[发明专利]半导体器件

说明书

本申请基于日本专利申请No.2007-38912和No.2007-337436，其全部内容作为参考包含在这里。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，且更具体地涉及一种配置成在半导体芯片的电极焊垫和键合线(bonding wire)等接合构件之间具有结点(junction)并用密封树脂密封的半导体器件。

背景技术

日本专利特开No.S64-37044(1989)和日本专利特开No.H01-187832(1989)公开了典型的半导体器件，其是通过将布置在半导体芯片上的电极焊垫经由例如引线键合的接合构件接合到引线架，之后用密封树脂密封而制造的。

在日本专利特开No.S64-37044描述的半导体器件中，金(Au)线键合到由铝(Al)硅(Si)合金构成的互连。

此外，日本专利特开No.S64-37044还公开了，当塑料模制的半导体器件保持在200摄氏度或更高的高温环境中时，在金线和铝电极焊垫的结点处会造成脱离，导致有缺陷的接合；并且还公开了，除了金线的结点之外，在铜(Cu)线和铝电极的结点中也会导致类似的现象。

此外，日本专利特开No.S64-37044另外公开了，这种现象与密封树脂中由于热退化而产生的自由卤素的程度相关；并且还公开了：可以通过纯化用作阻燃剂的溴化的环氧树脂，以减少由于热分解产生的自由溴化合物，来改善这种现象。

日本专利特开No.H01-187832公开了用Cu导线的键合技术。日本专利特开No.H01-187832描述了：为了增加电极焊垫的硬度，以相对高的比例将Cu加入到包含Al作为主要成分的电极焊垫中。更具体地，以2％到12％的比率将Cu加入到包含Al作为主要成分的电极焊垫中，以获得其硬度在70到100维氏硬度的等级。日本专利特开No.H01-187832还描述了：由于这种电极焊垫的硬度高于Al焊垫的硬度，所以在键合Cu导线的处理期间压焊截面不会剥离，并且减小了施加到电极焊垫的下层上的冲击力，以便避免绝缘膜中的损伤，例如裂缝。

发明内容

本发明人研究了在日本专利特开No.S64-37044和日本专利特开No.H01-187832中描述的技术，并发现：仍然需要提高在高温环境下操作期间电极焊垫和键合线之间结点的可靠性。

在这种情况下，为了实现进一步提高长期高温下的操作可靠性，本发明人进行了进一步的研究。由研究的结果发现：不采用在密封树脂中的至少一个区域中使用含溴(Br)的树脂合成物的结构，而是使用基本不包含Br的结构，并且分别为电极焊垫和例如键合线的接合构件选择合适的材料，使得可以实现在高温下的改善的操作可靠性，并由此提出了本发明。

根据本发明的一个方面，提供一种半导体器件，包括：半导体芯片；电极焊垫，其提供在半导体芯片中并包含铝(Al)作为主要成分且另外包含铜(Cu)；和接合构件，其连接提供在半导体芯片外部的接合端子和半导体芯片，且主要包含Cu，其中在用来接合该接合构件和电极焊垫的区域中提供多层具有不同Cu与Al含量比的Cu和Al合金，其中Cu和Al合金层包括铜-铝合金(CuAl₂)层和提供在CuAl₂层和接合构件之间且具有比CuAl₂层的Al含量比相对低的Al含量比的层，并且其中电极焊垫和接合构件用基本不包含卤素的密封树脂密封。

本发明的半导体器件配置成：接合构件主要包含Cu，电极焊垫包含Al作为主要成分并且进一步包含Cu，并且密封树脂基本不包含卤素。由于多层具有不同Cu与Al含量比的Cu和Al合金提供在用来接合该接合构件和电极焊垫的区域中，所以通过这些增强效应抑制了在高温操作期间接合构件和电极焊垫之间的结点区域中缺陷的产生，由此可以稳定地提高可靠性。

此外，与使用Au作为接合构件的材料相比，能够实现改善的电学特性，另外，能够显著降低制造成本。

可以使用任何类型的构件作为本发明中的接合构件，只要该构件能够提供接合端子和半导体芯片之间的电接合，更具体地可以使用线状、球状、带状接合构件等。能够抑制在接合构件和电极焊垫之间的结点区域中缺陷的产生，而不管接合构件的类型。

在这里，条件“密封树脂基本不包含卤素”在本说明书中被确定为：没有蓄意地向构成密封树脂的成分中的任何树脂或例如阻燃剂等的任何添加剂中加入卤素，并且，在制造过程期间不可避免地混入密封树脂组合物中的卤素是允许的。即使在这种不可避免的混合的情况下，树脂组合物中每种卤素元素的卤素含量可以是，例如，等于或低于1000ppm，更优选等于或低于100ppm。