(57)【要約】      （修正有）【課題】ワイヤの低インダクタンス化、半導体チップへのダメージ軽減、接合部の強固な接合、及び半導体パッケージの小型化を同時に実現することで、高信頼性及び小型化を両立した半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】ボールを介して半導体チップ５のチップ電極にワイヤを接合する１回目のボンディングステップと、ボールを介してリード端子にワイヤを接合する２回目のボンディングステップと、ボールを介して半導体チップ５のチップ電極にワイヤを接合する３回目のボンディングステップと、リード端子にワイヤを接合する４回目のボンディングステップと、ワイヤを切断するステップとを備える。【選択図】図４
2010287633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールを介して半導体チップのチップ電極にワイヤを接合する１回目のボンディングステップと、
ボールを介してリード端子に前記ワイヤを接合する２回目のボンディングステップと、
ボールを介して前記半導体チップのチップ電極に前記ワイヤを接合する３回目のボンディングステップと、
前記リード端子に前記ワイヤを接合する４回目のボンディングステップと、
前記ワイヤを切断するステップと
を備える
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ボンディングステップの各々は、
前記ワイヤを溶融して前記ボールを形成するステップ
を備える
半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ボンディングステップの各々は、
前記ボールを形成する前に前記ワイヤをクリップで固定するステップと、
前記クリップを用いて前記ワイヤの折り返しを形成するステップと、
前記ワイヤの折り返し部に前記ボールを形成するステップと
を備える
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ボンディングステップの各々は、
前記１回目のボンディングステップの前に予めボールを形成するステップ
を備える
半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記４回目のボンディングステップの前に、前記２回目と３回目のボンディングステップを少なくとも１回以上繰り返すステップ
を更に備える
半導体装置の製造方法。
【請求項６】
第１と第２のチップ電極を有する半導体チップと、
リード端子と、
ボールを介して前記第１のチップ電極に接続され、前記リード端子に延び、ボールを介して前記リード端子に接続され、前記第２のチップ電極に延び、ボールを介して前記第２のチップ電極に接続され、前記リード端子に延び、前記リード端子に接続されるワイヤと
を備える
半導体装置。
【請求項７】
キャピラリの先端部から突出するワイヤをクリップで固定するステップと、
前記キャピラリと前記クリップとの間に前記ワイヤの折り返しを形成するステップと、
前記ワイヤの前記折り返しにボールを形成するステップと、
前記キャピラリを用いてリード端子又は半導体チップのチップ電極に前記ボールを接合するボンディングステップと
を備える
ワイヤボンディング装置の動作方法。
【請求項８】
請求項７に記載のワイヤボンディング装置の動作方法において、
前記ボンディングステップは、
前記ボールを接合した後に前記ワイヤを切断せずに前記キャピラリの先端部から前記ワイヤを繰り出し続けるステップと、
前記ワイヤのループ形状を形成するステップと
を備える
ワイヤボンディング装置の動作方法。
【請求項９】
キャピラリと、
前記キャピラリの先端部から突出するワイヤを固定するためのクリップと、
前記ワイヤを溶融してボールを形成するための熱エネルギを与える装置と
を備える
ワイヤボンディング装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のワイヤボンディング装置において、
前記クリップは、
前記ワイヤが固定可能で前記キャピラリの先端部付近に配置される前記クリップ
を備える
ワイヤボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、及びその製造方法であるワイヤボンディングの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージとは、リードフレームのアイランド上に半導体チップが載せられ、半導体チップの電極部（チップ電極）とリード端子とが金ワイヤで接続された後に樹脂によって封止されたものである。チップ電極及びリード端子それぞれに金ワイヤが圧着方式で接合される工程はワイヤボンディングと呼ばれる。ワイヤボンディングによってチップ電極とリード端子との間がワイヤ配線によって電気的に接続される。そして、半導体パッケージの性能を左右するワイヤ配線には様々な新しい素材及び技術が投入されている。
【０００３】
例えば、半導体装置の一種であるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）デバイスには、低オン抵抗（低Ｒ−ＯＮ）特性や順方向電圧降下（ΔＶＦ）特性の向上が求められている。この課題を解決するために、金又は銅ワイヤによる多本配線、アルミ線等での線形が太いリボン状のワイヤによる接続、銅又は鉄等の金属製薄板材でのチップ電極とリード端子との接続等の方法が用いられて来た。
【０００４】
一方、半導体パッケージの小型化に伴い、搭載される半導体チップサイズが小さくなることで必然的にチップ電極の面積も小さくなる。したがって、複数のワイヤで並列に接合が行われる場合にも空間的余裕に限度があり、このため、半導体パッケージの特性確保が難しくなっている。
【０００５】
ここで、ワイヤボンディング手順について図１Ａ〜図１Ｅを用いて示す。各図は、一般的なワイヤボンディング装置のボンディング動作領域の概略構成図が工程順に表されたものである。
【０００６】
まず、ワイヤボンディング装置の構成について図１Ａを用いて説明する。ワイヤボンディング装置は、キャピラリ３、スパークロッド４、ヒーターステージ（ボンディングステージ）８、及び図示せぬワイヤクランパを具備する。ワイヤボンディング装置のヒーターステージ８上には、その表面（上面）にチップ電極６を有する半導体のチップ５、及びリード端子７が配置される。キャピラリ３は、チップ５の上方に位置する。管状のキャピラリ３の内部にはワイヤ１が挿通されており、ワイヤ１の先端は、キャピラリ３の下部に突出している。キャピラリ３のさらに上方には図示せぬワイヤクランパがあり、ワイヤ１をクランプ可能である。なお、このワイヤクランパは、キャピラリ３と共に上下動する。スパークロッド４は、ワイヤ１先端の直下へと移動可能であってワイヤ１の先端との間に放電を生じさせることで、そのワイヤ１の先端にボール２を形成する。
【０００７】
続いて、ワイヤボンディングの工程について図１Ａから図１Ｅを用いて説明する。通常のワイヤボンディングは、ボール形成（図１Ａ）、ファーストボンディング（図１Ｂ）、ワイヤループ形成（図１Ｃ）、セカンドボンディング（図１Ｄ）、及びワイヤ切断（図１Ｅ）の工程からなる。各工程について次から詳述する。
【０００８】
はじめに、図１Ａが示すのはワイヤ１の先端にボール２が形成された状態である。すなわち、ワイヤ１先端とスパークロッド４との間の放電により、ワイヤ１先端は熱で溶融し、ワイヤ１先端に球状のボール２が形成される。
【０００９】
次に、図１Ｂに、ファーストボンディングが行われている状態を示す。すなわち、ボール２がチップ電極６上に置かれ、キャピラリ３が下方向に押し付けられる。その際、キャピラリ３からの荷重及び超音波と共にヒーターステージ８からの加熱によってチップ５上のチップ電極６とボール２とが接合される。このようにワイヤ先端部にボールが形成され、そのボールが半導体装置に接合されることをファーストボンディングと称す。
【００１０】
図１Ｃは、ワイヤ１にループ形状が形成されている状態を示したものである。これは、チップ電極６にボール２を介して接合されているワイヤ１がキャピラリ３の先端から連続的に繰り出されつつ、キャピラリ３が特殊な軌跡を描きながらリード端子７表面へと移動することで実現される。
【００１１】
図１Ｄが示すのは、セカンドボンディングが行われている状況であり、チップ電極６とリード端子７とがワイヤ１によって接続されているものである。動作としては、接合前には、ワイヤ１にボールの形成は行われずに、リード端子７表面にキャピラリ３が押し付けられ、キャピラリ３からの荷重及び超音波によってワイヤ１が潰されながらリード端子７へと接合される。このようにワイヤの中途の部分が半導体装置に接合されることをセカンドボンディングと称す。
【００１２】
ここで、セカンドボンディングについての説明を加える。図２は、チップ電極６とワイヤ１とのセカンドボンディングが行われた際の断面図を示したものである。図には、それ以外に、チップ電極６の下にはチップ５が示され、ワイヤ１の周囲にはキャピラリ３の断面が示されている。ここで、キャピラリ３の断面は、キャピラリの左半分３ａ及びキャピラリの右半分３ｂの２つに分断されたように見えているものの実際にはキャピラリは１つであり、これは、キャピラリが中空の管状の構造になっているためである。図中のキャピラリの左半分３ａが押し付けられることによってチップ電極６に接合されたワイヤ１は、キャピラリ３ａの最先端部を境にした左右で別々の接合が同時に行われている。そして、各接合は、左側のワイヤ１ｆがステッチボンディング、右側のワイヤ１ｇがテイルボンディングと呼ばれる。上述の図１Ｄにおいてワイヤ１とリード端子７とが完全に結合されるのは、ここでのワイヤ１ｆのステッチボンディングの方である。一方、テイルボンディングとは、上述の図１Ａの工程においてボール２の形成に使われることになるワイヤ１の先端のテイルと呼ばれる部分が確保されるために行われる暫定的な結合である。
【００１３】
ワイヤボンディングは最終工程へと進む。図１Ｅは、セカンドボンディングが終了した後にワイヤが切断された状態を示したものである。図１Ｅに示した様に、ワイヤ１を図示せぬワイヤクランパで固定し、キャピラリ３の上昇動作と同期してワイヤ１が上方向に引っ張られることにより、リード端子７からテイルボンディング部が剥がされることで１本のワイヤの配線が完了する。
【００１４】
図３に、特公平６−６６３５２号公報の実施例を示す。この図はワイヤボンディング終了時点でのワイヤの配線を示したものである。これは、セカンドボンディング後のワイヤが通常は切断されるところを切断されずにワイヤの配線が継続され、ファーストボンディングが行われた端子にまで再度ワイヤが配されてセカンドボンディングが行われることで並列する２本のワイヤの配線が実現されているものである。はじめに、リード端子７とボール２とのファーストボンディングが行われる。次に、チップ電極６とワイヤ１とのセカンドボンディングが行われる。その後、セカンドボンディング後に通常の配線とは異なり、ワイヤ１が図示せぬワイヤクランパで固定されずに送出され続けることで、ワイヤ１が切断されずに接続されたまま、再びリード端子７にセカンドボンディングが行われる。この結果、チップ５上の電極数を増やさずに２本のワイヤを配線することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特公平６−６６３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
半導体チップの性能が充分に引き出されるワイヤの配線が求められている一方で、半導体パッケージの小型化に伴い、半導体装置の特性確保が難しくなっている。
【００１７】
特許文献１において半導体チップ上の電極数を増やさずに２本のワイヤを配線することが実現されているものの、ワイヤの配線のボンディング部には更なる強固な接合が求められており、また、同時に更なる半導体パッケージの小型化が求められている。
【００１８】
本発明が解決しようとする課題は、ワイヤの低インダクタンス化、半導体チップへのダメージ軽減、接合部の強固な接合、及び半導体パッケージの小型化を同時に実現することで、高信頼性及び小型化を両立した半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
以下に、発明を実施するための形態で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法は、ボール（２ａ）を介して半導体チップ（５）のチップ電極（６ａ）にワイヤ（１）を接合する１回目のボンディングステップと、ボール（２ｂ）を介してリード端子（７ａ）にワイヤ（１）を接合する２回目のボンディングステップと、ボール（２ｃ）を介して半導体チップ（５）のチップ電極（６ｂ）にワイヤ（１）を接合する３回目のボンディングステップと、リード端子（７ａ）にワイヤ（１）を接合する４回目のボンディングステップと、ワイヤ（１）を切断するステップとを備える。
【００２１】
また、上述の製造方法による本発明の半導体装置は、第１のチップ電極（６ａ）及び第２のチップ電極（６ｂ）を有する半導体チップ（５）と、リード端子（７ａ）と、ボール（２ａ）を介して第１のチップ電極（６ａ）に接続され、リード端子（７ａ）に延び、ボール（２ｂ）を介してリード端子（７ａ）に接続され、第２のチップ電極（６ｂ）に延び、ボール（２ｃ）を介して第２のチップ電極（６ｂ）に接続され、リード端子（７ａ）に延び、リード端子（７ａ）に接続されるワイヤ（１）とを備える。
【００２２】
また、上述の半導体装置を製造するための本発明のワイヤボンディング装置の動作方法は、  キャピラリ（３）の先端部から突出するワイヤ（１）をクリップ（９）で固定するステップと、キャピラリ（３）とクリップ（９）との間にワイヤの折り返し（１ｅ）を形成するステップと、ワイヤの前記折り返し（１ｅ）にボール（２）を形成するステップと、キャピラリ（３）を用いてリード端子（７）又は半導体チップ（５）のチップ電極（６）にボール（２）を接合するボンディングステップとを備える。
【００２３】
そして、上述の半導体装置を製造するための本発明のワイヤボンディング装置は、キャピラリ（３）と、キャピラリ（３）の先端部から突出するワイヤ（１）を固定するためのクリップ（９）と、ワイヤ（１）を溶融してボール（２）を形成するための熱エネルギを与える装置（４）とを備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、ワイヤの低インダクタンス化、半導体チップへのダメージ軽減、接合部の強固な接合、及び半導体パッケージの小型化を同時に実現し、高信頼性及び小型化を両立した半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】図１Ａはワイヤボンディングのボール形成の工程を説明するための側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂはワイヤボンディングのファーストボンディングの工程を説明するための側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃはワイヤボンディングのワイヤループ形成の工程を説明するための側面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄはワイヤボンディングのセカンドボンディングの工程を説明するための側面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅはワイヤボンディングのワイヤ切断の工程を説明するための側面図である。
【図２】図２はセカンドボンディングを説明するための断面図である。
【図３】図３は２本のワイヤ配線を有する半導体装置の構成を説明するための側面図である。
【図４】図４は本発明の半導体装置の構成を説明するための平面図である。
【図５】図５は本発明の半導体装置の構成及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置の構成及びその動作方法を説明するための側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは本発明に係るワイヤボンディングの方法のファーストボンディングにおけるキャピラリ３の押し付け動作を示す側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディングにおけるボール２ｂの形成を示す側面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディングにおけるキャピラリ３の押し付け動作を示す側面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディング後におけるワイヤ１ｂへのループ形状の形成を示す側面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディング（３回目のボンディングステップ）後におけるキャピラリ３の引き上げ動作を示す側面図である。
【図７】図７は本発明の半導体装置に関して第２の実施形態を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法を詳細に説明する。
【００２７】
図４は、半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法の実施形態における一例を示すＭＯＳＦＥＴ装置の平面図である。同図では既に、本発明のワイヤボンディングの方法によってワイヤの配線がなされたＭＯＳＦＥＴ装置が示されている。まずは、ワイヤボンディング処理前のＭＯＳＦＥＴ装置の構成から説明する。図４を参照すると、ワイヤボンディング処理前のＭＯＳＦＥＴ装置は、３つのリード端子７ａ、７ｂ、及び７ｃ、ＭＯＳＦＥＴのチップ５、並びに３つのチップ電極６ａ、６ｂ、及び６ｃを備えている。また、同図中では、奥側に表示されている下層から順に、リード端子（７ａ、７ｂ、および７ｃ）、チップ５、並びにチップ電極（６ａ、６ｂ、および６ｃ）が配置されている。３つのリード端子は、ソースリード７ａ、ゲートリード７ｂ、及びドレインリード７ｃである。また、３つのチップ電極は、２つのソース電極６ａ及び６ｂ、並びにゲート電極６ｃである。そして、チップ５の裏面（図示せず）にはドレイン電極が形成されている。ソース−ドレイン間に大きな電流を流すためにドレイン電極はドレインリード７ｃと直接、導電性接合材料で接合されている。
【００２８】
上述のＭＯＳＦＥＴ装置に、ワイヤボンディングによってボールの形成、及びワイヤの配線が行われたものが、図４には示されている。すなわち、２つあるソース電極の内の一方であるソース電極６ａ上にはボール２ａが配置され、他方のソース電極６ｂ上にはボール２ｃが配置され、ソースリード７ａ上にはボール２ｂが配置され、ゲート電極６ｃ上にはボール２ｄが配置されている。そして、ボール２ａとボール２ｂとの間にはワイヤ１ａが配置され、ボール２ｂとボール２ｃとの間にはワイヤ１ｂが配置され、ボール２ｃとソースリード７ａとの間にはワイヤ１ｃが配置され、ボール２ｄとゲートリード７ｂとの間にはワイヤ１ｄが配置されている。特に、ワイヤ１ａ、１ｂ、及び１ｃは、１本のワイヤが切断されることなく連続してボンディングが行われたものである。
【００２９】
次に、本発明の半導体装置を製造するためのワイヤボンディング装置の構造について図５を用いて説明する。
【００３０】
図５は、本発明の半導体装置の構成及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置の構成及びその動作方法を説明するための側面図である。図５を参照すると、ワイヤボンディング装置は、キャピラリ３、スパークロッド４、ヒーターステージ８、クリップ９、及び図示せぬワイヤクランパを具備する。また、加熱を行うことが可能なヒーターステージ８上には、半導体のチップ５、及びソースリード７ａが配置され、そのチップ５は、表面（上面）にはチップ電極６を具備する。前後、左右、上下と自在に移動可能なキャピラリ３はチップ５の上方に位置する。管状のキャピラリ３の内部にはワイヤ１が挿通されており、ワイヤ１の先端はキャピラリの下部に突出している。キャピラリ３のさらに上方には図示せぬワイヤクランパがあり、ワイヤ１をクランプ可能である。なお、このワイヤクランパは、キャピラリ３と共に上下動する。スパークロッド４は、キャピラリ３の下部へと必要に応じて移動可能であってワイヤ１の任意の部分との間に放電を生じさせることで、ワイヤ１のその該当部分にボール２を形成する。
【００３１】
通常、ワイヤボンディングの工程内には２種類の接合方法が組み合わされて用いられる。各接合は、ファーストボンディング、及びセカンドボンディングと呼ばれる。ファーストボンディングとは、接合前に、ワイヤの先端部にボールが形成され、そのボールと接合対象とのボンディングが行われるものである。一方で、セカンドボンディングとは、ワイヤの中途部分が用いられ、ボールが形成されずにそのワイヤと接合対象とで直接ボンディングが行われるものである。したがって、通常のワイヤボンディングにおけるボール形成はワイヤの先端部でのみ行われる。しかし、後述する本発明の特徴である連続ワイヤボンディングでは、セカンドボンディングにおいてもボールと接合対象とのボンディングを行う必要がある。すなわち、先端部のワイヤではなく中途部分のワイヤでボールが形成される。
【００３２】
図５は、上述した、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディング前におけるボールの形成方法を示す側面図である。図５を参照すると、ファーストボンディングでチップ電極６に接合されたボール２とキャピラリ３との間をワイヤ１のループが形成されており、ワイヤの折り返し１ｅがこれから新たにボール形成される部分である。
【００３３】
ここで、スパークロッド４による放電、あるいは図示せぬレーザー照射によってボールが形成される際に、もし仮に、ワイヤの折り返し１ｅの部分が直線状態のままの場合には、ボールが形成される付近のワイヤ１が、収縮によって溶断する可能性がある。
【００３４】
そこで、図５に示した様に、本発明のワイヤボンディング装置ではクリップ９が、ワイヤ１のループが形成される範囲でかつキャピラリ３の付近に配置されている。クリップ９は、キャピラリ３の先端部に突出したワイヤ１を固定することができる。ワイヤの中途部分でボールを形成する場合、すなわち、セカンドボンディングの前にボールを形成する場合、クリップ９は以下の手順で使用される。
【００３５】
まず、クリップ９は、キャピラリ３の先端部との間のワイヤ１を固定する。次に、キャピラリ３がＶ字又はＵ字の軌跡で移動し、ワイヤの折り返し１ｅが設けられる。このワイヤの折り返し１ｅは、キャピラリ３の先端部になるべく近い部分に設けるようにする。そして、このワイヤの折り返し１ｅの部分を溶融してボールを形成することにより、ワイヤ収縮による溶断を防ぐことが可能となる。なお、後述の半導体装置の製造方法においては、このクリップ９の図示及び記述による説明は省略する。
【００３６】
次に、本発明の半導体装置の製造方法について手順を追って説明する。
【００３７】
図６Ａ〜図６Ｅは、本発明の半導体装置製造用ワイヤボンディング装置のボンディング動作領域について概略構成図を製造過程順に示したものである。まず、各図中に表示された符号についての説明を行う。各図中において付された番号は上述の図４とも対応する。ただし、ここで行われる接合は、ソース端子のワイヤボンディングのみであるため、他の端子に関する表示は省略されている。
【００３８】
ワイヤボンディング装置は、キャピラリ３、スパークロッド４、ヒーターステージ８、及び図示せぬワイヤクランパを具備する。ワイヤボンディング装置のヒーターステージ８上には、半導体のチップ５、及びソースリード７ａが置かれる。チップ５の上面には、ソース電極６ａ、及びソース電極６ｂ（図６Ａ〜図６Ｅには図示せず。図４における符号６ｂ）の２つのチップ電極を有する。また、チップ５の下面にはドレインリード７ｃを有する。キャピラリ３は、チップ５の上方に位置する。管状のキャピラリ３の内部にはワイヤ１が挿通されており、ワイヤ１の先端は、キャピラリ３の下部に突出している。キャピラリ３のさらに上方には図示せぬワイヤクランパがあり、ワイヤ１をクランプ可能である。なお、このワイヤクランパは、キャピラリ３と共に上下動する。スパークロッド４は、キャピラリ３の下部へと必要に応じて移動可能であってワイヤ１との間に放電を生じさせることで、ワイヤ１のその該当部分にボールを形成する。
【００３９】
上述のワイヤボンディング装置を用いて半導体装置のワイヤボンディングが行われ、ボール形成、及びワイヤ配線が行われる。ここでのボール形成は３回行われており、ソース電極６ａ上にボール２ａが、ソースリード７ａ上にボール２ｂが、ソース電極６ｂ上にボール２ｃ（図６Ａ〜図６Ｅには図示せず。図４における符号２ｃ）が、それぞれ形成される。また、ワイヤ配線により、ソース電極６ａとソースリード７ａとの間にワイヤ１ａが、ソースリード７ａとソース電極６ｂとの間にワイヤ１ｂが、ソース電極６ｂとソースリード７ａとの間にワイヤ１ｃが、それぞれループを形成する。
【００４０】
図６Ａは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のファーストボンディングにおけるキャピラリ３の押し付け動作を示す側面図である。はじめに、図６Ａに示されるファーストボンディングの前に、ワイヤ１先端とスパークロッド４（図６Ａには図示せず）との間の放電により、ワイヤ１先端は溶融し、球状のボール２ａが予め形成されている。次に、図６Ａに示される様に、キャピラリ３はソース電極６ａ直上に移動し、ボール２ａがソース電極６ａ上に押し付けられてファーストボンディングが行われる。その際、キャピラリ３からの荷重及び超音波と共にヒーターステージ８からの加熱によってチップ５上のソース電極６ａとボール２ａとが接合される。これにより、１回目のボンディングステップが完了する。
【００４１】
次に、図６Ｂは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディングにおけるボール２ｂの形成を示す側面図である。まず、図６Ｂに示される様に、キャピラリ３の先端からワイヤ１ａが送出されながらキャピラリ３が移動してワイヤループ形状が形成される。その際に、ソース電極６ａからソースリード７ａまでのワイヤボンディングが行える適切なワイヤ長がキャピラリ３の先端に確保される。そして、キャピラリ３先端部の位置のワイヤ１とスパークロッド４との間の放電か、又は図示せぬレーザー等の外部からの熱により、ワイヤが溶融してボール２ｂが形成される。
【００４２】
図６Ｃは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディングにおけるキャピラリ３の押し付け動作を示す側面図である。図６Ｃに示される様に、キャピラリ３がソースリード７ａ上に押さえつけられることにより、上述の工程で形成されたボール２ｂとソースリード７ａとのセカンドボンディングが行われる。接合には、キャピラリ３からの荷重及び超音波と共にヒーターステージ８から加えられる熱が使われる。これにより、２回目のボンディングステップが完了する。この圧着によって形成されたボンディングは、１本目のワイヤ１ａとソースリード７ａとを強固に接合すると共に、次の連続するボンディングワイヤー１ｂとソースリード７ａとも強固に接合することになる。このように、本発明においては、ボールの形成を行った上で、ワイヤの中途の部分を半導体装置に接合させることもセカンドボンディングと称す。
【００４３】
図６Ｄは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディング後におけるワイヤ１ｂへのループ形状の形成を示す側面図である。通常は、セカンドボンディング後にはワイヤクランパが閉じられ、ワイヤが切断される。しかし、本発明では、セカンドボンディングの前後においては、図示せぬワイヤクランパが閉じられることはなく、ワイヤ１は、キャピラリ３の先端から送出され続ける。したがって、図６Ｄを参照すると、ボール２ｂを介してワイヤ１ａとワイヤ１ｂとは１本のワイヤで繋がっている。そして、ソースリード７ａへのボール２ｂのセカンドボンディング後にワイヤ１ｂには、キャピラリ３が特殊な軌跡を描きながら移動することで図６Ｄに示された様なワイヤループ形状が形成される。この後に、次の接合点であるソース電極６ｂ（図示せず）までの適切な長さのワイヤ１ｂがキャピラリ３の先端に確保された後、キャピラリ３の先端部において再度、ボール２ｃ（図示せず）が形成される。
【００４４】
図６Ｅは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディング（３回目のボンディングステップ）後におけるキャピラリ３の引き上げ動作を示す側面図である。まず、形成されたボール２ｃ（図示せず）と次の接合点のソース電極６ｂ（図示せず）とのセカンドボンディングが行われる。これにより、３回目のボンディングステップが完了する。そして、図６Ｅに示される様に、２回目のボンディングステップ後と同様の手順でキャピラリ３が引き上げられ、次の連続するワイヤ１ｃが引き出される。なお、ボール２ｃ及びソース電極６ｂはそれぞれがボール２ａ及びソース電極６ａによって遮られているため図上では見えない。
【００４５】
そして、最後の工程となる、ワイヤ１ｃのソースリード７ａへの接合では、通常のワイヤボンディングと同様にボールが形成されずにセカンドボンディングを行われる。これにより、４回目のボンディングステップが完了する。セカンドボンディングが行われた後に、図示せぬワイヤクランパが閉じてキャピラリ３が上昇することによってワイヤが切断され、一連のボンディング処理が終了する。
【００４６】
以上に示した手順でワイヤボンディング装置の運転を進めることにより、図４に示される様な接合点にボールを有する連続ワイヤ接合構造の半導体装置を作り出すことが可能となる。
【００４７】
本発明の連続ワイヤ接合構造により、通常のワイヤボンディングによるものに比べ、同一面積のチップ電極又はリード端子に対してより数多くのワイヤの配線を行うことが可能となる。これにより、ワイヤの低インダクタンス化が実現される。
【００４８】
また、特許文献１の実施例の場合には、チップ表面の電極上で直接セカンドボンディングが行われるため、キャピラリからの荷重及び超音波によってチップ内の回路にダメージが与えられ、半導体装置に特性不良が起こる可能性があった。しかし、本発明による半導体チップの電極部に予めボールを形成してからワイヤボンディングを行う手法の場合には、そのボールの存在が、ボンディング時の緩衝材として働くことで半導体チップへのダメージを軽減させることができる。
【００４９】
また、上述のチップ電極上で行われるセカンドボンディングではワイヤが潰され、充分な接合面積が確保できない。したがって、ワイヤのループ形成時のテンションやワイヤの配線後の組み立て衝撃によって接合部が剥がれる可能性があった。特に、ワイヤ線径が細くなると接合面積がさらに小さくなるために、セカンドボンディング部が剥がれる可能性は高まる。しかし、本発明による電極部へのボールの接合により、ワイヤの潰れを抑制すると共により広い接合面積を確保することでより強固な接合を実現することができる。
【００５０】
さらに、上述の特許文献１では、ソースリード端子側からチップ電極側への方向にワイヤが配され、そしてワイヤボンディングが行われることが不可避である。この際に、ソースリードへのファーストボンディング後のワイヤループを高くし、チップ上のチップ電極にセカンドボンディングを行わないと、チップエッジ部とワイヤとが接触してショートしてしまう可能性があった。これを防ぐために、ワイヤループにある程度の高さを確保する必要が生じたり、チップとソースリード端子との間隔を広く取ったりする必要があった。しかし、ここでも、本発明においては、電極部へのボールの形成により、ソースリード端子側からチップ側へのボンディング時においてもチップとワイヤとの間隔が確保できる。このことでチップエッジとワイヤとが接触してショートする危険性を減少させると共にワイヤ高さを低く抑えることが可能となる。したがって、本発明による半導体装置の製造方法においては、１回目のボンディングステップをソース電極６ａ側からでなくソースリード７ａ側から開始することも可能である。その際には、４回目のボンディングステップ前にもボールの形成が省略せずに行われる。
【００５１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態による半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法について添付図面を参照しながら説明する。
【００５２】
図７は、半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法の第２の実施形態における一例を示すＭＯＳＦＥＴ装置の平面図である。本発明の第２の実施形態では、装置の端子上にボールが予め形成された上で、第１の実施形態に記述された連続ワイヤボンディングが行われる。図７では、ワイヤボンディングが行われる前のボールが形成されたＭＯＳＦＥＴ装置が示されている。ボールが形成される前のＭＯＳＦＥＴ装置は、上述の第１の実施形態と同じである。すなわち、３つのリード端子（７ａ、７ｂ、および７ｃ）、ＭＯＳＦＥＴのチップ５、並びにチップ電極（６ａ、６ｂ、および６ｃ）を備えている。また、図中では奥側に表示されている下層から順にリード端子（７ａ、７ｂ、および７ｃ）、チップ５、及びチップ電極（６ａ、６ｂ、および６ｃ）が配置されている。３つのリード端子は、ソースリード７ａ、ゲートリード７ｂ、及びドレインリード７ｃである。また、３つのチップ電極は、２つのソース電極６ａ及び６ｂ、並びにゲート電極６ｃである。そして、チップ５の裏面（図示せず）にはドレイン電極が形成されている。ソース−ドレイン間に大きな電流を流すためにドレイン電極はドレインリード７ｃと直接、導電性接合材料で接合されている。
【００５３】
上述のＭＯＳＦＥＴ装置に、ゲート電極６ｃとゲートリード７ｂとの間がワイヤ１ｄで通常のワイヤボンディングによって接続され、ソースリード７ａ上にボール２ｂが、ソース電極６ｂ上にボール２ｃが形成されたものが、図７には示されている。
【００５４】
図７に示されたＭＯＳＦＥＴ装置に、連続ワイヤボンディングが行われる。まず、ソース電極６ａにファーストボンディングが行われ、ボール２ａが形成されるのは上述の第１の実施形態と同様である。しかし、その後のセカンドボンディングでは上述の予め形成されたボールにワイヤが接合される。そして、ボール２ａとボール２ｂとの間にはワイヤ１ａが形成され、ボール２ｂとボール２ｃとの間にはワイヤ１ｂが形成され、ボール２ｃとソースリード７ａとの間にはワイヤ１ｃが形成される。ワイヤ１ａ、１ｂ、及び１ｃは、１本のワイヤが切断されることなく連続してボンディングが行われたものである。その結果、第１の実施形態と同様の図４に示された様な、本発明の接合点にボールを有する連続ワイヤ接合構造の半導体装置が形成されることになる。
【００５５】
次に、第２の実施形態による半導体装置の製造方法について簡単に説明する。
【００５６】
はじめに、第１の実施形態と同様に、図６Ａに示されるファーストボンディング前に、ワイヤ１先端とスパークロッド４との間の放電により、ワイヤ１先端は溶融し、球状のボール２ａが予め形成されている。次に、図６Ａに示される様に、キャピラリ３はソース電極６ａ直上に移動し、通常のワイヤボンディングと同様に、形成されたボール２ａとソース電極６ａとのファーストボンディングが行われる。これにより、１回目のボンディングステップが完了する。
【００５７】
次に、図６Ｃに示される様に、キャピラリ３がソースリード７ａ上に押さえつけられることにより、ソースリード７ａ上に予め形成されているボール２ｂとワイヤ１ａとのセカンドボンディングが行われる。これにより、２回目のボンディングステップが完了する。この圧着によって形成されたボンディングは、１本目のワイヤ１ａとソースリード７ａとを強固に接合すると共に、次の連続するボンディングワイヤー１ｂとソースリード７ａとも強固に接合することになる。
【００５８】
ソースリード７ａへのボンディングの前後において図示せぬワイヤクランパが閉じられることはなく、その間、ワイヤ１は、キャピラリ３の先端から送出され続けている。そして、図６Ｄに示される様に、ボール２ｂに繋がっているワイヤ１ｂに対し、キャピラリ３が特殊な軌跡を描きながら移動することでワイヤループ形状が形成される。
【００５９】
次の接合点のソース電極６ｂ上に予め形成されているボール２ｃ上にワイヤ１ｂのセカンドボンディングが行われる。これにより、３回目のボンディングステップが完了する。そして、図６Ｅに示される様に、２回目のボンディングステップ後と同様の手順でキャピラリ３が引き上げられ、次の連続するワイヤ１ｃが引き出される。
【００６０】
そして、最後のワイヤ１ｃのソース電極７ａへのセカンドボンディングでは通常のワイヤボンディングと同様にボールが形成されずに、セカンドボンディングが行われる。これにより、４回目のボンディングステップが完了する。セカンドボンディングが行われた後に、図示せぬワイヤクランパが閉じてキャピラリ３が上昇することによってワイヤが切断され、一連のボンディング処理が終了する。
【００６１】
以上に示した手順で予め形成されたボール上に、通常と同じ様にセカンドボンディングが行われ、そしてその際に、ワイヤが切断されずにワイヤボンディング処理が継続される。これにより、第１の実施形態と同様に、図４に示された様な接合点にボールを有する連続ワイヤ接合構造の半導体装置を作り出すことが可能となる。
【００６２】
その結果、第２の実施形態においては、第１の実施形態の効果と同様の効果を有している。加えて第２の実施形態においては、第１の実施形態におけるボンディングの方法で採られた、連続ワイヤボンディング途中にボールを形成するという手順が必要ない。また、ボールを予め形成しておくことによってボンディング途中でのボール形成に比べて安定したボールが形成できる。このため、より信頼性の高い半導体装置を作製することが可能となるばかりか、高速に連続ボンディングが可能になり、事前のボール形成工程と合わせてもスループットの向上が期待できる。
【００６３】
（第３の実施形態）
上述の実施形態では、連続ワイヤボンディングの途中に、あるいは事前にボールが形成された。しかし、連続ワイヤボンディング処理がソースリード端子側から開始されてチップ電極上で折り返されてソースリード端子にまで再度ワイヤを配される形態で連続接合される場合には、チップ電極上に金メッキ等でボールバンプを予め形成しておくことも可能である。これは、図７のソース電極６ａ上にボールが予め形成された上でボール２ｂから、ボール２ａ、ソースリード７ａへとワイヤが配線されるものであり、第２の実施形態と同様の効果が得られる。また、この金メッキによるボールバンプ形成は、ウェハ状態で一括して可能となるため、ワイヤ本数やレイアウトに制約はあるものの、連続ワイヤボンディングのスループットの大幅な改善が可能となる。
【００６４】
本発明のワイヤボンディング装置により、セカンドボンディング時に接合するボールが、ワイヤボンディング動作中においても形成可能となる。また、本発明の連続ワイヤボンディングの方法により、接合点にボールを有する連続ワイヤ接合構造の半導体装置を作り出すことが可能となる。そして、本発明の連続ワイヤ接合構造により、ワイヤの低インダクタンス化、半導体チップへのダメージ軽減、接合部の強固な接合、及び半導体パッケージの小型化が実現される。これにより、サイズが小さいチップでもオン抵抗や順方向電圧降下等の製品特性を向上させることが可能となる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態を説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  ワイヤ
１ａ  ソース端子上の第１のワイヤ配線
１ｂ  ソース端子上の第２のワイヤ配線
１ｃ  ソース端子上の第３のワイヤ配線
１ｄ  ゲート端子上のワイヤ配線
１ｅ  ワイヤの折り返し部
１ｆ  ワイヤのステッチボンディング部
１ｇ  ワイヤのテイルボンディング部
２  ボール
２ａ  ソース電極上のボール
２ｂ  ソースリード上の第１のボール
２ｃ  ソースリード上の第２のボール
２ｄ  ゲートリード上のボール
３  キャピラリ
３ａ  キャピラリの左半分
３ｂ  キャピラリの右半分
４  スパークロッド
５  チップ
６  チップ電極
６ａ  第１のソース電極
６ｂ  第２のソース電極
６ｃ  ゲート電極
７  リード端子
７ａ  ソースリード
７ｂ  ゲートリード
７ｃ  ドレインリード
８  ヒーターステージ
９  クリップ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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