JP3724464B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部接続用ワイヤがボンディングされるボンディング用パッドを備える半導体圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に設けられたボンディング用パッドに外部接続用ワイヤをボンディングする従来技術として、例えば特開平１１−２３３５５３号公報に開示された技術が知られている。この従来技術においては、金線を外部接続用ワイヤとして使用するとともに、ボンディング用パッド上に形成される金球の外形に対応する開口部をボンディング用パッド上のパッシベ−ション膜に設ける。このようにして、パッシベ−ション膜の開口部を金球によって塞ぐことにより、その金球と接合されるボンディング用パッドが外部に露出されることを防止する。これにより、水分等によるボンディング用パッドの腐食の発生を防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術のように、ボンディング用パッド上に形成された開口部を塞ぐように金球を形成することは、金球の大きさや位置合わせの精度を精密に管理する必要があり、その製造工程は非常に手間がかかる。
【０００４】
従って、開口部から露出されたボンディング用パッドの一部の領域のみに外部接続用ワイヤをボンディングしながら、つまり、ワイヤがボンディングされた領域以外のボンディング用パッドが外部に露出することを許容しながら、ボンディング用パッドの腐食を防止できる技術が望まれている。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、外部接続用ワイヤのボンディング接合部によってカバーされないボンディング用パッドの腐食を効果的に防止することが可能な半導体圧力センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体圧力センサの構成について説明する前に、本発明者らの検討の結果明らかとなったボンディング用パッドの腐食のメカニズムについて説明する。
【０００７】
パッシベ−ション膜の開口部を介して露出するボンディング用パッドの一部の領域に、金線やアルミニウム線等の外部接続用ワイヤがボンディングされた場合、そのボンディング接合部の周囲には、ボンディング用パッドが露出されたまま残ることになる。このとき、パッシベ−ション膜の開口部に鋭利な角部があると、その角部に位置する部分からボンディング用パッドの腐食が進行する場合が多い。この点について、本発明者らが検討したところ、半導体装置の製造過程において、微量な金属を含む異物がパッシベ−ション膜の開口部の角部に残留しやすく、この異物と水分とが反応して、ボンディング用パッドの腐食が促進されることが明らかとなった。
【０００８】
そのため、請求項１に記載の半導体圧力センサは、所定の圧力検出部位に配置される圧力センサチップとして構成され、
圧力センサチップを外部と接続するためのボンディング用パッドと、
ボンディング用パッド上に開口部を有するパッシベーション膜と、
パッシベ−ション膜の開口部を介して露出されたボンディング用パッドの一部の領域にボンディングされ、その結果、残りの領域のボンディング用パッドが露出されたままとなる外部接続用ワイヤとを備え、
パッシベ−ション膜の開口部の形状が、略円形状、あるいは角部が面取りもしくは曲線状にされた多角形状であることを特徴とする。
【０００９】
上述したように、ボンディング用パッドの腐食は、微量な金属を含む異物と水分とが反応したときに促進される。このため、請求項１に記載の半導体圧力センサにおいては、ボンディング用パッド上に開口するパッシベ−ション膜の開口部の形状を略円形状、あるいは角部が面取りもしくは曲線状にされた多角形状にする。開口部をこのような形状にすることにより、上述した微量な金属を含む異物が洗浄等によって容易に除去されるので、パッシベ−ション膜の開口部に留まりにくくなる。従って、外部接続用ワイヤがボンディング用パッドの一部の領域にボンディングされ、その結果、残りの領域のボンディング用パッドが露出されたままとなる場合であっても、その腐食を抑制することが可能になる。
【００１０】
請求項２に記載した半導体圧力センサは、前記ボンディング用パッドに対して、前記パッシベ−ション膜によって覆われた配線を介して接続され、かつ検査時にテスト用プローブが接触されるプローブ用パッドをさらに備え、
前記パッシベ−ション膜は、前記プローブ用パッド上に開口部を有し、当該開口部の形状が、略円形状、あるいは角部が面取りもしくは曲線状にされた多角形状であることを特徴とする。
【００１１】
半導体チップに形成された電子回路の電気的特性を検査するために、半導体チップに形成されたボンディング用パッドにプローブ針を接触させる場合がある。しかしながら、プローブ針を接触させると、ボンディング用パッドの表面が傷つけられるので、そのボンディング用パッドに外部接続用ワイヤをボンディングした際の接合力が不十分となる不具合があった。そのため、ボンディング用パッドと別個にプローブ用パッドを形成することが行なわれている。この場合、プローブ用パッド上に開口する開口部の形状も、ボンディング用パッド上の開口部の形状と同様に、略円形状、あるいは角部が面取りもしくは曲線状にされた多角形状とすることが好ましい。これにより、開口部の角部を起点としたプローブ用パッドの腐食を抑制することができる。
【００１２】
ただし、プローブ用パッドにプローブ針が接触されることにより、そのプローブ用パッドの表面が荒れるため、その面荒れした部分に上述した微量の金属を含む異物が留まり易くなる。このため、プローブ用パッドに関しては、ボンディング用パッドに比較して腐食が生じ易くなる。この点に関しては、ボンディング用パッドとプローブ用パッドとをパッシベ−ション膜によって覆われた配線を介して接続することにより、万一、プローブ用パッドに腐食が発生しても、それがボンディング用パッドに進行するまでの期間を十分に長くすることができる。
【００１３】
請求項３に記載したように、前記ボンディング用パッド、プローブ用パッド、及び両パッドを接続する配線は、同一材料によって同一平面上に形成されることが好ましい。
【００１４】
例えば、特許第２５３６４１９号公報には、ボンディング用パッドとプローブ用パッドとを同一表面にそれぞれ並んだ状態で独立して設け、これらのパッドをスルーホールを介して同一の下部配線層に接続した構成が示されている。この構成により、露出されたボンディング用パッドが腐食された場合でも、スルーホール及び下部配線層を介して半導体チップの内部電子回路との電気的接続を確保している。しかしながら、ボンディング用パッドやプローブ用パッドの下地となる層間絶縁膜にスルーホールを形成したり、そのスルーホール内に層間接続材料を充填すると、製造工程が煩雑になるとともに、半導体装置の構成も複雑化してしまう。
【００１５】
これに対して、請求項３に記載の半導体圧力センサでは、ボンディング用パッド、プローブ用パッド、及び両パッドを接続する配線を、同一材料によって同一平面上に形成する。つまり、上述した請求項１及び請求項２の構成により、ボンディング用パッド及びプローブ用パッドの腐食を抑制することができるので、ボンディング用パッド、プローブ用パッド、及び両パッドを接続する配線を同一平面上に形成しても、腐食に対する十分な耐久性を備えることができる。そして、両パッド及び配線を同一材料によって同一平面上に形成することにより、その製造工程及び半導体圧力センサの構成をシンプルにすることができる。
【００１６】
請求項４に記載したように、前記配線は、前記ボンディング用パッド及びプローブ用パッドのそれぞれの中心を結ぶ線上において、両パッドを接続するように形成されることが好ましい。
【００１７】
プローブ用パッドの開口部の形状を、例えば、角部が面取りもしくは曲線状にされた多角形状とした場合であっても、腐食の起点となり易い位置はやはり開口部の角部である。そのため、角部を起点として腐食が始まった場合でも、その腐食がボンディング用パッドまで進行することを遅らせるために、各角部から最も離れた位置、すなわち両パッドの中心を結ぶ線上において、両パッドを接続する配線を形成することが有効である。
【００１８】
請求項５に記載したように、前記外部接続用ワイヤは、アルミニウムからなり、前記ボンディング用パッドに超音波接合されることを特徴とする。
【００１９】
外部接続用ワイヤとしてアルミニウム線を用いた場合、金線よりもコストが安いため、半導体装置全体としてのコスト低減に寄与できる。ただし、アルミニウム線は、通常、超音波接合によってボンディング用パッドにボンディングされるため、その接合部は球形とならない。従って、ボンディング用パッド上の開口部の形状をボンディング接合部の外形に合わせることは非常に困難であり、「従来技術」の欄において説明した特開平１１−２３３５５３号公報に開示された技術では、コストの安いアルミニウム線を用いることはできない。
【００２０】
それに対して、上述した各請求項に記載された構成によって、ボンディング用パッドが露出されている場合であっても、その腐食を抑制することができるので、外部接続用ワイヤのボンディング接合部の形状は問題とならず、コストの安いアルミニウム線を外部接続用ワイヤとして用いることができるのである。
【００２１】
請求項６に記載の半導体圧力センサにおいては、前記圧力センサチップが、ガラス台座に固定されることを特徴とする。
【００２２】
圧力を検出する検出素子が形成された圧力センサチップは、圧力基準室の形成や半導体チップへの熱的影響を低減するため、ガラス台座に固定される場合がある。この圧力センサチップは、ウエハ全体として１枚のガラス台座に接着された後に、ガラス台座とともにダイシングされることによって個別のチップに分離される。その際、ガラス台座の切粉の除去や摩擦の低減を目的として、潤滑液が用いられる。このような潤滑液には、不純物として微量な各種の金属成分が含まれており、この金属成分が異物として残留すると、ボンディング用パッドの腐食が促進されることになる。このため、圧力センサチップがガラス台座に固定されるものである場合には、微量な金属を含む異物が残留しにくい上述した構成を採用することが、ボンディング用パッドの腐食を防止する上で特に効果的である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。本実施形態では、半導体圧力センサにボンディング用パッド、プローブ用パッド及び両パッドを接続する配線を形成した。
【００２４】
図１は、本実施形態に係わる半導体圧力センサの平面図、図２は、半導体圧力センサの断面図である。
【００２５】
図１に示すように、半導体圧力センサ１は、半導体チップとして構成され、その中央部には、ダイヤフラム２が形成されている。そのダイヤフラム２が形成された部位には、４本のゲージ抵抗（ピエゾ抵抗）３が形成されている。これらの４本のピエゾ抵抗３は、相互に接続されてブリッジ回路を構成する。このブリッジ回路には、ブリッジ回路へ電圧を印加するための一対の電極用ボンディングパッド５ａ，５ｄ、及び各ピエゾ抵抗３の抵抗値変化に応じたブリッジ回路の検出信号を取り出すための一対の検出用ボンディングパッド５ｂ、５ｃが、各アルミ配線４ａ〜４ｄを介して接続されている。
【００２６】
上述した一対の電極用ボンディングパッド５ａ，５ｄ及び一対の検出用ボンディングパッド５ｂ、５ｃには、金線やアルミニウム線等の外部接続ワイヤがワイヤボンディングされ、その外部接続ワイヤを介して図示しない外部回路と電気的に接続される。
【００２７】
また、一対の電極用ボンディングパッド５ａ，５ｄ及び一対の検出用ボンディングパッド５ｂ、５ｃには、それぞれアルミ配線６ａ〜６ｄを介してプローブ用パッド７ａ〜７ｄが接続されている。このプローブ用パッド７ａ〜７ｄは、圧力センサチップに形成された回路の電気的特性を検査するために、プローブ針を接触させるためのパッドである。すなわち、各パッド７ａ〜７ｄにプローブ針を接触させて、電極パッド５ａ，５ｄに接続されたプローブ用パッド７ａ，７ｄに所定の電圧を印加したり、検出パッド５ｂ、５ｃに接続されたプローブ用パッド７ｂ、７ｃを介して検出信号を取り出したりする。
【００２８】
図２に、半導体圧力センサ１の断面図を示す。図２に示すように、半導体圧力センサ１の基板は、Ｐ―型シリコン基板１０及びこの表面に成長させたＮ―型エピタキシャル層１２にて構成されている。そして、Ｐ―型シリコン基板１０の一部が除去されてダイヤフラム２が形成されている。なお、上述したピエゾ抵抗３は、このダイヤフラム２におけるＮ―型エピタキシャル層１２の表層部に形成されている。
【００２９】
ピエゾ抵抗３が形成されたＮ―型エピタキシャル層１２の表面は、フィールド酸化膜８によって覆われている。そして、この酸化膜８の所定部分に形成されたコンタクトホールを通じてアルミ配線４ａ〜４ｄがピエゾ抵抗３に接続されている。
【００３０】
なお、各アルミ配線４ａ〜４ｄ、一対の電極パッド及び検出パッド５ａ〜５ｄ，各アルミ配線６ａ〜６ｄ、及び各プローブ用パッド７ａ〜７ｄは、１層のアルミ層をパターニングすることによって同一平面上に形成される。すなわち、各アルミ配線４ａ〜４ｄ，６ａ〜６ｄ及び各パッド５ａ〜５ｄ，７ａ〜７ｄは、アルミニウムを酸化膜８上に蒸着やスパッタリング等の手法によって付着させ、その後、そのアルミ層をパターニングすることによって形成されるのである。なお、各アルミ配線４ａ〜４ｄ，６ａ〜６ｄ及び各パッド５ａ〜５ｄ，７ａ〜７ｄを形成する材料としては、アルミに限らず、銅、金、白金などの他の金属材料を用いても良い。
【００３１】
また、図１及び図２には図示していないが、各配線４ａ〜４ｄ，６ａ〜６ｄ及び各パッド５ａ〜５ｄ，７ａ〜７ｄを覆うように、酸化膜８上に例えばシリコン窒化膜からなるパッシベ―ション膜が形成される。このシリコン窒化膜は、例えばプラズマＣＶＤ法等によって、酸化膜８上の各部において同じ厚さを持つように堆積形成される。
【００３２】
以上の構成を有する圧力センサチップは、圧力基準室の形成や圧力センサチップへの熱的影響を低減するため、図示しないガラス台座に固定（陽極接合）された上で、所定の圧力検出部位に配置される。圧力センサチップをガラス台座に固定する場合、各センサチップがダイシングによって切り離される前のウエハ状態において、ウエハ全体として１枚のガラス台座に接着される。その後、各センサチップがガラス台座とともにダイシングされることによって個別のチップに分離される。
【００３３】
次に、本実施形態の特徴である、ボンディングパッド５ａ〜５ｄ、プローブ用パッド７ａ〜７ｄ、及び両パッド５ａ〜５ｄ，７ａ〜７ｄを接続するアルミ配線６ａ〜６ｄについて詳しく説明する。なお、各パッド５ａ〜５ｄ，７ａ〜７ｄ，及びアルミ配線６ａ〜６ｄは、全て同じ構成を有するため、以下、パッド５ａ，７ａ，及びアルミ配線６ａに関して説明する。
【００３４】
図３及び図４に示すように、ボンディングパッド５ａ上において、パッシベ―ション膜２０に開口部２１が形成されている。そして、この開口部２１によって露出されるボンディングパッド５ａに対して、アルミニウム線である外部接続ワイヤ１５が超音波接合される。この結果、外部接続ワイヤ１５は、ボンディングパッド５ａにボンディング接合部１４を介して接続される。
【００３５】
外部接続ワイヤ１５のボンディング接合部１４は、図３に示されるように、開口部２１によって露出されたボンディングパッド５ａの一部の領域に形成され、そのボンディング接合部１４の周囲には、ボンディングパッド５ａが露出されたまま残る。このとき、パッシベ−ション膜２０の開口部２１に鋭利な角部があると、ガラス台座とウエハをダイシングする際に、その角部に微量な金属を含む異物が残留し、その異物と水分とが反応して、ボンディングパッド５ａの腐食が促進される。
【００３６】
そのため、本実施形態では、パッシベ―ション膜２０の角部２１ａを面取りして、その角度を広げることにより、上記した異物が残留しにくくした。すなわち、パッシベ―ション膜２０の開口部２１の角部２１ａを面取りすることにより、微量な金属を含む異物が洗浄等によって容易に除去されるので、パッシベ−ション膜２０の開口部２１に留まりにくくなる。従って、ボンディングパッド５ａが、ボンディング接合部１４の周囲に露出されている場合であっても、その腐食を抑制することができる。
【００３７】
なお、パッシベ―ション膜２０の開口部２１の角部２１ａを面取りするには、フィールド酸化膜８上にパッシベ―ション膜（シリコン窒化膜）２０を堆積した後に、開口部２１を形成するためのホトリソグラフィ工程において、マスクの形状を面取りした形状に対応して形成すれば良い。
【００３８】
ボンディングパッド５ａと配線６ａを介して接続されるプローブ用パッド７ａに関しても同様に、プローブ用パッド７ａ上に形成されるパッシベ―ション膜２０の開口部２２の角部２２ａを面取りした。これにより、プローブ用パッド７ａにおいても、パッシベ―ション膜２０の開口部２２の角部を起点とするプローブ用パッド７ａの腐食を抑制することができる。
【００３９】
ただし、プローブ用パッド７ａにプローブ針が接触することにより、そのプローブ用パッド７ａの表面が荒れるため、その面荒れした部分に上述した微量の金属を含む異物が留まり易くなる。従って、プローブ用パッド７ａに関しては、ボンディングパッド５ａに比較して腐食が生じ易くなることは否めない。この点に関しては、ボンディングパッド５ａとプローブ用パッド７ａとを独立させ、それらを接続するアルミ配線６ａをパッシベ−ション膜２０によって覆うことで対策を施している。つまり、万一、プローブ用パッド７ａに腐食が発生しても、プローブ用パッド７ａとボンディングパッド５ａとは独立しているため、即座にボンディングパッド５ａまで腐食が進行することがなく、さらに、両パッド５ａ、７ａを接続するアルミ配線６ａをパッシベ―ション膜２０によって覆っているので、プローブ用パッド７ａに生じた腐食がボンディングパッド５ａに進行するまでの期間を十分に長くすることができる。
【００４０】
さらに、本実施形態では、ボンディングパッド５ａとプローブ用パッド７ａとを接続するアルミ配線６ａに関して、両パッド５ａ，７ａの中心位置を結ぶ線上に位置するように形成している。プローブ用パッド７ａの開口部２２の角部２２ａを面取りした場合であっても、やはり開口部２２の角部２２ａが他の部位に比較して腐食の起点となり易い。そのため、角部２２ａを起点として腐食が始まった場合でも、その腐食がボンディングパッド５ａまで進行することを遅らせるために、各角部２２ａから最も離れた位置、すなわち両パッド５ａ，７ａの中心位置を結ぶ線上において、アルミ配線６ａを形成することが有効である。
【００４１】
そして、上述したようなボンディングパッド５ａの腐食を抑制するための対策を施したことにより、図４に示すようにボンディングパッド５ａ、プローブ用パッド７ａ、及び両パッド５ａ，７ａを接続するアルミ配線６ａを同一平面上に形成しても、腐食に対する十分な耐久性を備えることができた。このように、両パッド５ａ，７ａ及びアルミ配線６ａを同一材料によって同一平面上に形成することにより、その製造工程及び圧力センサの構成をシンプルにすることができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態においては、アルミニウム線を外部接続ワイヤとして用い、超音波接合によりボンディングパッド５ａにボンディングした。この場合、ボンディング接合部１４の形状をコントロールすることは非常に困難であるため、ボンディングパッド５ａ全体をボンディング接合部１４で覆うことは難しい。しかしながら、本実施形態では、ボンディングパッド５ａの一部が露出されていても、その腐食を抑制できるため、外部接続ワイヤとしてアルミニウム線を用いることができるのである。外部接続ワイヤとしてアルミニウム線を用いた場合、金線よりもコストが安いため、圧力センサチップのコスト低減に寄与できる。
【００４３】
また、本実施形態における圧力センサチップは、ガラス台座とともに、ダイシングされるが、その際、ガラス台座の切粉の除去や摩擦の低減を目的として、潤滑液が用いられる。このような潤滑液には、不純物として微量な各種の金属成分が含まれており、この金属成分が異物として残留すると、ボンディングパッド５ａの腐食が促進されることになる。しかし、上述した異物が残留しにくい構成を採用することにより、圧力センサチップがガラス台座とともにダイシングされるものであっても、ボンディングパッド５ａの腐食を効果的に防止することができる。
【００４４】
（変形例）
上述した実施形態においては、ボンディングパッド５ａ及びプローブ用パッド７ａにおけるパッシベ―ション膜２０の開口部２１、２２を略四角形とし、その４つの角部を面取りしたものであった。
【００４５】
しかしながら、開口部の形状は、上記した例に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
【００４６】
例えば、図５（ａ）に示すように、開口部３１を略四角形とし、その角部３１ａを曲線状に形成しても良い。また図５（ｂ）に示すように、開口部４１の形状全体を略円形状に形成しても良い。さらに、図５（ｃ）に示すように、開口部５１を四角形以外の多角形状（図示した例は６角形）とし、その角部５１ａを面取りしたり、曲線状に形成しても良い。但し、その頂点の数を増やすほど、角部の角度は大きくなるとともに、円形に近づいていくので、角部における異物の残留防止の観点から、例えば８角形以上は略円形状とみなして、その角部をさらに面取りしたり曲線状としなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による半導体圧力センサの構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す半導体圧力センサの断面図である。
【図３】ボンディングパッド５ａ、プローブ用パッド７ａ、及び両パッドを接続するアルミ配線６ａを拡大して示す平面図である。
【図４】ボンディングパッド５ａ、プローブ用パッド７ａ、及び両パッドを接続するアルミ配線６ａが形成された部位における圧力センサチップの断面を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、ボンディングパッド及びプローブ用パッド上に形成されるパッシベ―ション膜の開口部の形状に関する変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体圧力センサ
３ ピエゾ抵抗
４ａ〜４ｄ、６ａ〜６ｄ アルミ配線
５ａ〜５ｄ ボンディングパッド
７ａ〜７ｄ プローブ用パッド
１４ ボンディング接合部
１５ 外部接続ワイヤ
２０ パッシベ―ション膜
２１，２２ 開口部

Claims (6)

  1. 所定の圧力検出部位に配置される圧力センサチップとして構成される半導体圧力センサであって、
    前記圧力センサチップを外部と接続するためのボンディング用パッドと、
    前記ボンディング用パッド上に開口部を有するパッシベーション膜と、
    前記パッシベ−ション膜の開口部を介して露出されたボンディング用パッドの一部の領域にボンディングされ、その結果、残りの領域のボンディング用パッドが露出されたままとなる外部接続用ワイヤとを備え、
    前記パッシベ−ション膜の開口部の形状が、略円形状、あるいは角部が面取りもしくは曲線状にされた多角形状であることを特徴とする半導体圧力センサ。
  2. 前記ボンディング用パッドに対して、前記パッシベ−ション膜によって覆われた配線を介して接続され、かつ検査時にテスト用プローブが接触されるプローブ用パッドをさらに備え、
    前記パッシベ−ション膜は、前記プローブ用パッド上に開口部を有し、当該開口部の形状が、略円形状、あるいは角部が面取りもしくは曲線状にされた多角形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
  3. 前記ボンディング用パッド、プローブ用パッド、及び両パッドを接続する配線は、同一材料によって同一平面上に形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の半導体圧力センサ。
  4. 前記配線は、前記ボンディング用パッド及びプローブ用パッドのそれぞれの中心を結ぶ線上において、両パッドを接続するように形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体圧力センサ。
  5. 前記外部接続用ワイヤは、アルミニウムからなり、前記ボンディング用パッドに超音波接合されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体圧力センサ。
  6. 前記圧力センサチップは、ガラス台座に固定されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体圧力センサ。
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