JPH045842A - ボンディングパッド - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に形成されるボンディングパッド
に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置に形成されるボンディングパッドは、従来半
導体装置を構成する半導体基板上に微小な一枚の金属板
として形成され、その外周部がパッシベーション膜等の
絶縁膜により覆われた横這となっている。化合物半導体
装置に形成されるボンディングパッドでは、化合物半導
体基板の表面に形成されることが多く、この場合には化
合物半導体基板表面にパターン形成される第１層配線金
属をそのままボンディングパッドとして用いることが多
い。

第４図に、多層配線を有する半導体装置に形成された従
来のボンディングパッドを示す。図示した半導体装置に
おいては、半導体基板１の表面に第１層配線金属２がパ
ターン形成されており、第１層配線金属２は絶縁膜３に
より覆われている。

絶縁膜３の上面には第２層配線金属がパターン形成され
、第２層配線金属により平曲形状が略市ｈ゛形のボンデ
ィングパッド５が形成されている。そして、ボンディン
グパッド５は絶縁膜′うを貫通ずるバイアメタル６によ
り第１層配線金属２と′「ヒ気的に接続され、その表面
外周部はその周囲の絶縁膜３と共にパッシベーション膜
７により頂われた構造となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した如くの従来のボンディングパッドに対して金線
等のボンディングワイヤを熱圧る法や超音波併用熱圧着
法等で接続する場合、ボンディングパッドの底面と半導
体基板の上面あるいはボンディングパッドの底面と絶縁
膜の上面の接管力（密着力）が十分でないため、ワイヤ
ボンディングの作業中にワイヤに加わる張力によりボン
ディングパッドが半導体装置から剥離し易いという不具
合があり、当該剥離が多発していた。

そこで、上述の事情に鑑み、本発明は半導体装置から剥
離し難いボンディングパッドを提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明によるボンディング
パッドにおいては、互いに離間し、半導体装置を構成す
る半導体基板に対して略平行に配置される第１の金属層
および第２の金属層と、この第１および第２の金属層の
相互間においてこれらの双方に接合し、ワイヤボンディ
ング時にボンディングワイヤから伝わる張力に抗して第
１の金属層と第２の金属層との連結を維持しうる程度の
連結強度をもってこれらを相互に連結する連結金属部と
を備えており、第１および第２の金属層は連結金属部と
の接合部から側方に突出した外周部を有し、第１および
第２の金属層はこれらの周囲を覆う絶縁膜によりその外
周部がそれぞれ覆われた構成となっている。

〔作用〕

このような構成となっているので、ボンディングパッド
の厚さが従来のものよりも厚くなり、その剪断強度が向
上する。また、第１および第２の金属層の外周部を覆う
絶縁膜がボンディングパッドを剥離しようとする外力に
抗して、それぞれ第１および第２の金属層を半導体装置
側へ押さえ４−１けるように作用する。

なお、本発明は、次のような実験により得られた後述す
る知見に基づき完成されたものである。

すなわち、第５図に示したように　”ｌｑ導体基板１１
上にボンディングパッド１５を形成し、ボンディングパ
ッド１５の外周部をパッシベーション膜１７により覆っ
た状態でボンディングワイヤ１８の接続（ボンディング
）を行った場合（同図（ａ）参照）と、パッシベーショ
ン膜１７により覆わない状態でワイヤボンディングを行
った場合（同図（ｂ）および（Ｃ）参照）とで、ボンデ
ィングパッド１５の剥離が発生する頻度を比較した。

更に、ボンディングパッド１５がパッシベーション膜１
７により覆われていない状態で行った実験は、ボンディ
ングワイヤ１８がパッド１５からはみ出した場合（同図
（ｂ）参照）と、ワイヤ１８がパッド１５のほぼ中央部
にボンディングされ、パッド１５の端部にかからなかっ
た場合（同図（ｃ）参照）との比較も行った。

実験の結果、同図（ｂ）に示した状態におけるパッド１
５の剥離発生頻度が最も高く、同図（Ｃ）、同図（ａ）
の順でパッド１５の剥離発生頻度は減少した。この結果
から、以下の知見を得ることができた。つまり、同図（
ｂ）の実験結果と同図（ｃ）の実験結果とを比較すると
、同図（ｃ）の場合の剥離発生頻度は、同図（ｂ）の場
合の１／１０以下であったことから、同図（ｂ）のよう
にワイヤ１８がパッド１−５の中央部からはずれて端部
にかかると、ワイヤ１８に作用する張力によりパッド１
５と半導体基板１１との間に作用する応力がパッド１５
の端部に集中し、そこをきっかけとして剥離が容易に発
生ずる。従って、剥離発生頻度を減少させるには、ワイ
ヤ１８がパラド１５の端部にかからないようにすること
が望ましい。また、同図（ｂ）および（Ｃ）の実験で剥
離が生じたボンディングパッドを調べたところ、パッド
１５が部分的にちぎれて剥離したものはなく、どれもパ
ッド全体が剥離していた。このことから、ボンディング
パッド自体の剪断強度よりも半導体基板１１とボンディ
ングパッド１５相互間の接着強度の方が小さいことが分
った。更に、パッド１５の外周部がパッシベーション膜
１７により覆われている場合には（同図（ａ）参照）、
パッド１５の中心部からずれた位置にワイヤ１８がボン
ディングされても、外周部を覆うパッシベーション膜１
７により“ワイヤ１８がパッド１５の端部に接触するこ
とが防止される。これにより、ワイヤ１８は実質的に同
図（ｃ）と同様の状態でパッドに接続されることとなり
、ボンディングの位置精度があまくでも、パッド１５の
剥離発生頻度を減少させることができる。また、パッド
１５の外周部を覆うパッシベーション膜１７はパッド１
５を剥離しようとする外力に抗してパッド１５を基板１
１に対して押さえ付ける役割も果たしている。この結果
、同図（ｃ）の場合よりも同図（ａ）の場合の剥離発生
頻度が減少したのである。

なお、同図（ｄ）に同図（ａ）の実験でパッド１５が剥
離した状態を示す。この図から理解されるように、この
場合の剥離はパッド１５の剪断と基板１１表面からの剥
離が同時に起って生じている。そこで、パッド１５の肉
厚を増して剪断強度を高めたところ、パッドの剥離は更
に減少した。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について第１図〜第３図を参照し
つつ、説明する。

第１図は、本発明によるボンディングパッドを備えた半
導体装置の一実施例を部分的に示した斜視図である。第
１図に示した半導体装置においては、半導体基板２１の
表面に対して略平行に、かつ、互いに離間して形成され
た第１金属層２２および第２金属層２３と、これら第１
金属層２２および第２金属層２３の相互間に形成され、
これらを相互に連結する連結金属部２５とによってボン
ディングパッド２６が構成されている。

ボンディングパッド２６の下層部を構成する第１金属層
２２は、半導体基板２１の表面にフォトリソグラフィ等
によりパターン形成され、例えば０．５μｍの厚さで、
その平面形状が一辺５０〜１００μｍ程度の略正方形に
なるように形成されている。また、第１金属層２２は幅
寸法２μＩｎ程度の金属配線パターン２７と同時に、か
つ、これに連続してパターン形成されており、金属配線
パターン２７を介して半導体基板２１上に形成されてい
る電子回路に接続される。第１金属層２２の外周部はそ
の周囲の半導体基板２１表面および金属配線パターン２
７と共に層間絶縁膜２８により覆われている。したがっ
て、第１金属層２２はその外周部を覆う層間絶縁膜２８
により゛ｌ’−導体乱板２１に対して押さえ付けられる
こととなる。

連結金属部２５は、層間絶縁膜２８により覆われていな
い部分の第１金属層２２」二に、これに接合して形成さ
れる。したがって、第１金属層２２の外周部は、連結金
属部２５との接合部から側方に突出していることとなる
。なお、この連結金属部２５の形成はバイアメタルを形
成する要領で行うことができる。

そして、ボンディングパッド２６の上層部を構成する第
２金属層２３は、連結金属部２５に接合して連結金属部
２５及びその周辺の層間絶縁膜２８上にパターン形成さ
れる。したがって、第２金属層２３の外周部は、第１金
属層２２と同様に連結金属部２５との接合部から側力に
突出していることとなる。第２金属層２３は第１金属層
２２とほぼ同一の形状および大きさで形成されており、
その外周部はその周囲の層間絶縁膜２５と共にパッシベ
ーション膜３０により覆われた構造となっている。した
がって、第２金属層２３はその外周部を覆うパッシベー
ション膜３０により半導体基板２１側へ押さえ付けられ
ることとなる。そして、パッシベーション膜３０に覆わ
れていない部分の第２金属層２３は露出して、ボンディ
ングワイヤと接触し得るようになっている。

なお、連結金属部２５は、第２金属層２３上へのワイヤ
ボンディング時にボンディングワイヤから伝わる張力に
抗して第１金属層２２と第２金属層２３との連結を維持
し得る程度の連結強度を満足するように形成される。連
結金属部２５に要求されるこの連結強度は、第２金属層
２３の厚さやパッシベーション膜３０の厚さ等により異
なるが、連結金属部２５と第１金属層２２の接合面積及
び連結金属部２５と第２金属層２３の接合面積をそれぞ
れ第２金属層２３の露出面積の少なくとも４０％以上と
することにより、満足される。

上述した本発明によるボンディングパッドの剥離発生頻
度を調査するため次のような実験を行った。実験はパッ
シベーション膜３０を連結金属部２５と第２金属層２３
の接合領域外周から第２金属層２３の中心側に寸法Ｂだ
け迫り出させて形成した場合（第２図（ａ）参照）と、
逆に外側に寸法Ｂだけ後退させて形成した場合（同図（
ｂ）参照）とに分け、それぞれ１０００回のワイヤボン
ディングを超音波併用熱圧着法により行った。

なお、実験にあたり、半導体基板２１としてＧａＡｓ基
板を用い、第１金属層２：２としてＴｉ（１００ｎｍ）
　／Ｐ　ｔ　（１５０ｎｍ）　／Ａｕ　（４００ｎｍ）
の多層金属を真空蒸着により形成した。また、層間絶縁
膜２８としてプラズマＣＶＤ法により６００　ｎｍの厚
さでＳｉＮ膜を形成し、パッシベーション膜３０として
５００　ｎｍの厚さでＳｉＮ膜を形成した。更に、第２
金属層２３としてＴ１（１００ｎｎ＋）／Ｐｔ　（１５
０ｎ１１）／Ａｕ　（７００ｎｍ）の多層金属を、連結
金属部２５として厚さ７５０ｎｍのＡｕ層をそれぞれ真
空蒸むにより形成した。

この実験の結果、第２図（ｂ）の構造では１０００個の
ボンディングパッドのうち９個に剥離が生じた。これに
対し、同図（ａ）の構造では全く剥離は生じなかった。

第２図（ｂ）の構造で剥離が生じたボンディングパッド
について調べたところ、パッシベーション膜３０により
葭イ】れていない部分で第２金属層２５と層間絶縁膜２
８との界面剥離をきっかけに、パッド２６の剥離が生じ
ていることが推察された。したがって、この様な剥離を
防止するため、連結金属部２５と第２金属層２３の接合
領域外周からパッシベーション膜３０を第２金属層２３
の中心側に迫り出させて形成することが好ましい。

また、比較のためパッシベーション膜３０を形成しなか
った場合（第３図（ａ）参照）と、更に連結金属部２５
を第１金属層２２及び第２金属層２３と同じ大きさに形
成し、第１金属層２２の外周部が連結金属部２５の接合
部から側方に突出していない場合（同図（ｂ）参照）と
について、第２図の場合と同様の実験を行った。この結
果、第３図（ｂ）の構造では１０００個のボンディング
パッドのうち２３１個に剥離が生じたのに対し、同図（
ａ）の構造では１０００個中３３個まで剥離頻度が減少
した。このことから、第１金属層２２の上面外周部が層
間絶縁膜２８により覆われている場合には、層間絶縁膜
２８がボンディングパッド２６を半導体基板２１に対し
て押さえ付けるように作用し、ボンディングパッド２６
の剥離防止に有効に作用していることが判明した。

したがって、ボンディングパッドの剥離を防止するため
には、パッシベーション膜３０や層間絶縁膜２８等の絶
縁膜によりボンディングパッドを半導体基板に対して押
さえ付けることが有効であり、第１図ないし第２図に示
した実施例のように、半導体基板表面に垂直な方向にお
ける複数箇所で絶縁膜によりボンディングパッドを押さ
え付けることが好ましい。

なお、ボンディングパッド底面の接若強度について着目
すると、第１図ないし第２図に示した実施例では、ボン
ディングパッド底面は゛１！、導体基板表面に接合され
ている。これに対し、第４図に示した従来のボンディン
グパッド底面は絶縁膜に接合されている。ボンディング
パッドに用いられる金属は、通常、絶縁膜に接合された
場合に比べると半導体基板に接合された場合の方がより
高い接合強度を得ることができる。本発明においては、
半導体基板上に多層構造の配線が形成される場合であっ
ても、ボンディングパッド底面を半導体基板に接合させ
ることが可能であり、絶縁膜に底面が接合される従来の
ボンディングパッドよりも高い接合強度をその底面に得
ることが可能である。

なお、上述した絶縁膜による押さえ付は作用によりボン
ディングパッドの剥離を十分にｌ（／Ｊ＋１．できる場
合には、ボンディングパッド底面の接合強度について考
慮する必要がないので、この場へには第１金属層２２を
多層配線の層間絶縁股上に形成してもよい。

ところで、上述した実施例においては、第１金属層２２
の外周部のみが居間絶縁膜２８により覆われた構造とな
っているが、第１金属層２２と第２金属層２３とを連結
する連結金属部２５を複数に分割して互いに離間させて
形成し、その隙間にあたる第１金属層２２の上面中央部
をその外周部と共に層間絶縁膜により覆うこととしても
よい。

また、上述した実施例においては、第１金属層２２に金
属配線パターン２７が接続されているが、層間絶縁膜２
８上に形成される金属配線パターンが第２金属層２３に
接続され、これによりボンディングパッド２６が半導体
基板上の電子回路に接続されていてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によればボンディングパッ
ドの厚さを従来のものよりも厚くすることができ、その
剪断強度が向上する。また、第１および第２の金属層の
外周部を覆う絶縁膜がボンディングパッドを剥離しよう
とする外力に抗して、それぞれ第１および第２の金属層
を半導体装置側へ押さえ付けるように作用する。したが
って、半導体装置から剥離し難いボンディングパッドを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるボンディングパッドの一実施例を
示した斜視図、第２図及び第３図はボンディングパッド
の剥離実験に用いたボンディングパッドの断面図、第４
図は従来のボンディングパッドを示した斜視図、第５図
はボンディングパッドの剥離メカニズムを調べるために
行った実験の様子を示した図である。 ２１・・・半導体基板、２２・・・第１金属層、２３・
・・第２金属層、２５・・・連結金属部、２６・・・ボ
ンディングパッド、２７・・・金属配線パターン、２８
・・・層間絶縁膜、３０・・・パッシベーション膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体装置上に形成され、半導体装置上の配線パター
   ンに接続されると共に、ボンディングワイヤが接続され
   るボンディングパッドであって、互いに離間し、前記半
   導体装置を構成する半導体基板表面に対して略平行に配
   置される第１の金属層および第２の金属層と、 前記第１および第２の金属層の相互間においてこれらの
   双方に接合し、ワイヤボンディング時にボンディングワ
   イヤから伝わる張力に抗して前記第１の金属層と前記第
   ２の金属層との連結を維持しうる程度の連結強度をもっ
   てこれらを相互に連結する連結金属部とを備え、 前記第１および第２の金属層は前記連結金属部との接合
   部から側方に突出した外周部を有し、前記第１および第
   ２の金属層はこれらの周囲を覆う絶縁膜によりその外周
   部がそれぞれ覆われていることを特徴とするボンディン
   グパッド。