JPH08306701A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボンディングパッド下部に選択的に第２の絶
縁膜を設けることにより絶縁は開を防止すると共にウェ
ハのそりを防止する。 【構成】 基板１０表面ベース領域１１とエミッタ領域
１２を形成してＮＰＮトランジスタとし、第１のベース
電極と第１のエミッタ電極を形成する。パッド予定部分
に選択的に第２のシリコン窒化膜２０を形成する。全面
に第１のシリコン窒化膜１６を形成し、その上に第２の
ベース電極と第２のエミッタ電極を形成する。第２のシ
リコン窒化膜２０上にボンディングパッド１９を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層電極構造によりボ
ンディングパッドを単位セル上に配置した半導体装置
の、絶縁不良防止に関する。

【０００２】

【従来の技術】エミッタ周辺長を長大化してトランジス
タの大電流化を図る為にエミッタ領域を格子状又は島状
に形成して複数の単位セルとし、該単位セルを電極で並
列接続したものが知られている。また、外部接続用のボ
ンディングパッドを１層目の電極で構成するとパッド面
積分のセルが無効になるので、多層電極構造を利用して
ボンディングパッドを２層目の電極で形成することによ
り、パッドの下部にもセルを配置して小面積大電流のト
ランジスタを構成したものが知られている。

【０００３】図５を用いてこの構造を説明すると、Ｎ型
半導体層１をコレクタとして表面にＰ型ベース領域２を
形成し、ベース領域２の表面に格子型のＮ＋エミッタ領
域３を具備する。酸化膜４に形成したコンタクトホール
を通して１層目電極層によるベース電極５とエミッタ電
極６とが各々の拡散領域にコンタクトし、電極５、６の
上をシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜７が被覆する。
層間絶縁膜７に形成したスルーホールを介して、層間絶
縁膜７上を延在する図示せぬ２層目の櫛歯状のベース、
エミッタ電極が１層目の電極を各々共通接続し、そして
セル上の層間絶縁膜７の上に２層目電極を拡張してボン
ディングパッド８とするものである。（例えば、特開昭
６４ー２２０６２号公報）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】トランジスタの大電流
化を押し進めると、ボンディングパッド８に接続するワ
イヤの電流容量も増大する必要があり、近年は数十Ａも
のエミッタ電流を流すために、直径４０μ以上の大径ワ
イヤが必要になることも珍しくなくなってきた。ワイヤ
の直径が大きくなれば、それをワイヤボンドするために
必要な超音波エネルギーも大となり、ワイヤボンディン
グ時に与える機械的応力によって層間絶縁膜７にクラッ
クが生じ、ボンディングパッド８とその下の１層目電極
とが短絡して、ベース・エミッタ間の短絡事故が多発す
る欠点があった。

【０００５】この欠点を単純に解決するためには、層間
絶縁膜７の膜厚を増大すればよい。ところが、シリコン
窒化膜はボンディング時の超音波エネルギーに耐える為
の適度な硬度を有する一方、熱膨張係数の差が大である
ことからシリコン基板に与える機械的応力が大であり、
ウェハに大きなそりを発生させるという問題がある。例
えば、層間絶縁膜としてシリコン窒化膜を３．０μ以上
積層すると、ウェハのそりが５００μ以上にもなり、後
の組立工程に大きな障害となる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の欠点
に鑑み成されたもので、ボンディングパッドの下部に、
部分的に第２の層間絶縁膜を配置することにより、ウェ
ハのそりを防止しつつワイヤボンディングに伴う層間絶
縁破壊の発生を防止できる半導体装置を提供するもので
ある。

【０００７】

【作用】本発明に依れば、ボンディングパッドの下部が
第２の層間絶縁膜によって膜圧が大になっているので、
ワイヤボンディングの超音波エネルギーに耐えることが
できる。一方第２の層間絶縁膜はチップ全表面を覆うも
のではないので、ウェハに与える応力が小で済む。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の１実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図１は半導体装置を示す断面図、、
図２はベースのボンディングパッド部分を示す平面図
で、図２のＡＡ線断面図が図１である。図１と図２を参
照して、裏面にＮ＋型層を有するＮ型半導体基板１０の
表面にＰ型のベース領域１１を選択拡散により形成し、
その表面にＮ＋型のエミッタ領域１２を同じく選択拡散
により形成する。

【０００９】エミッタ領域１２の形状は大別して格子型
と島型とに分類されるが、ここでは格子型を例に取る。
格子型の場合は、格子の目の部分にベース領域１１の表
面が島状に露出し（図２図示１１ａ）、該島状のベース
領域１１ａが縦横に規則的に配置される。１個の島状ベ
ース領域１１ａを囲むエミッタ領域１２を単位セルとす
る。

【００１０】基板１０の表面はシリコン酸化膜１３が被
覆し、シリコン酸化膜１３に形成したコンタクトホール
を介して１層目の電極からなる第１のベース電極１４と
第１のエミッタ電極１５が各々の拡散領域にオーミック
コンタクトする。第１のベース電極１４は各々が点在す
るように島状ベース領域１１ａの表面にコンタクトし、
第１のエミッタ電極１５は格子状のパターンに沿うよう
延在し且つ格子状に形成したコンタクトホールを介して
エミッタ領域１２のほぼ全表面とコンタクトする。

【００１１】前記第１層目の電極の上は膜厚２．０μの
第１のシリコン窒化膜１６が被覆し、第１のシリコン窒
化膜１６に形成したスルーホールを介して第２層目の電
極からなる第２のベース電極１７と第２のエミッタ電極
１８（図２に図示する）が各々第１のベース電極１４と
第１のエミッタ電極１５にコンタクトする。第２のベー
ス電極１７と第２のエミッタ電極１８は第１のシリコン
窒化膜１６上を櫛歯状に延在し、互いの櫛歯が相対向す
るように平行に延在する。第２のベース電極１７は点在
する第１のベース電極１４の直上に設けたスルーホール
を介して第１のベース電極を１４を共通接続する。第２
のエミッタ電極１８は格子形状の網の交差部分に点在す
るように設けたスルーホールを会して第１のエミッタ電
極１５とコンタクトする。

【００１２】第２のベース電極１７と第２のエミッタ電
極１８は第１のシリコン窒化膜１６上で拡張されて１辺
が１００μ程度の矩形のボンディングパッド１９を構成
し、櫛歯電極の櫛は全て各々のボンディングパッド１９
に接続されている。図１はベースのボンディングパッド
を示しているので、その下部の第１のベース電極１４に
もコンタクトしている。

【００１３】そして、ボンディングパッド１９を配置す
る領域に、ボンディングパッドよりやや大きい範囲で、
ボンディングパッド１９と第１のエミッタ電極１５との
間に膜厚１．５μの第２のシリコン窒化膜２０を形成す
る。ベースボンディングパッドであれば第２のシリコン
窒化膜２０は第１のエミッタ電極１５の上を少なくとも
被覆する必要があり、エミッタボンディングパッドであ
れば、第１のベース電極１４の上を少なくとも被覆する
必要がある。第２のシリコン窒化膜２０が第１のシリコ
ン窒化膜１６の上に位置しても良いが、第２のシリコン
窒化膜２０をパターニングすると同時に下地になる第１
のシリコン窒化膜１６がエッチングされると言う不具合
を避けるために、第２のシリコン窒化膜２０が下に位置
する方が製造工程上優利である。下地の絶縁膜と選択性
のある絶縁膜を用いるならばこの限りでない。

【００１４】第２層目の電極はファイナルパッシベーシ
ョン皮膜で被覆されるか、または第２層目の電極が最終
となり直接モールドされる。そして、基板１０をリード
フレーム上にダイボンドし、パッド１９とリードとをワ
イヤ２１でワイヤボンディングすることにより接続し、
樹脂モールドされる。ワイヤは直径４０μ以上の金線
で、超音波熱圧着法によりボンディングする。

【００１５】図３はチップ全体の拡散層と第１層目の電
極層のみを示した平面図、図４は同じく拡散層と第２の
層間絶縁膜のみを示した平面図、図５は同じく拡散層と
第２層目の電極層のみを示した平面図である。図３にお
いて、各拡散領域の形成後、表面を被覆する酸化膜１３
にコンタクトホールを形成し、全面にアルミ材料を堆積
しこれをパターニングすることで第１のベース電極１４
と第１のエミッタ電極１５を形成する。第１のベース電
極１４は島状ベース領域１１ａの各々に配置すると共
に、エミッタ領域１２を囲む環状ベース電極１４ｂを具
備し、さらにエミッタパッド予定部分にはエミッタパッ
ド下部に潜り込ませるようなストライプ状ベース電極１
４ｂを具備する。第１のエミッタ電極１５は格子状のエ
ミッタ領域１２に沿って格子状に延在する。２２はフィ
ールド電極である。

【００１６】図４を参照して、全面にプラズマＣＶＤ法
によってシリコン窒化膜を堆積し、これをパターニング
することにより第２のシリコン窒化膜２０を形成する。
ベースパッドの部分では、ベースパッドと第１のベース
電極１４とがコンタクトするためのスルーホール２３も
同時に形成する。エミッタパッドの部分では、環状及び
ストライプ状ベース電極１４ａ、１４ｂを被覆するよう
に形成する。その後、再度プラズマＣＶＤ法によって第
１のシリコン窒化膜１６を堆積し、層間接続用のスルー
ホールを形成する（図示せず）。

【００１７】図５を参照して、全面にアルミ材料を堆積
しパターニングすることで第２のベース電極１７、第２
のエミッタ電極１８、そしてベースボンディングパッド
１９ａとエミッタボンディングパッド１９ｂを形成す
る。第２のベース電極１７と第２のエミッタ電極１８は
各々第１のベース電極と１４と第１のエミッタ電極１５
を共通接続して、前記単位セルを全て並列接続する。各
ボンディングパッド１９ａ、１９ｂはスルーホールを介
して下部の各々に対応する第１層目の電極と接続する。
エミッタボンディングパッド１９ｂの下部では、第２の
ベース電極１７に接続されたストライプ状ベース電極１
４ｂが単位セルにベースバイアスを供給する。

【００１８】以上に説明した本発明の半導体装置は、ボ
ンディングパッド１９ａ、１９ｂの下部に第２のシリコ
ン窒化膜２０を形成したので、層間絶縁膜の膜圧が増大
し、ワイヤボンディング時のエネルギーにも十分に耐え
ることができる。従ってクラック等による層間絶縁破壊
を未然に防止することができる。また、チップ全面に形
成しないので、ウェハのそりを小さく抑えることができ
る。さらに、部分的に形成すればウェハのそりの問題が
無くなるので、ボンディングパッド下部の絶縁膜として
硬度的に好適なシリコン窒化膜を用いることができるの
で、信頼性の高い半導体装置を提供できるものである。

【００１９】尚、上記実施例は格子型エミッタについて
述べてきたが島状エミッタでも適用が可能である。この
場合は、ベース領域が格子型に露出することになる。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によればワ
イヤボンディング時のエネルギーによる絶縁は開を未然
に防止できるという利点を有する。従って直径の大きな
ワイヤを用いることができ、電流容量を増すためにワイ
ヤを複数本ボンディングする手法に比べ、ワイヤ本数を
少なくできるのでコスト的、信頼性の点で優利である利
点を有する。

【００２１】また、部分的に形成することでウェハのそ
りを２００μ以下程度に抑えることができ、組立工程に
おける障害を排除できる利点を有する。更にまた、ウェ
ハのそりがないので、ボンディングパッド下部をシリコ
ン窒化膜で構成することができる利点を有する。このこ
とは、シリコン酸化膜などを用いた場合に比べて、低温
形成できるからアルミ素材に余計な熱処理を与えること
なく、しかも硬度的に固い素材であるのでワイヤボンデ
ィングの衝撃に十分耐えられるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための断面図である。

【図２】本発明を説明するための平面図である。

【図３】拡散層と第１層目の電極を示す平面図である。

【図４】拡散層と第２のシリコン窒化膜を示す平面図で
ある。

【図５】拡散層と第２の電極を示す平面図である。

【図６】従来例を説明する為の断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一導電型の半導体層の表面に形成した逆
   導電型のベース領域と、 前記ベース領域の表面に格子型または島状に形成され、
   多数の単位セルを形成する一導電型のエミッタ領域と、 前記ベース領域の表面にコンタクトする第１層目のベー
   ス電極と、 前記エミッタ領域の表面にコンタクトする第１層目のエ
   ミッタ領域と、 前記第１層目のベース電極とエミッタ電極を被覆する層
   間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜の上を櫛歯状に延在し、前記層間絶縁膜
   に形成したスルーホールを通して前記第１層目のベース
   電極と接続する、第２層目のベース電極と、 前記層間絶縁膜の上を櫛歯状に延在し、前記層間絶縁膜
   に形成したスルーホールを通して前記第１層目のエミッ
   タ電極と接続する、第２層目のエミッタ電極と、 前記第２層目のベース電極に連続し拡張された、その下
   の前記第１層目のエミッタ電極とは層間絶縁されるベー
   スボンディングパッドと、 前記第２層目のエミッタ電極に連続し拡張された、その
   下の前記第１層目のベース電極とは層間絶縁されるエミ
   ッタボンディングパッドと、 前記ベース及びエミッタボンディングパッドの下部に部
   分的に形成した、ボンディングパッド下部の層間絶縁膜
   の膜厚を増大する第２の層間絶縁膜を具備することを特
   徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記第１と第２の層間絶縁膜がシリコン
   窒化膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置。
3. 【請求項３】 前記第２の層間絶縁膜が前記層間絶縁膜
   と前記第１層目のベースおよびエミッタ電極との間に位
   置することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。