JPH045843A - 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
の絶縁膜により題イ〕れた構造となっている。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′１！。

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５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面形状が略１１一方形のボン
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３を貫通ずるバイアメタル６によ
り第１層配線金属２と電気的に接続され、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
より覆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む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
膜の上面の接着力（密着力）が十分でないため、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（Ｊｔｉ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複数の連結金
属部とを備えており、第１の金属層はその周囲を覆う絶
縁膜により連結金属部との接合部を除いて覆われ、第２
の金属層はその周囲を覆う絶縁膜によりその外周部か覆
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実質的に厚くなり、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。

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６図に示したように、半導体基板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１５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１５
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
する。従って、剥離発生頻度を減少させるには、ワイヤ
１８がパッド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１
５が部分的にちぎれて剥離したものはなく、どれもバッ
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
グバッド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１
７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
か防止される。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１
５の外周部を讃うパッシベーション膜１７はパッド１５
を剥離しようとする外力に抗してパッド１５を基板１１
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４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複数の連結金属部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Ｑ、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２μｍ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は、連結金属部
２５との接合部を除き、その周囲の半導体基板２１表面
および金属配線パターン２７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はこれを
覆う層間絶縁膜２８により半導体基板２１に対して押さ
え付けられることとなる。

第２図に複数の連結金属部２５の平面形状及びその配置
を示す。複数の連結金属部２５は、第１図にも示したよ
うに、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上に互いに離間して形成される。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。

なお、本実施例においては、連結金属部２５は第１金属
層２２の外周部を除いた領域に形成されている。このた
め、第１金属層２２は複数の連結金属部２５が形成され
る領域から側方に張り出した張出し部を有していること
になる。

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、複数の連結金属部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。第１図に示した実施例においては、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、第２金属層２３も第１金属層２２
と同様に、複数の連結金属部２５が形成されている領域
から側方に張り出した張出し部を有している。そして、
第２金属層２３はその外周部がその周囲の層間絶縁膜２
５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
へ押さえず・ｊけられることとなる。パッシベーション
膜３０には第２金属層２３の上面を露出させるための開
口部３０ａが形成されており、第２金属層２３の露出し
た部分に対してボンディングワイヤが接続されるように
なっている。

なお、複数の連結金属部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の総接合面
積及び連結金属部２５と第２金属層２３の総接合面積を
それぞれ第２金属層２３の露出面積（開口部３０ａの開
口面積）の少なくとも４０％以上とすることにより、満
足される。

また、連結金属部２５はパッシベーション膜３０に形成
された開口部３０ａの外周長さの少なくとも約４０％を
その接合領域内に含むように形成される。すなわち、該
外周長の少なくとも４０％が連結金属部２５上に存在す
るように形成される。これは、ワイヤボンディング時に
開口部３０ａの外周部に剪断力が作用するが、この剪断
力に第２金属層２３が絶え得るようにするためである。

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３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５０００回及び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２２としてＴｉ（１００ｎＩＩＩ
）　／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５００ｎｌＴｌの厚さでＳｉＮ膜を形成した。更に、
第２金属層２３としてＴｔ（１００ｎｍ）／Ｐｔ　（１
５０ｎｍ）／Ａｕ　（７００ｎｍ）の多層金属を、連結
金属部２５として厚さ７５０　ｎ１１のＡｕ層をそれぞ
れ真空蒸着により形成した。

この実験の結果、第３図（ｂ）の構造では１０００個の
ボンディングパッドのうち７個に剥離が生じた。これに
対し、同図（ａ）の構造では５０００個のボンディング
パッドに剥離は全く生じなかった。第３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により覆われていない部分
で第２金属層２５と層間絶縁膜２８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４図（ａ）参照）と、更に複数の連結金属
部２５を形成せず、その代わりに単一の連結金属部３３
を第１金属層２２及び第２金属層２３の中央部に形成し
た場合（同図（ｂ）参照）とについて、第３図の場合と
同様の実験を行った。この結果、第４図（ｂ）の構造で
は１０００個のボンディングパッドのうち５８個に剥離
が生じたのに対し、同図（ａ）の構造では１０００個中
１７個まで剥離頻度が減少した。このことから、複数の
連結金属部２５相互間の第１金属層２２を覆う層間絶縁
膜２８により、ボンディングパッドの押さえ付は作用が
有効に発揮され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ｌニするた
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、しかも、複数の連結金
属部２５相互間の第１金属層２２を層間絶縁膜２８によ
り覆うことが有効である。そして、第１図ないし第３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３図に示した実施例では、ボン
ディングパッド底面は半導体基板表面に接合されている
。これに対し、第５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
ィングパッドよりモ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防止できる場合には、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、この場合には第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。

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７１ｉ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実質的に厚くすることがで
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図は連結金属部の配置を示した図、
第３図及び第４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５図は従来のボン
ディングパッドを示した斜視図、第６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、３
０ａ・・・開口部。 実験に用℃＼たボンブイシフ大・ソド 第３図

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
   てこれらを相五に連結する複数の連結金属部とを備え、 前記第１の金属層はその周囲を覆う絶縁膜により前記連
   結金属部との接合部を除いて覆われており、 前記第２の金属層はその周囲を覆う絶縁膜によりその外
   周部が覆われていることを特徴とするボンディングパッ
   ド。