特開 2023-172020 半導体装置及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023172020

(43)【公開日】2023-12-06

(54)【発明の名称】半導体装置及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20231129BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301P

H01L21/88 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022083565

(22)【出願日】2022-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】302062931

【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡部 翔太

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 望

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕治

【テーマコード（参考）】

5F033

5F044

【Ｆターム（参考）】

5F033HH07

5F033HH09

5F033HH13

5F033PP15

5F033PP28

5F033QQ08

5F033QQ11

5F033RR04

5F033VV07

5F044AA15

5F044EE04

5F044EE06

5F044EE11

5F044FF05

5F044FF06

(57)【要約】

【課題】ボンディングパッドとボンディングワイヤとの間の接合信頼性を改善可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、ボンディングパッドを有する最上層の配線を構成している第１金属膜を備える。第１金属膜の結晶粒界における不純物の濃度は、第１金属膜中の結晶粒内における不純物の濃度よりも高い。第１金属膜に含まれている結晶粒の最大粒径は、５μｍ未満である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボンディングパッドを有する最上層の配線を構成している第１金属膜を備え、
前記第１金属膜の結晶粒界における不純物の濃度は、前記第１金属膜中の結晶粒内における前記不純物の濃度よりも高く、
前記第１金属膜に含まれている結晶粒の最大粒径は、５μｍ未満である、半導体装置。

【請求項2】

前記第１金属膜は、第１金属元素を含み、
前記第１金属膜中の前記第１金属元素の含有量は、９９質量パーセント以上であり、
前記第１金属元素は、アルミニウム又は銅である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１金属元素は、アルミニウムであり、
前記第１金属膜は、第２金属元素をさらに含み、
前記第２金属元素は、銅、シリコン及びパラジウムの少なくともいずれかである、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記不純物は、酸素、窒素及び炭素の少なくともいずれかである、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記不純物は、酸素であり、
前記第１金属膜の結晶粒内における酸素の濃度は、０．６原子パーセント以上かつ０．８原子パーセント以下であり、
前記第１金属膜の結晶粒界における酸素の濃度は、０．９原子パーセント以上かつ１．５原子パーセント以下である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記ボンディングパッド上に配置されている第２金属膜をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第２金属膜は、無電解めっき膜である、請求項６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第２金属膜は、前記ボンディングパッド上に配置されている第１膜を有し、
前記第１膜は、無電解ニッケルめっき膜である、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第２金属膜は、前記第１膜上に配置されている第２膜をさらに有し、
前記第２膜は、無電解金めっき膜である、
請求項８に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第２金属膜は、前記第１膜上に配置されている第２膜と、前記第２膜上に配置されている第３膜をさらに有し、
前記第２膜は、無電解パラジウムめっき膜であり、
前記第３膜は、無電解金めっき膜である、請求項８に記載の半導体装置。

【請求項11】

ボンディングワイヤをさらに備え、
前記ボンディングワイヤは、前記第２金属膜に接合されている、請求項８に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記ボンディングワイヤは、第３金属元素を含み、
前記ボンディングワイヤ中の前記第３金属元素の含有量は、９９質量パーセント以上であり、
前記第３金属元素は、アルミニウム、銅、銀及び金のいずれかである、請求項１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

ボンディングワイヤをさらに備え、
前記ボンディングワイヤは、前記ボンディングパッドに接合されている、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記第１金属膜の硬さは、０．８ＧＰａ以上である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記第１金属膜を覆っている保護膜をさらに備え、
前記保護膜には、前記ボンディングパッドを露出させる開口が形成されており、
前記開口の幅は、３００μｍ以下である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項16】

第１金属膜をスパッタリングにより成膜する工程と、
前記第１金属膜をパターンニングすることにより、ボンディングパッドを有する最上層の配線を形成する工程とを備え、
前記スパッタリングが行われる際、スパッタガスに酸素ガスが添加される、半導体装置の製造方法。

【請求項17】

前記スパッタガス中の前記酸素ガスの含有量は、０．０２５体積パーセント以上かつ０．２５体積パーセント以下である、請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特開２０１４－１８７０７３号公報（特許文献１）には、半導体装置が記載されている。特許文献１に記載の半導体装置は、配線と、ＯＰＭ（Over Pad Metallurgy）膜とを有している。配線は、最上層の配線である。配線は、ボンディングパッドを有している。配線は、アルミニウム合金より形成されている。ＯＰＭ膜は、ボンディングパッド上に配置されている。ボンディングパッドには、ＯＰＭ膜を介在させてボンディングワイヤが接合されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１８７０７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の半導体装置では、ボンディングパッドとボンディングワイヤとの間の接合信頼性に改善の余地がある。その他の課題及び新規な特徴は、本明細書の記載及び添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の半導体装置は、ボンディングパッドを有する最上層の配線を構成している第１金属膜を備える。第１金属膜の結晶粒界における不純物の濃度は、第１金属膜中の結晶粒内における不純物の濃度よりも高い。第１金属膜に含まれている結晶粒の最大粒径は、５μｍ未満である。

【発明の効果】

【0006】

ボンディングパッドとボンディングワイヤとの間の接合信頼性を改善可能である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】半導体装置ＤＥＶ１の断面図である。

【図2】半導体装置ＤＥＶ１の製造方法を示す工程図である。

【図3】スパッタリング工程Ｓ１を説明する断面図である。

【図4】配線パターンニング工程Ｓ２を説明する断面図である。

【図5】保護膜形成工程Ｓ３を説明する断面図である。

【図6】ＯＰＭ膜形成工程Ｓ４を説明する断面図である。

【図7】半導体装置ＤＥＶ２の断面図である。

【図8】半導体装置ＤＥＶ３の断面図である。

【図9】半導体装置ＤＥＶ４の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0009】

（第１実施形態）
第１実施形態に係る半導体装置を説明する。第１実施形態に係る半導体装置を、半導体装置ＤＥＶ１とする。

【0010】

＜半導体装置ＤＥＶ１の構成＞
以下に、半導体装置ＤＥＶ１の構成を説明する。

【0011】

図１は、半導体装置ＤＥＶ１の断面図である。図１に示されるように、半導体装置ＤＥＶ１は、層間絶縁膜ＩＬＤと、配線ＷＬ（第１金属膜）と、保護膜ＰＶと、ＯＰＭ膜ＯＰＭ１（第２金属膜）と、ＯＰＭ膜ＯＰＭ２とを有している。なお、図１中では、層間絶縁膜ＩＬＤよりも下層にある構造の図示が省略されている。半導体装置ＤＥＶ１は、パワーデバイスである。パワーデバイスの具体例としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。但し、半導体装置ＤＥＶ１は、ＩＧＢＴに限られない。

【0012】

層間絶縁膜ＩＬＤは、最上層の層間絶縁膜である。層間絶縁膜ＩＬＤは、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）により形成されている。配線ＷＬは、層間絶縁膜ＩＬＤ上に配置されている。配線ＷＬは、最上層の配線である。配線ＷＬは、ボンディングパッドＢＰ１と、ボンディングパッドＢＰ２とを有している。半導体装置ＤＥＶ１がＩＧＢＴである場合、ボンディングパッドＢＰ１及びボンディングパッドＢＰ２は、それぞれゲート電極及びエミッタ電極である。

【0013】

配線ＷＬは、主成分として、第１金属元素を含んでいる。すなわち、配線ＷＬ中の第１金属元素の含有量は、９９パーセント以上である。第１金属元素は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）である。第２金属元素は、銅（Ｃｕ）であってもよい。配線ＷＬ２は、第２金属元素を含んでいてもよい。第１金属元素がアルミニウムである場合、第２金属元素は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）及びパラジウム（Ｐｄ）の少なくともいずれかである。

【0014】

配線ＷＬは、不純物を含んでいる。この不純物は、例えば、酸素（Ｏ）である。この不純物は、窒素（Ｎ）又は炭素（Ｏ）であってもよい。すなわち、配線ＷＬは、不純物として、酸素、窒素及び炭素の少なくともいずれかを含んでいればよい。

【0015】

配線ＷＬは、多結晶体である。配線ＷＬの結晶粒界における不純物の濃度は、配線ＷＬの結晶粒内における不純物の濃度よりも高い。配線ＷＬに含まれている不純物が酸素である場合、配線ＷＬの結晶粒内における酸素の濃度が０．６原子パーセント以上かつ０．８原子パーセント以下であることが好ましく、配線ＷＬの結晶粒界における酸素の濃度が０．９原子パーセント以上かつ１．５原子パーセント以下であることが好ましい。

【0016】

配線ＷＬの結晶粒界における不純物の濃度及び配線ＷＬの結晶粒内における不純物の濃度は、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）を用いて測定される。この測定が行われる際の電子ビームのスポット径は、１μｍ以下とされる。配線ＷＬの結晶粒界における不純物の濃度及び配線ＷＬの結晶粒内における不純物の濃度は、３点の測定点において測定が行われ、その平均値が算出される。

【0017】

配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径は、５μｍ未満である。配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径は、４μｍ未満であることが好ましい。配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大値は、ＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Electron）法により測定される。より具体的には、第１に、配線ＷＬの断面において、ＥＢＳＤ像が取得される。このＥＢＳＤ像は、倍率が１５００倍であり、サイズが５０μｍ×５０μｍである。第２に、上記のＥＢＳＤ像中の最も粒径が大きい結晶粒が特定されるとともに、当該結晶粒の面積をπ／４で除した値の平方根が計算される。この平方根が、配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径と見做される。

【0018】

配線ＷＬの硬さは、０．８ＧＰａ以上であることが好ましい。配線ＷＬの硬さは、ＩＳＯ１４５７７に規定されているナノインデンテーション硬さ試験により測定される。このナノインデンテーション硬さ試験が行われる際の試験条件は、測定温度が室温、圧子の押し込み深さが配線ＷＬの厚さの１０パーセント程度とされる。配線ＷＬの硬さは、１０点の測定点において測定が行われ、その平均値が算出される。

【0019】

保護膜ＰＶは、配線ＷＬを覆うように、層間絶縁膜ＩＬＤ上に配置されている。保護膜ＰＶは、例えばポリイミドにより形成されている。保護膜ＰＶには、開口ＯＰ１及び開口ＯＰ２が形成されている。開口ＯＰ１は、保護膜ＰＶを厚さ方向に沿って貫通している。開口ＯＰ１からは、ボンディングパッドＢＰ１が露出している。開口ＯＰ２は、保護膜ＰＶを厚さ方向に沿って貫通している。開口ＯＰ２からは、ボンディングパッドＢＰ２が露出している。

【0020】

開口ＯＰ１の開口幅を、幅Ｗ１とする。開口ＯＰ２の開口幅を、幅Ｗ２とする。幅Ｗ１は、幅Ｗ２よりも小さい。幅Ｗ１は、好ましくは、３００μｍ以下である。幅Ｗ１は、例えば９０μｍ以上である。幅Ｗ２は、好ましくは、１０００μｍ以上である。幅Ｗ２は、例えば１００００μｍ以下である。

【0021】

ＯＰＭ膜ＯＰＭ１は、開口ＯＰ１から露出しているボンディングパッドＢＰ１上に配置されている。ＯＰＭ膜ＯＰＭ１は、例えば、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａと、無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ１ｂと、無電解金めっき膜ＯＰＭ１ｃとを有している。

【0022】

無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａは、ニッケル（Ｎｉ）を含む無電解めっき膜（無電解めっきにより形成されている膜）である。無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａは、開口ＯＰ１から露出しているボンディングパッドＢＰ１上に配置されている。

【0023】

無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ１ｂは、パラジウムを含む無電解めっき膜である。無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ１ｂは、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ上に配置されている。無電解金めっき膜ＯＰＭ１ｃは、金（Ａｕ）を含む無電解めっき膜である。無電解金めっき膜ＯＰＭ１ｃは、無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ１ｂ上に配置されている。ＯＰＭ膜ＯＰＭ１は、無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ１ｂを有していなくてもよい。この場合、無電解金めっき膜ＯＰＭ１ｃは、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ上に配置されている。

【0024】

ＯＰＭ膜ＯＰＭ２は、開口ＯＰ２から露出しているボンディングパッドＢＰ２上に配置されている。ＯＰＭ膜ＯＰＭ２は、ＯＰＭ膜ＯＰＭ１と同様の膜構成になっている。すなわち、ＯＰＭ膜ＯＰＭ２は、例えば、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａと、無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ２ｂと、無電解金めっき膜ＯＰＭ２ｃとを有している。無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａは、ニッケルを含む無電解めっき膜である。

【0025】

無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａは、開口ＯＰ２から露出しているボンディングパッドＢＰ２上に配置されている。無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ２ｂは、パラジウムを含む無電解めっき膜である。無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ２ｂは、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａ上に配置されている。無電解金めっき膜ＯＰＭ２ｃは、金を含む無電解めっき膜である。無電解金めっき膜ＯＰＭ２ｃは、無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ２ｂ上に配置されている。ＯＰＭ膜ＯＰＭ２は、無電解パラジウムめっき膜ＯＰＭ２ｂを有していなくてもよい。この場合、無電解金めっき膜ＯＰＭ２ｃは、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａ上に配置されている。

【0026】

無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａの厚さ及び無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａの厚さを、それぞれ厚さＴ１及び厚さＴ２とする。厚さＴ１及び厚さＴ２は、例えば、配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径の０．５倍以上である。

【0027】

半導体装置ＤＥＶ１は、ボンディングワイヤＢＷと、クリップＣＬと、接合層ＪＬとをさらに有していてもよい。

【0028】

ボンディングワイヤＢＷは、主成分として、第３金属元素を含んでいる。すなわち、ボンディングワイヤＢＷ中の第３金属元素の含有量は、９９質量パーセント以上である。第３金属元素は、アルミニウム、銅、銀（Ａｇ）及び金のいずれかである。ボンディングワイヤＢＷの一方端は、ボール部になっている。ボンディングワイヤＢＷは、ボール部において、ＯＰＭ膜ＯＰＭ１に接合されている。すなわち、ボンディングワイヤＢＷは、ＯＰＭ膜ＯＰＭ１を介してボンディングパッドＢＰ１に接合されている。

【0029】

クリップＣＬは、例えば銅又は銅合金により形成されている。クリップＣＬは、接合層ＪＬにより、ボンディングパッドＢＰ２に接合されている。接合層ＪＬは、例えば錫（Ｓｎ）合金等のはんだ合金である。図示されていないが、ボンディングパッドＢＰ１はボンディングワイヤＢＷを介してリードフレーム等に電気的に接続されており、ボンディングパッドＢＰ２はクリップＣＬ及び接合層ＪＬを介してリードフレーム等に電気的に接続されている。

【0030】

＜半導体装置ＤＥＶ１の製造方法＞
以下に、半導体装置ＤＥＶ１の製造方法を説明する。

【0031】

図２は、半導体装置ＤＥＶ１の製造方法を示す工程図である。図２に示されるように、半導体装置ＤＥＶ１の製造方法は、スパッタリング工程Ｓ１と、配線パターンニング工程Ｓ２と、保護膜形成工程Ｓ３と、ＯＰＭ膜形成工程Ｓ４と、パッケージング工程Ｓ５とを有している。

【0032】

スパッタリング工程Ｓ１に先立って、層間絶縁膜ＩＬＤ及びそれよりも下層にある構造が形成されている。層間絶縁膜ＩＬＤ及びそれよりも下層にある構造は、従来公知の方法により形成されるため、ここでは説明を省略する。

【0033】

図３は、スパッタリング工程Ｓ１を説明する断面図である。図３に示されるように、スパッタリング工程Ｓ１では、層間絶縁膜ＩＬＤ上に、配線ＷＬの構成材料が成膜される。このスパッタリングに用いられるスパッタガスは、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスと、酸素ガス（Ｏ_２）とを含んでいる。なお、配線ＷＬに不純物として窒素を導入する場合には酸素ガスに代えて窒素ガス（Ｎ_２）が用いられ、配線ＷＬに不純物として炭素を導入する場合には酸素ガスに代えて炭素を含むガス（一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）等）が用いられる。スパッタガス中の酸素ガスの含有量は、好ましくは、０．０２５体積パーセント以上かつ０．２５体積パーセント以下である。

【0034】

図４は、配線パターンニング工程Ｓ２を説明する断面図である。配線パターンニング工程Ｓ２では、図４に示されるように、スパッタリング工程Ｓ１において成膜された配線ＷＬの構成材料がパターンニングされる。配線パターンニング工程Ｓ２では、第１に、成膜された配線ＷＬの構成材料上に、レジストパターンが形成される。このレジストパターンは、フォトレジストを露光及び現像することにより形成される。第２に、このレジストパターンをマスクとして、成膜された配線ＷＬの構成材料がドライエッチングされる。これにより、ボンディングパッドＢＰ１及びボンディングパッドＢＰ２を有する配線ＷＬが形成されることになる。

【0035】

図５は、保護膜形成工程Ｓ３を説明する断面図である。図５に示されるように、保護膜形成工程Ｓ３では、保護膜ＰＶの構成材料が、配線ＷＬを覆うように層間絶縁膜ＩＬＤ上に塗布される。第２に、塗布された保護膜ＰＶの構成材料が露光及び現像されることにより、開口ＯＰ１及び開口ＯＰ２が形成される。第３に、加熱により塗布された保護膜ＰＶの構成材料が硬化され、保護膜ＰＶが形成される。

【0036】

図６は、ＯＰＭ膜形成工程Ｓ４を説明する断面図である。図６に示されるように、ＯＰＭ膜形成工程Ｓ４では、ＯＰＭ膜ＯＰＭ１及びＯＰＭ膜ＯＰＭ２が、開口ＯＰ１から露出しているボンディングパッドＢＰ１上及び開口ＯＰ２から露出しているボンディングパッドＢＰ２上に形成される。ＯＰＭ膜ＯＰＭ１及びＯＰＭ膜ＯＰＭ２は、例えば、無電解めっきを行うことにより形成される。

【0037】

パッケージング工程Ｓ５では、ボンディングワイヤＢＷによりリードフレーム等とＯＰＭ膜ＯＰＭ１とが接続されるとともに、クリップＣＬによりリードフレーム等とＯＰＭ膜ＯＰＭ２とが接続される。これにより、図１に示される構造の半導体装置ＤＥＶ１が形成されることになる。

【0038】

＜半導体装置ＤＥＶ１の効果＞
以下に、半導体装置ＤＥＶ１の効果を、比較例に係る半導体装置と対比しながら説明する。比較例に係る半導体装置を、半導体装置ＤＥＶ２とする。

【0039】

図７は、半導体装置ＤＥＶ２の断面図である。図７に示されるように、半導体装置ＤＥＶ２は、層間絶縁膜ＩＬＤと、配線ＷＬと、保護膜ＰＶと、ＯＰＭ膜ＯＰＭ１と、ＯＰＭ膜ＯＰＭ２とを有している。半導体装置ＤＥＶ２では、配線ＷＬが、ボンディングパッドＢＰ１とボンディングパッドＢＰ２とを有している。半導体装置ＤＥＶ２では、配線ＷＬの結晶粒界における酸素の濃度が、配線ＷＬの結晶粒内における酸素濃度と同程度になっている。また、半導体装置ＤＥＶ２では、配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径が、５μｍ以上になっている（１７μｍ程度になっている）。

【0040】

アルミニウムの特定の結晶面上では、無電解ニッケルめっき膜が成長しにくい。配線ＷＬは多結晶体であるため、そのような特定の結晶面がボンディングパッドＢＰ１の表面及びボンディングパッドＢＰ２の表面に存在することがある。そのような特定の結晶面がボンディングパッドＢＰ１の表面及びボンディングパッドＢＰ２の表面に存在しても、厚さＴ１及び厚さＴ２を配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径の０．５倍以上とすれば、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ及び無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａが横方向に成長することで、当該特定の結晶面上が無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ及び無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａにより覆われることになる。

【0041】

半導体装置ＤＥＶ２では、例えば保護膜形成工程Ｓ３において行われる加熱により、配線ＷＬに含まれている結晶粒が粗大化され、配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径が１７μｍ程度になっているため、厚さＴ１及び厚さＴ２を相当に厚くしない限り、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ及び無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａに欠けが生じ、この欠けに起因してＯＰＭ膜ＯＰＭ１及びＯＰＭ膜ＯＰＭ２に欠けが生じる。ボンディングパッドＢＰ１にはＯＰＭ膜ＯＰＭ１を介してボンディングワイヤＢＷが接合されるが、ＯＰＭ膜ＯＰＭ１に生じた欠けを起点として、ボンディングワイヤＢＷがＯＰＭ膜ＯＰＭ１から剥離してしまうことがある。このように、半導体装置ＤＥＶ２では、ボンディングワイヤＢＷとボンディングパッドＢＰ１との間の接合信頼性に改善の余地がある。

【0042】

なお、半導体装置ＤＥＶ２でも、厚さＴ１及び厚さＴ２を大きくすることにより、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ及び無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａが成長しにくい特定の結晶面上を無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ及び無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａで覆うことが可能である。しかしながら、この場合、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ及び無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａの形成に伴う応力が増加し、半導体装置ＤＥＶ２に反りが生じることがある。また、この場合、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ及び無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａの形成に伴う製造コストが増加する。

【0043】

半導体装置ＤＥＶ１では、スパッタリング工程Ｓ１において、スパッタガスに微量の酸素ガスが添加されている。そのため、配線ＷＬの結晶粒界が若干酸化されており、配線ＷＬの結晶粒界における酸素の濃度が配線ＷＬの結晶粒内における酸素の濃度よりも高くなっている。その結果、半導体装置ＤＥＶ１では、保護膜形成工程Ｓ３において加熱が行われても、酸化されている結晶粒界により相互拡散が抑制される結果、配線ＷＬに含まれている結晶粒が粗大化しにくく、配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径が５μｍ未満となる。

【0044】

配線ＷＬの結晶粒界における酸素の濃度が配線ＷＬの結晶粒内における酸素の濃度よりも高くなることにより配線ＷＬに含まれている結晶粒の粗大化が抑制されることを確認するために、サンプル１及びサンプル２が準備された。サンプル１及びサンプル２では、配線ＷＬを形成するためにアルミニウムのスパッタリングが行われた。表１に示されているように、サンプル１ではスパッタガス中の酸素ガスの含有量が０．０５体積パーセントとされた。他方で、サンプル２では、スパッタガスがアルゴンのみを含み、酸素ガスを含んでいなかった。サンプル１及びサンプル２では、アルミニウムのスパッタリングが行われた後に、４００℃で３０分間のアニールが行われた。

【0045】

【表1】

【0046】

サンプル１では、スパッタリングにより成膜されたアルミニウムの結晶粒界における酸素の濃度が、スパッタリングにより成膜されたアルミニウムの結晶粒内における酸素濃度よりも高くなっていた。他方で、サンプル２では、スパッタリングにより成膜されたアルミニウムの結晶粒界における酸素の濃度が、スパッタリングにより成膜されたアルミニウムの結晶粒内における酸素濃度よりも低くなっていた。

【0047】

サンプル１では、スパッタリングにより成膜されたアルミニウムに含まれている結晶粒の最大粒径が、３．５６μｍであった。他方で、サンプル２では、スパッタリングにより成膜されたアルミニウムに含まれている結晶粒の最大粒径が、１６．８４μｍであった。この比較から、配線ＷＬの結晶粒界における酸素の濃度が配線ＷＬの結晶粒内における酸素の濃度よりも高くなることにより配線ＷＬに含まれている結晶粒の粗大化が抑制されることが確認される。なお、サンプル１では、結晶粒の粗大化が抑制されている結果、スパッタリングにより成膜されたアルミニウムの硬さがサンプル２よりも高くなっている。

【0048】

半導体装置ＤＥＶ１では、配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径が５μｍ未満となる結果、厚さＴ１及び厚さＴ２を大きくすることなく、無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ１ａ（ＯＰＭ膜ＯＰＭ１）及び無電解ニッケルめっき膜ＯＰＭ２ａ（ＯＰＭ膜ＯＰＭ２）に欠けが発生すること、ひいてはボンディングワイヤＢＷとボンディングパッドＢＰ１との間の接合信頼性を改善することが可能である。なお、配線ＷＬに含まれている不純物が窒素や炭素である場合も、配線ＷＬの結晶粒界に存在する窒素や炭素が配線ＷＬに含まれている結晶粒の粗大化を抑制するため、同様にボンディングワイヤＢＷとボンディングパッドＢＰ１との間の接合信頼性を改善することが可能である。

【0049】

幅Ｗ１が小さくなると（より具体的には、幅Ｗ１が３００μｍ以下になると）、ボンディングワイヤＢＷとＯＰＭ膜ＯＰＭ１との接合面積が小さくなり、ＯＰＭ膜ＯＰＭ１に存在する欠けが接合信頼性に影響しやすくなる。半導体装置ＤＥＶ１によると、幅Ｗ１が３００μｍ以下になる場合であっても、ボンディングワイヤＢＷとボンディングパッドＢＰ１との間の接合信頼性を改善することが可能である。

【0050】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る半導体装置を説明する。第２実施形態に係る半導体装置を、半導体装置ＤＥＶ３とする。ここでは、半導体装置ＤＥＶ１と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0051】

＜半導体装置ＤＥＶ３の構成＞
以下に、半導体装置ＤＥＶ３の構成を説明する。

【0052】

図８は、半導体装置ＤＥＶ３の断面図である。図８に示されるように、半導体装置ＤＥＶ３は、層間絶縁膜ＩＬＤと、配線ＷＬと、保護膜ＰＶと、ボンディングワイヤＢＷとを有している。半導体装置ＤＥＶ３では、配線ＷＬが、ボンディングパッドＢＰ１を有している。半導体装置ＤＥＶ３では、保護膜ＰＶに、開口ＯＰ１が形成されている。この点に関して、半導体装置ＤＥＶ３の構成は、半導体装置ＤＥＶ１の構成と共通している。

【0053】

半導体装置ＤＥＶ３では、開口ＯＰ１から露出しているボンディングパッドＢＰ１上にＯＰＭ膜ＯＰＭ１が形成されていない。半導体装置ＤＥＶ３では、ボンディングワイヤＢＷがボンディングパッドＢＰ１に直接的に接合されている。これらの点に関して、半導体装置ＤＥＶ３の構成は、半導体装置ＤＥＶ１の構成と異なっている。なお、半導体装置ＤＥＶ３は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）である。

【0054】

＜半導体装置ＤＥＶ３の効果＞
以下に、半導体装置ＤＥＶ３の効果を、比較例に係る半導体装置と対比しながら説明する。比較例に係る半導体装置を、半導体装置ＤＥＶ４とする。

【0055】

図９は、半導体装置ＤＥＶ４の断面図である。図９に示されるように、半導体装置ＤＥＶ４は、層間絶縁膜ＩＬＤと、配線ＷＬと、保護膜ＰＶと、ボンディングワイヤＢＷとを有している。半導体装置ＤＥＶ４では、配線ＷＬが、ボンディングパッドＢＰ１を有している。半導体装置ＤＥＶ４では、保護膜ＰＶに、開口ＯＰ１が形成されている。半導体装置ＤＥＶ４では、開口ＯＰ１から露出しているボンディングパッドＢＰ１上にＯＰＭ膜ＯＰＭ１が形成されていない。半導体装置ＤＥＶ４では、ボンディングワイヤＢＷがボンディングパッドＢＰ１に直接的に接合されている。

【0056】

しかしながら、半導体装置ＤＥＶ４では、配線ＷＬの結晶粒界における不純物の濃度が配線ＷＬの結晶粒内における不純物の濃度よりも高くなっていない。その結果、半導体装置ＤＥＶ４では、配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径が５μｍ以上になっており、配線ＷＬの硬さが低くなっている。そのため、半導体装置ＤＥＶ４では、ワイヤボンディングに伴って配線ＷＬが変形してボンディングワイヤＢＷの直下にあるボンディングパッドＢＰ１の厚さが小さくなり、ボンディングパッドＢＰ１にクラックが生じやすい。このようなクラックは、ボンディングパッドＢＰ１とボンディングワイヤＢＷとの接合信頼性を低下させる原因となる。

【0057】

他方で、半導体装置ＤＥＶ３では、配線ＷＬに含まれている結晶粒の最大粒径が５μｍ未満となっており、配線ＷＬの硬さが高くなっている。そのため、半導体装置ＤＥＶ３では、ワイヤボンディングに伴う配線ＷＬの変形を抑制することにより、ボンディングワイヤＢＷの直下にあるボンディングパッドＢＰ１の厚さが小さくなること、ひいてはボンディングパッドＢＰ１にクラックが生じることを抑制可能である。そのため、半導体装置ＤＥＶ３によると、ボンディングワイヤＢＷとボンディングパッドＢＰ１との間の接合信頼性を改善可能である。

【0058】

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0059】

ＢＰ１，ＢＰ２ ボンディングパッド、ＢＷ ボンディングワイヤ、ＣＬ クリップ、ＤＥＶ１，ＤＥＶ２，ＤＥＶ３，ＤＥＶ４ 半導体装置、ＩＬＤ 層間絶縁膜、ＪＬ 接合層、ＯＰ１，ＯＰ２ 開口、ＯＰＭ１ ＯＰＭ膜、ＯＰＭ１ａ 無電解ニッケルめっき膜、ＯＰＭ１ｂ 無電解パラジウムめっき膜、ＯＰＭ１ｃ 無電解金めっき膜、ＯＰＭ２ ＯＰＭ膜、ＯＰＭ２ａ 無電解ニッケルめっき膜、ＯＰＭ２ｂ 無電解パラジウムめっき膜、ＯＰＭ２ｃ 無電解金めっき膜、ＰＶ 保護膜、Ｓ１ スパッタリング工程、Ｓ２ 配線パターンニング工程、Ｓ３ 保護膜形成工程、Ｓ４ 形成工程、Ｓ５ パッケージング工程、Ｔ１，Ｔ２ 厚さ、Ｗ１，Ｗ２ 幅、ＷＬ，ＷＬ２ 配線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】