で信頼性の高い半導体装置を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図ないし第７図はこの発明の実施例を示す縦断面
図、第８図は第６図及び第７図に示す実施例の要部上面
図である。 1,11,21,31,41,51,61……基板、 2,12,22,32,42,52,62……LOCOS酸化膜、 3,13,23,33,43,53,63……絶縁層、 6,16,26,36,46,56,66……パッシベーション膜、 4,14,24,34,44,54,64……電極、 7,17,27,37,47,57,67……銅ワイヤ、 5,15……チッ化シリコン膜、 25,35……Ti−Ｗ膜、 68……保護膜。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた
    金属電極と銅ワイヤを用いてボールボンディング法によ
    りワイヤボンディングする半導体装置の電極構造におい
    て、 半導体基板に形成されたLOCOS酸化膜上に、ワイヤボン
    ディング時に加わる外力から上記LOCOS酸化膜を保護す
    る窒化シリコン膜又はチタンタングステン膜のみを介し
    て上記金属電極が形成されていることを特徴とする半導
    体装置の電極構造。
  2. 【請求項２】半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた
    金属電極に銅ワイヤを用いてボールボンディング法によ
    りワイヤボンディングする半導体装置の電極構造におい
    て、 ワイヤボンディング時の金属電極中に金属電極よりも硬
    度の高い金属を含有させ、金属電極の硬度を増大させた
    ことを特徴とする半導体装置の電極構造。
  3. 【請求項３】半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた
    金属電極に銅ワイヤを用いてボールボンディング法によ
    りワイヤボンディングする半導体装置の電極構造におい
    て、 金属電極の変形を抑制する保護膜を銅ワイヤ先端のボー
    ル部と金属電極との接合面に部分的に介在させた構造で
    あって、保護膜が円形の開口部を有し、該開口部を介し
    て上記ボール部と金属電極とが接し、上記開口部の周縁
    部がボール部と金属電極との間に介在することを特徴と
    する半導体装置の電極構造。
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