JP2018182195A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボンディングパッド間の短絡を抑制する技術を提供する。
【解決手段】 半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に設けられており、アルミニウムを含有する金属によって構成されている第１ボンディングパッドと、前記半導体基板の前記上面に設けられている第２ボンディングパッド、を有している。前記第１ボンディングパッドの上面は、前記第２ボンディングパッドに近づくにつれて上方に位置するように傾斜している。
【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。

アルミニウムを含有する金属によって構成されているボンディングパッドが上面に設けられた半導体基板を有する半導体装置が知られている。ボンディングパッドに対してワイヤをボンディングする場合、ボンディングの際にボンディングパッドに加わる応力によって、ボンディングパッドが変形する。その結果、ボンディングパッドを構成する金属が、ワイヤとの接合部からその周囲に排出される。この現象は、アルミスプラッシュと呼ばれる。アルミスプラッシュが他のボンディングパッドの近くへ達すると、ボンディングパッド間の絶縁距離が短くなり、短絡のおそれが生じる。

特許文献１には、表面に凹部を有するボンディングパッドが開示されている。凹部は、ワイヤがボンディングされる領域の周囲に配置されている。ボンディングパッドに対してワイヤをボンディングすると、ボンディングにより生じたアルミスプラッシュが凹部内に進入する。このため、アルミスプラッシュがボンディングパッドの外側に広がることが抑制される。したがって、アルミスプラッシュと他のボンディングパッドとの短絡が抑制される。

特開２０１２−１０９４１９号公報

特許文献１の半導体装置では、ワイヤのボンディング位置がずれたときに凹部内にアルミスプラッシュが好適に進入しない場合があり、ボンディングパッドに正確にワイヤをボンディングする必要がある。本明細書では、特許文献１とは異なる構成により、アルミスプラッシュによるボンディングパッド間の短絡を抑制する技術を提供する。

本明細書に開示する半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に設けられており、アルミニウムを含有する金属によって構成されている第１ボンディングパッドと、前記半導体基板の前記上面に設けられている第２ボンディングパッド、を有し、前記第１ボンディングパッドの上面は、前記第２ボンディングパッドに近づくにつれて上方に位置するように傾斜している。

アルミスプラッシュは、ボンディングパッドの上面に対して斜め上方に向かって生じる。上記の半導体装置では、第１ボンディングパッドの上面が第２ボンディングパッドに近づくにつれて上方に位置するように傾斜している。このため、第１ボンディングパッドの第２ボンディングパッド側で生じるアルミスプラッシュが、第１ボンディングパッドの上面に傾斜がない場合と比較して、より上方向に向かう角度で生じるようになる。このため、アルミスプラッシュが第１ボンディングパッドから第２ボンディングパッドに向かって横方向に突出する距離が短くなり、アルミスプラッシュが第２ボンディングパッドに接触し難くなる。したがって、ワイヤをボンディングした際にアルミスプラッシュが生じた場合であっても、第１ボンディングパッドと第２ボンディングパッドとが短絡することを好適に抑制することができる。また、この構成では、第１ボンディングパッドに対するボンディング位置にかかわらず、第１ボンディングパッドと第２ボンディングパッドとの短絡を抑制できる。したがって、第１ボンディングパッドに対するワイヤのボンディング位置にそれほど高い精度が要求されない。この構成によれば、より容易に第１ボンディングパッドと第２ボンディングパッドとの短絡を抑制できる。

半導体装置１０の平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線におけるワイヤボンディング前の状態を示す断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線におけるワイヤボンディング後の状態を示す断面図。 比較例の半導体装置のワイヤボンディング後の状態を示す断面図（図３に対応）。

図１は、半導体装置１０の上面を示している。半導体装置１０は、半導体基板１２を有している。半導体基板１２は、Ｓｉ（ケイ素）を主成分とする半導体により構成されている。なお、半導体基板１２は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）またはＧａＮ（窒化ガリウム）等を主成分とするワイドバンドギャップ半導体により構成されていてもよい。半導体基板１２の上面には、主電極１４と、複数の信号用ボンディングパッド２２が設けられている。各信号用ボンディングパッド２２のサイズは、各主電極１４のサイズよりも小さい。主電極１４は、はんだによって図示しない配線部材に接続されている。半導体基板１２の側方に、複数のリード線１５が配置されている。各信号用ボンディングパッド２２は、銅を含有する金属によって構成されているワイヤ２０（以下、銅ワイヤ２０という。）によって、対応するリード線１５に接続されている。また、図示していないが、半導体基板１２の下面には、下部電極が設けられている。下部電極は、はんだによって図示しない配線部材に接続されている。以下では、図１に示すように、半導体基板１２の上面に沿う一方向をｘ方向といい、半導体基板１２の上面に沿う方向であってｘ方向に直交する方向をｙ方向といい、半導体基板１２の厚み方向をｚ方向という。

各信号用ボンディングパッド２２は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）またはＡｌＳｉ（アルミニウムシリコン）等の、アルミニウムを含有する金属によって構成されている。各信号用ボンディングパッド２２は、ｙ方向に間隔を空けて配列されている。本実施形態では、５個の信号用ボンディングパッド２２がｙ方向に間隔を空けて配列されている。信号用ボンディングパッド２２には、例えば、半導体基板１２の温度を示す電圧を出力するもの、半導体基板１２を流れる電流値を示す電圧を出力するもの、半導体基板１２のゲートパッドとなるもの等がある。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における半導体装置１０の断面を示している。なお、図２は、銅ワイヤ２０がボンディングされる前の状態を示している。図２では、複数の信号用ボンディングパッド２２のうちの２つの信号用ボンディングパッドを示している。以下では、図２において左側の信号用ボンディングパッド２２を第１ボンディングパッド１６といい、右側の信号用ボンディングパッド２２を第２ボンディングパッド１７という。

第１ボンディングパッド１６と第２ボンディングパッド１７は、半導体基板１２の上面に設けられている。半導体基板１２の上面のうち、第１ボンディングパッド１６と第２ボンディングパッド１７が設けられていない範囲には、絶縁膜２４が設けられている。

第１ボンディングパッド１６と第２ボンディングパッド１７が配置されている範囲において、半導体基板１２の上面は平坦である。第１ボンディングパッド１６の上面は、第２ボンディングパッド１７に近づくにつれて上方に位置するように傾斜している。すなわち、第１ボンディングパッド１６の上面は、第２ボンディングパッド１７に近づくにつれて第１ボンディングパッド１６の高さが高くなるように傾斜している。なお、本明細書において、ボンディングパッドの高さは、半導体基板１２の上面に対して垂直に測定したときのボンディングパッドの上面と半導体基板１２の上面との間の距離を意味する。

第２ボンディングパッド１７の上面は、第１ボンディングパッド１６から離れるにつれて上方に位置するように傾斜している。すなわち、第２ボンディングパッド１７の上面は、第１ボンディングパッド１６から離れるにつれて第２ボンディングパッド１７の高さが高くなるように傾斜している。第１ボンディングパッド１６の上面と第２ボンディングパッド１７の上面は、略平行となっている。

第１ボンディングパッド１６の上面の第２ボンディングパッド１７側の端部１６ａは、第２ボンディングパッド１７の上面の第１ボンディングパッド１６側の端部１７ａよりも上方に位置している。すなわち、端部１６ａにおける第１ボンディングパッド１６の高さが、端部１７ａにおける第２ボンディングパッド１７の高さよりも高い。第１ボンディングパッド１６の端部１６ａの反対側の端部１６ｂの高さは、第２ボンディングパッド１７の端部１７ａの高さと略一致している。また、端部１６ａの高さは、端部１７ｂの高さと略一致している。端部１６ｂ及び端部１７ａは、絶縁膜２４より上方に位置している。

図３は、第１ボンディングパッド１６と第２ボンディングパッド１７それぞれに銅ワイヤ２０がボンディングされた状態を示す図である。なお、銅ワイヤ２０をボンディングするときには、図示しないキャピラリが半導体基板１２の上面に対して略垂直方向に移動することで、銅ワイヤ２０の先端（ボール部）に対して前記垂直方向に荷重が加えられる。第１ボンディングパッド１６に銅ワイヤ２０をボンディングすると、ボンディング位置に存在する金属（第１ボンディングパッド１６を構成する金属）が銅ワイヤ２０によって押し出されることによって、図３に示すように、アルミスプラッシュ１８が生じる。同様に、第２ボンディングパッド１７に銅ワイヤをボンディングすると、アルミスプラッシュ１９が生じる。

アルミスプラッシュは、ボンディングパッドの上面に対して所定の角度で斜め上方に伸びるように形成される。図４の比較例に示すように、信号用ボンディングパッド２２の上面が傾斜していない場合には、アルミスプラッシュ１１８、１１９が、水平面（すなわち、半導体基板１２の上面に対して平行な面）に対して一定の角度θ３で傾斜した状態で信号用ボンディングパッド２２から斜め上方に向かって伸びるように形成される。これに対し、図３の第１ボンディングパッド１６では、上面が第２ボンディングパッド１７に近づくにつれて上方に位置するように傾斜している。このため、アルミスプラッシュ１８の第２ボンディングパッド側の部分１８ａは、角度θ３よりも大きい角度θ１で傾斜した状態で第１ボンディングパッド１６から斜め上方に向かって伸びるように形成される。つまり、部分１８ａは、従来のアルミスプラッシュの部分１１８ａよりもより上方に向かって伸びる。このため、図３、４に示すように、部分１８ａが横方向に突出する距離Ｗ１と、部分１１８ａが横方向に突出する距離Ｗ３の間には、Ｗ１＜Ｗ３の関係が成立する。

図３の第２ボンディングパッド１７では、上面が第１ボンディングパッド１６から離れるにつれて上方に位置するように傾斜している。このため、アルミスプラッシュ１９の第１ボンディングパッド側の部分１９ａは、角度θ３よりも小さい角度θ２で傾斜した状態で第２ボンディングパッド１７から斜め上方に向かって伸びるように形成される。つまり、部分１９ａは、従来のアルミスプラッシュの部分１１９ａよりもより下方に向かって伸びる。このため、図３、４に示すように、部分１９ａが横方向に突出する距離Ｗ２と、部分１１９ａが横方向に突出する距離Ｗ４の間には、Ｗ２＞Ｗ４の関係が成立する。但し、距離Ｗ２と距離Ｗ４の差は小さい。

また、第２ボンディングパッド１７では、アルミスプラッシュ１９の部分１９ａとは反対側の部分１９ｂは、部分１８ａと同様に、角度θ３よりも大きい角度で傾斜した状態で第２ボンディングパッド１７から斜め上方に向かって伸びるように形成される。つまり、部分１９ｂは、従来のアルミスプラッシュの部分１１９ｂよりもより上方に向かって伸びる。このため、部分１９ｂが横方向に突出する距離は、部分１１９ｂが横方向に突出する距離よりも短くなる。

また、第１ボンディングパッド１６では、アルミスプラッシュ１８の部分１８ａとは反対側の部分１８ｂは、部分１９ａと同様に、角度θ３よりも小さい角度で傾斜した状態で第１ボンディングパッド１６から斜め上方に向かって伸びるように形成される。つまり、部分１８ｂは、従来のアルミスプラッシュの部分１１８ｂよりもより下方に向かって伸びる。このため、部分１８ｂが横方向に突出する距離は、部分１１８ｂが横方向に突出する距離よりも長くなる。

上述したように、Ｗ１〜Ｗ４の間には、Ｗ１＜Ｗ３およびＷ２＞Ｗ４の関係が成立する。但し、距離Ｗ１と距離Ｗ３の差は大きい一方で、距離Ｗ２と距離Ｗ４の差はそれほど大きくない。このため、Ｗ１＋Ｗ２＜Ｗ３＋Ｗ４の関係が成立する。このように、図４に示す比較例に比べて、図３に示す実施形態では、第１ボンディングパッド１６と第２ボンディングパッド１７の間においてアルミスプラッシュの部分１８ａ、１９ａが横方向に突出する合計距離を短くすることができる。したがって、第１ボンディングパッド１６に生じるアルミスプラッシュの部分１８ａと、第２ボンディングパッド１７に生じるアルミスプラッシュの部分１９ａとの間の絶縁距離を稼ぐことができる。

また、第１ボンディングパッドの上面の端部１６ａが、第２ボンディングパッド１７の上面の端部１７ａよりも上方に位置している。このため、第１ボンディングパッド１６に生じるアルミスプラッシュ１８と第２ボンディングパッド１７の絶縁距離を半導体基板の厚み方向（ｚ方向）に稼ぐことができる。

このように、銅ワイヤ２０をボンディングした際にアルミスプラッシュが生じた場合であっても、第１ボンディングパッド１６と第２ボンディングパッド１７とが短絡することを好適に抑制することができる。

また、第２ボンディングパッド１７の上面が、第１ボンディングパッド１６から離れるにつれて上方に位置するように傾斜している。すなわち、第１ボンディングパッド１６の上面と第２ボンディングパッド１７の上面の双方が、ｙ軸正方向に向かうにつれて上方に位置するように傾斜している。このため、第１ボンディングパッド１６と第２ボンディングパッド１７に対して、略同じ条件（荷重、ストローク等）でワイヤボンディングを行うことができる。特に、本実施形態では、第１ボンディングパッド１６の上面と第２ボンディングパッド１７の上面が略平行であるので、第１ボンディングパッド１６と第２ボンディングパッド１７に対して、略同じボンディング条件を採用することができる。

また、図示していないが、また、他の信号用ボンディングパッド２２の上面も、第１ボンディングパッド１６及び第２ボンディングパッド１７と同様に傾斜している。したがって、各信号用ボンディングパッド２２のアルミスプラッシュの間で絶縁距離を確保することができる。また、各信号用ボンディングパッド２２を略同じ条件でボンディングすることができる。

本明細書が開示する技術要素について、以下に列挙する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。

本明細書が開示する一例の構成では、第１ボンディングパッドの上面の第２ボンディングパッド側の端部が、第２ボンディングパッドの上面の第１ボンディングパッド側の端部よりも上方に位置していてもよい。

この構成によれば、第１ボンディングパッドに生じるアルミスプラッシュと第２ボンディングパッドの絶縁距離を半導体基板の厚み方向に稼ぐことができる。したがって、第１ボンディングパッドと第２ボンディングパッドが短絡することを抑制することができる。

本明細書が開示する一例の構成では、第２ボンディングパッドが、アルミニウムを含有する金属によって構成されており、第２ボンディングパッドの上面は、第１ボンディングパッドから離れるにつれて上方に位置するように傾斜していてもよい。

この構成によれば、第１ボンディングパッドの上面と第２ボンディングパッドの上面の双方が、半導体基板に対して同じ方向に傾斜する。このため、第１ボンディングパッドと第２ボンディングパッドに対して、同様の条件でワイヤボンディングを行うことができる。

本明細書が開示する一例の構成では、第１ボンディングパッドに接続されており、銅を含有する金属によって構成されている第１ワイヤと、第２ボンディングパッドに接続されており、銅を含有する金属によって構成されている第２ワイヤ、をさらに有していてもよい。

銅を含有するワイヤは硬いので、アルミスプラッシュが生じやすい。したがって、銅を含有するワイヤに傾斜したボンディングパッドを用いるとより有用である。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：半導体装置
１２：半導体基板
１４：主電極
１５：リード線
１６：第１ボンディングパッド
１６ａ：端部
１７：第２ボンディングパッド
１７ａ：端部
２０：銅ワイヤ
２４：絶縁膜

Claims (4)

1. 半導体装置であって、
   半導体基板と、
   前記半導体基板の上面に設けられており、アルミニウムを含有する金属によって構成されている第１ボンディングパッドと、
   前記半導体基板の前記上面に設けられている第２ボンディングパッド、
   を有し、
   前記第１ボンディングパッドの上面は、前記第２ボンディングパッドに近づくにつれて上方に位置するように傾斜している、
   半導体装置。
2. 前記第１ボンディングパッドの前記上面の前記第２ボンディングパッド側の端部が、前記第２ボンディングパッドの上面の前記第１ボンディングパッド側の端部よりも上方に位置している、請求項１の半導体装置。
3. 前記第２ボンディングパッドが、アルミニウムを含有する金属によって構成されており、
   前記第２ボンディングパッドの上面は、前記第１ボンディングパッドから離れるにつれて上方に位置するように傾斜している、請求項１または２の半導体装置。
4. 前記第１ボンディングパッドに接続されており、銅を含有する金属によって構成されている第１ワイヤと、
   前記第２ボンディングパッドに接続されており、銅を含有する金属によって構成されている第２ワイヤ、
   をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項の半導体装置。

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