JP2003100756A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワイヤ素材とパッド素材との合金化が進行する
ことによる、短絡不良を防止した半導体装置を提供す
る。 【解決手段】シリコン基板（１２）上の絶縁膜（１３）
表面上に、第1の１ｓｔアルミ電極（１４）及び第２の
１ｓｔアルミ電極（１５）とを離間して形成する。それ
らの上に層間絶縁膜（１６）、２ｎｄアルミ電極（１
７）、ワイヤボール（１１）を形成する。このとき、ワ
イヤボール（１１）直下の層間絶縁膜（１６）によっ
て、１ｓｔアルミ電極（１２）と２ｎｄアルミ電極（１
７）とが完全に絶縁するように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、2層電極構造のバ
イポーラトランジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４乃至５は従来の2層電極構造バイポ
ーラトランジスタの半導体チップの平面図である。図４
は第1の従来例を、図５は第2の従来例をそれぞれ表す。
また、図６（Ａ）は図４乃至５の2層電極構造のうち、
１ｓｔアルミ電極のみを表した平面図であり、図６
（Ｂ）は２ｎｄアルミ電極のみを表した平面図である。
図６（Ａ）の１ｓｔアルミ電極上全面に層間絶縁膜を付
し、橋梁部（１０）上に図６（Ｂ）の２ｎｄアルミ電極
を付すことで、図４乃至５の従来の構造が完成する。こ
こで、（１０１）は半導体チップ、（１０２）はベース
領域、（１０３）は１ｓｔベース電極、（１０４）は１
ｓｔエミッタ電極、（１０５）は２ｎｄベース電極、
（１０６）はスルーホール、（１０７）はベースパッ
ド、（１０８）は２ｎｄエミッタ電極、（１０９）はエ
ミッタパッド、（１１０）は橋梁部、（１１１）はワイ
ヤボールをそれぞれ表す。図４乃至６中、同一構成要素
には同一符号を付した。

【０００３】先ず、図６から説明する。図６（Ａ）にお
いて、半導体チップ（１０１）上に形成されたベース領
域（１０２）上の一部に拡散して形成した島状のエミッ
タ領域（図示せず）が配置され、そのエミッタ領域上に
１ｓｔエミッタ電極（１０４）が形成される。各エミッ
タ領域間のベース領域（１０２）上に１ｓｔベース電極
（１０３）が形成される。図中にみられるように、各１
ｓｔベース電極（１０３）と１ｓｔエミッタ電極（１０
４）とは、互いに離間した島状にて形成される。島状に
形成した１ｓｔベース電極（１０３）及び１ｓｔエミッ
タ電極（１０４）は、それらの一端において橋梁部（１
１０）によって共通接続される。

【０００４】１ｓｔ電極上方には、図示せぬ層間絶縁膜
が形成され、橋梁部（１１０）上の層間絶縁膜にはスル
ーホール（１０６）が形成され、後述する図６（Ｂ）の
２ｎｄ電極が形成されている。

【０００５】次に、図６（Ｂ）について説明する。２ｎ
ｄアルミ電極である、２ｎｄベース電極（１０５）及び
２ｎｄエミッタ電極（１０８）は、橋梁部（１１０）と
長方形部から形成される。図６（Ａ）の１ｓｔ電極の橋
梁部（１１０）と図６（Ｂ）の２ｎｄ電極橋梁部（１１
０）とが丁度重なり合うように形成される。長方形部は
外部からのボンディングワイヤを接続するためのベース
パッド（１０７）及びエミッタパッド（１０９）を形成
している。ワイヤボール（１１１）はベースパッド（１
０７）及びエミッタパッド（１０９）上にボンディング
されている。

【０００６】次に、図６（Ａ）の上に図６（Ｂ）を重ね
た図４乃至図５について説明する。１ｓｔベース電極
（１０３）と２ｎｄベース電極（１０５）とは、スルー
ホール（１０６）を介して電気的に導通している。同様
に、１ｓｔエミッタ電極（１０４）もスルーホール（１
０６）を介して、上方の２ｎｄエミッタ電極（１０８）
と導通している。このとき、図４のスルーホール（１０
６）は、１ｓｔベース電極（１０３）及び１ｓｔエミッ
タ電極（１０４）と平行となるように形成している。ま
た、図５のスルーホール（１０６）は、２ｎｄベース電
極（１０５）及び２ｎｄエミッタ電極（１０８）の各橋
梁部（１１０）の長手方向と平行となるように形成して
いる。

【０００７】図７は図５及び図６の2層電極構造のバイ
ポーラトランジスタのベースパッド（１０７）又はエミ
ッタパッド（１０９）の基板断面図である。（１１２）
はシリコン基板、（１１３）は絶縁膜、（１１４）は第
1の１ｓｔアルミ電極、（１１５）は第２の１ｓｔアル
ミ電極、（１１６）は層間絶縁膜、（１１７）は２ｎｄ
アルミ電極、をそれぞれ表す。ここでは、第1の１ｓｔ
アルミ電極（１１４）及び２ｎｄアルミ電極（１１７）
をエミッタに、第２の１ｓｔアルミ電極（１１５）をベ
ースにした場合を説明する。

【０００８】シリコン基板（１１２）内はエピタキシャ
ル成長法によってエピタキシャル層（図示せず）が形成
されている。絶縁膜（１１３）はシリコン基板（１１
２）表面上を被覆するシリコン酸化膜等であり、絶縁膜
（１１３）上に互いに離間するように、第1の１ｓｔア
ルミ電極（１１４）及び第２の１ｓｔアルミ電極（１１
５）が、同時に形成される。層間絶縁膜（１１６）は第
1の１ｓｔアルミ電極（１１４）、第２の１ｓｔアルミ
電極（１１５）及び絶縁膜（１１３）上を被覆してい
る。このとき、スルーホール（１１６）においては、層
間絶縁膜（１１６）は第1の１ｓｔアルミ電極（１１
４）の両端側から表面の一部までを被覆している。層間
絶縁膜（１１６）及びスルーホール（１０６）表面上に
は、２ｎｄアルミ電極（１１７）が形成されている。２
ｎｄアルミ電極（１１７）上には、スルーホール（１０
６）の幅よりも大きな金製のワイヤボール（１１１）を
ボンディングしている。

【０００９】上記半導体装置において、第1の１ｓｔア
ルミ電極（１１４）及び２ｎｄアルミ電極（１１７）と
は、電気的に導電して、ともにエミッタ電極となる。第
２の１ｓｔアルミ電極（１１５）は、第1の１ｓｔアル
ミ電極（１１４）及び２ｎｄアルミ電極（１１７）から
層間絶縁膜（１１６）によって完全に絶縁され、ベース
と接続されてベース電流が流れる。ワイヤボール（１１
１）は外部と導電接続されてエミッタ電極である第1の
１ｓｔアルミ電極（１１４）及び２ｎｄアルミ電極（１
１７）へ電流を供給する。コレクタは図７外にあるた
め、図示していない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】これまで、従来の２層
構造バイポーラトランジスタは主にビデオ出力用トラン
ジスタ等として用いられてきた。このトランジスタを条
件が厳しい環境（パッケージ内温度が高い状態、又は連
続した通電状態での長時間の使用）で使用すると、トラ
ンジスタが高温化した。

【００１１】図８は、トランジスタ内部が高温化したと
きに生じる剥離現象を表した断面図である。図７にて、
トランジスタを高温状態で使い続けるに従い、ワイヤボ
ール（１１１）は融点が低い金でできているため、２ｎ
ｄアルミ電極（１１７）及び第1の１ｓｔアルミ電極
（１１４）の内部に拡散していく。その結果、アルミ電
極部内への合金化が進行する。第1の１ｓｔアルミ電極
（１１４）内部まで合金化が進むと体積膨張により、図
８中の矢印に見られるような斜め上向きの力Ｆを層間絶
縁膜（１１３）に加える。この上向きの力Ｆにより、層
間絶縁膜（１１６）と第1の１ｓｔアルミ電極（１１
４）との間に微小な隙間が生じる。更に、合金化が進行
すると、膨張した合金は、第1の１ｓｔアルミ電極（１
１４）と層間絶縁膜（１１６）との接着面を剥離するよ
うに、隙間から進入して内部へと進行する。やがて、層
間絶縁膜（１１６）と絶縁膜（１１３）とは完全に剥離
する状態に至る。

【００１２】この結果、合金化した２ｎｄアルミ電極
（１１７）の一部と第２の１ｓｔアルミ電極（１１５）
とが電気的に導電することになる（図８の円内参照）。
つまり、BE（ベース・エミッタ）間が予期せぬ箇所にお
いて、導電してショートが生じることになる。

【００１３】本願は上記欠点に鑑みたものであり、ワイ
ヤボール（１１１）直下の第1の１ｓｔアルミ電極と２
ｎｄアルミ電極（１１７）とを層間絶縁膜（１１６）で
完全に絶縁することで、上記欠点を克服した。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願は、シリコン半導体
基板と、前記基板の上に、交互に且つ互いに平行となる
ように配置した、第１と第２の１ｓｔ電極と、前記１ｓ
ｔ電極を被覆する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成
したスルーホールと、前記層間絶縁膜の上を延在し、前
記スルーホールを介して対応する前記１ｓｔ電極に接続
された、２ｎｄ電極と、を具備する多層配線構造の半導
体装置において、少なくともボンディングワイヤが接続
されるボンディングパッドの下部において、前記１ｓｔ
電極と前記２ｎｄ電極とが、前記層間絶縁膜によって完
全に絶縁していることを特徴とする半導体装置を提供す
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明である2層構造バイ
ポーラトランジスタの第1の実施の形態を表す平面図で
ある。同様に、図２は第２の実施の形態を表す平面図で
ある。（１）は半導体チップ、（２）はベース領域、
（３）は１ｓｔベース電極、（４）は１ｓｔエミッタ電
極、（５）は２ｎｄベース電極、（６）はスルーホー
ル、（７）はベースパッド、（８）は２ｎｄエミッタ電
極、（９）はエミッタパッド、（１０）は橋梁部、（１
１）はワイヤボールをそれぞれ表す。

【００１６】図１において、半導体チップ（１）上に形
成したベース領域（２）上の一部に拡散して形成した島
状のエミッタ領域（図示せず）が複数配置され、そのエ
ミッタ領域上に１ｓｔエミッタ電極（４）を形成する。
各エミッタ領域間のベース領域（２）上に１ｓｔベース
電極（３）を形成する。図中にみられるように、各１ｓ
ｔベース電極（３）と１ｓｔエミッタ電極（４）とは、
互いに離間した島状にて形成する。島状に形成した１ｓ
ｔベース電極（３）及び１ｓｔエミッタ電極（４）を、
それらの一端において橋梁部（１０）によって共通接続
するか、あるいは２ｎｄ電極によって共通接続する。

【００１７】ベース領域（２）、１ｓｔベース電極
（３）及び１ｓｔエミッタ電極（４）表面に層間絶縁膜
を付し、橋梁部（１０）の上に２ｎｄアルミ電極を形成
する。２ｎｄアルミ電極である、２ｎｄベース電極
（５）及び２ｎｄエミッタ電極（８）は橋梁部（１０）
と長方形部からなり、長方形部はベースパッド（７）及
びエミッタパッド（９）を構成する。スルーホール
（６）を１ｓｔアルミ電極と平行となるように、橋梁部
（１０）と島部に（図１参照）、又は橋梁部（１０）の
みに（図２参照）形成する。このとき、ベースパッド
（７）又はエミッタパッド（９）の直下には、スルーホ
ール（６）を形成しない。つまり、スルーホール（６）
は両パッドにまで延在しないように形成する。

【００１８】次に図３において説明する。図３は図１及
び図２のベースパッド（７）又はエミッタパッド（９）
直下の基板断面図である。図1乃至図３において、同一
構成要素には同一符号を付す。ここで、（１２）はシリ
コン基板、（１３）は絶縁膜、（１４）は第1の１ｓｔ
アルミ電極、（１５）は第２の１ｓｔアルミ電極、（１
６）は層間絶縁膜、（１７）は２ｎｄアルミ電極、をそ
れぞれ表す。具体例として、エミッタパッド（９）直下
の断面図を説明する。

【００１９】図３中、シリコン基板（１２）上にエピタ
キシャル成長法によってエピタキシャル層（図示せず）
を形成する。絶縁膜（１３）はシリコン基板（１２）表
面上を被覆するシリコン酸化膜等であり、絶縁膜（１
３）上に互いに離間するように、第1の１ｓｔアルミ電
極（１４）及び第２の１ｓｔアルミ電極（１５）を、同
時に形成する。第1の１ｓｔアルミ電極（１４）はエミ
ッタ電極に、第２の１ｓｔアルミ電極（１５）はベース
電極になる。パッド直下においては、層間絶縁膜（１
６）はエミッタ電極である第1の１ｓｔアルミ電極（１
４）及びベース電極である第２の１ｓｔアルミ電極（１
５）全体を覆うようにして形成する。従って、パッド直
下においては、第1の１ｓｔアルミ電極（１４）並び第
２の１ｓｔアルミ電極（１５）と、２ｎｄアルミ電極
（１７）とは完全に層間絶縁膜（１６）によって絶縁す
る。スルーホール（６）は、パッド直下の外において両
１ｓｔアルミ電極上の層間絶縁膜（１６）に形成する。
このスルーホール（６）を介して、第1の１ｓｔアルミ
電極（１４）及び第２の１ｓｔアルミ電極（１５）と
は、それらの上に形成した２ｎｄアルミ電極（１７）と
導通する。２ｎｄアルミ電極（１７）の表面に金製のワ
イヤボール（１１）をボンディングする。ワイヤボール
（１１）直下には、多数の第1乃至第2の１ｓｔアルミ電
極（１４）、（１５）が存在する。

【００２０】本発明の特徴は、パッド直下においては、
第1の１ｓｔアルミ電極（１４）及び２ｎｄアルミ電極
（１７）は、層間絶縁膜（１６）によって完全に絶縁し
ていることであり、言い換えれば、スルーホール（６）
がパッド直下に形成されていないということである。

【００２１】以上より、ワイヤボール（１１）直下の第
１及び第2の１ｓｔアルミ電極（１４）、（１５）を完
全に層間絶縁膜（１６）にて被覆する。これにより、本
発明のトランジスタが長時間使用等の条件の厳しい環境
で使用され、その内部に高温が発生しても、ワイヤボー
ル（１１）直下の第1の１ｓｔアルミ電極（１４）が合
金化して膨張しても、図８に符号Ｆで示した上向きの力
が層間絶縁膜（１６）に加わることなく、層間絶縁膜
（１６）は絶縁膜（１３）から剥離しなくなる。

【００２２】

【発明の効果】以上より、ワイヤボール（１１）直下の
１ｓｔアルミ電極を完全に層間絶縁膜（１６）にて被覆
する。これにより、本発明のトランジスタが長時間使用
等の条件の厳しい環境で使用され、その内部に高温が発
生しても、ワイヤバール（１７）直下の第1の１ｓｔア
ルミ電極（１４）が合金化し膨張しても、層間絶縁膜
（１６）の下方からかかる力はないため、絶縁膜（１
３）から剥離しなくなり、その結果、ＢＥ（ベース・エ
ミッタ）間ショートを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1の実施の一形態を表す平面図であ
る。

【図２】本発明の第2の実施の一形態を表す断面図であ
る。

【図３】本発明を表す断面図である。

【図４】従来の第1の2層電極構造トランジスタを表す平
面図である。

【図５】従来の第2の2層電極構造トランジスタを表す平
面図である。

【図６】従来の2層電極構造トランジスタを表す平面図
である。

【図７】従来の2層電極構造トランジスタを表す断面図
である。

【図８】従来の課題を説明するための断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン半導体基板と、 前記基板の上に、交互に且つ互いに平行となるように配
   置した、第１と第２の１ｓｔ電極と、 前記１ｓｔ電極を被覆する層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜に形成したスルーホールと、 前記層間絶縁膜の上を延在し、前記スルーホールを介し
   て対応する前記１ｓｔ電極に接続された、２ｎｄ電極
   と、を具備する多層配線構造の半導体装置において、 少なくともボンディングワイヤが接続されるボンディン
   グパッドの下部において、前記１ｓｔ電極と前記２ｎｄ
   電極とが、前記層間絶縁膜によって完全に絶縁している
   ことを特徴とする、半導体装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、 前記１ｓｔ電極が櫛歯状電極であることを特徴とする半
   導体装置。