JPH01220850A - 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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JPH01220850A JP63047291A JP4729188A JPH01220850A JP H01220850 A JPH01220850 A JP H01220850A JP 63047291 A JP63047291 A JP 63047291A JP 4729188 A JP4729188 A JP 4729188A JP H01220850 A JPH01220850 A JP H01220850A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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単導体装置の電極
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Ｐ　Ｓ　Ｇ　（ｐｈｏｓｐｈｏ　５ｉ
ｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）やＢ　Ｐ　Ｓ　Ｇ　（ｂｏ
ｒｏ　ｐｈｏｓｐｈｏ　ｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）
のようなＣＶ　Ｄ　（ｃｈｅｍｉｃａｌ　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、Ａ
ｕ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
ボンディング時に電極下部の絶縁層がクラックを生じた
り、ワイヤ先端のポ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しのである。
（ニ）課題を解決するための手段 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
ンデング時に加わる外力から絶縁層を保護する保護膜を
金属電極と絶縁層との間に介在させたことを特徴とする
半導体装置の電匪溝造である。保護膜は厚さ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
さ仕ることか好ましい。
またこの発明は、半導体基板上に絶縁層を介して設けら
れｆ二金属電極に銅ワイヤを用いてホールホンディング
法によりワイヤボンディングする電極構造において、金
属電極の変形を抑制する保護膜を銅ワイヤ先端のポール
部と金属電極との接合面に部分的に介在さ仕たことを特
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
に金属電極が変形することがないので、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、ワイヤ先端のポ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
の衝撃が保護膜によっ一緩和されワ、イヤ先端のホール
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。
（へ）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、ｌはシリコン基板、２は
基ｔｉｔ上に形成された厚さ０．７μｍのＬＯＧ　ＯＳ
　（ｌｏｃａｌ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　５ｉｌｉ
ｃｏｎ）酸化膜、３はＬＯＧＯＳ酸化膜２の上に形成さ
れた厚さ０．５ｐｍのＰＳＧ、ＢＰＳＧ又は５ｉｆｔ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のバッ
ソベーンヨン膜、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ＬＯＧＯＳ酸化膜１２上に、
ＣＶＤ法で７さ０．０５〜ｆｌ　、　ｈｍ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ＰＳＧＳＢＰＳＧ又は５ｉｆｔ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ｒ４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０．１＃Ｉｍのり、０ＣＯＳ酸化膜２２が形成され、
更にその上に厚さ０．５μｍのＰＳＧＳＢＰＳＧ又はＳ
ｉｎ、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／Ｊ）Ｔｉ−Ｗ膜２５が
形成される。Ｔｉ−’ｖＶ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３０ｕｍの銅ワイヤ２
７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０．１μｒｎのＬＯＧＯＳ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Ｐ　Ｓ　Ｇ、Ｂ　Ｐ　Ｓ　Ｇ又はＳｉＯ□か
ら成る厚さ０．５μｍの絶縁層３３が形成される。
そしてＴ　ｉ−Ｗ膜３５の真上にはアルミニウム・シリ
コンから成る厚さｌ、０μｍの電極３４が形成され、ｌ
ｌ１３４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３
０μｍ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４！の上
に厚さ０．１μｍのＬＯＧＯ９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
５ｉＯｚ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けた金属（Ａ　Ｉ　
−１％５ｉ−２％Ｃｕ）から成る′＠睡４４が形成され
、電極４４の上面を残して厚さ０６μｍ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３０μｍの銅ワイヤ４７の銅ボール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ＬＯＧＯＳ酸化膜５２が形成され、
更にその上に厚さ０，５μｍのＰＳＧ、Ｂ’ＰＳＧ又は
ＳｉＯｘから成る絶縁層５３が形成される。その上に厚
さ１　、０４ｍ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０．６μｍのパッシベ
ーション膜５６か形成される。
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５
７がワイヤボンデングされるきき、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Ｌ１μｍのＬＯＧＯＳ酸化膜６２が形
成され、更にその上に厚さ０．５μｍのＰＳＧ、ＢＰＳ
ＧまたはＳ　ｉ　Ｏ２から伎る絶縁層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か形成され、更
にその上から電極６４の上面を残しテ厚さＯ，ｌＢｚｍ
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、ｉｔ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Ａ１−
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らクラックを生じることが
ほとんど無い。まｆ六第５図に示す実施例によれば、電
極中ｊこ電圧よｊンら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電極か変
形す４ことがなく、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
ヤボンディング時の衝撃が保護膜によって緩和され、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
むことが抑制されろことにより、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
水溶液で電極をエツチングし、更に、絶縁層のクラック
直下の基ｖＬ（シリコン単結晶）をエツチングし、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。
（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、ＩＩ、２１，３１，４１，５１．６１・・・・・・
基板、 ２、＋２．２２．３２，４２．５２．６２・・・・・・
ＬＯＧＯＳ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、＋４．２４，３４．４４，５４．６４・・・・・・
電極、 ７．１？、２７．３７．４７．５７．６７・・・・・・
銅ワイヤ、 ５．１５・・・・・・チッ化シリコン膜、２５　、　３
５−−−−＝　Ｔ　ｉ　−ＷＭ。 ６８・・・・・・保護膜。 第　１　図 第　３　図 ！　４　図 第　５　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、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、ワイヤボンデング
    時に加わる外力から絶縁層を保護する保護膜を金属電極
    と絶縁層との間に介在させたことを特徴とする半導体装
    置の電極構造。 ２、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。 ３、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、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ことを特徴とする半導体
    装置の電極構造。
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