(57)【要約】【課題】半導体チップ上のボンディングパッドと半導体チップ周囲の電気接点パッドとをワイヤにより電気接続するワイヤのボンディング方法において、ワイヤとパッドとの接合強度を十分に確保できるようにする。【解決手段】ワイヤ３よりも軟質な金属材料からなる軟質ワイヤを引き出すバンプ用キャピラリの先端部を、ボンディングパッド１ａに押し当てて軟質バンプ１１を形成した後に、ワイヤ用キャピラリの先端部から引き出されるワイヤ３の先端に金属製ボール２３を形成し、ワイヤ用キャピラリの先端部を軟質バンプ１１上に押し当てることで金属製ボール２３を軟質バンプ１１に接合する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ上のボンディングパッドと、該半導体チップの周囲に配される電気接点パッドとを金属製のワイヤにより電気接続するワイヤのボンディング方法であって、
前記ワイヤよりも軟質な金属材料からなる軟質ワイヤを引き出すバンプ用キャピラリの先端部を、前記ボンディングパッド及び前記電気接点パッドのいずれか一方のパッドに押し当てて軟質バンプを形成するバンプ形成工程と、
ワイヤ用キャピラリの先端部から引き出される前記ワイヤの先端に金属製ボールを形成し、前記ワイヤ用キャピラリの先端部を前記軟質バンプ上に押し当てて、前記金属製ボールを前記軟質バンプに接合するボールボンディング工程とを備えることを特徴とするワイヤのボンディング方法。
【請求項２】
前記一方のパッドがアルミニウムからなると共に、前記ワイヤが９９．９９重量％以上９９．９９９重量％未満の金を含有する４Ｎ金合金材料からなり、
前記軟質ワイヤが９９．９０重量％以上９９．９９重量％未満の金を含有する２Ｎ金合金材料からなることを特徴とする請求項１に記載のワイヤのボンディング方法。
【請求項３】
前記一方のパッドの上方から見た前記軟質バンプの直径をＤ１とし、当該軟質バンプに接合された前記金属製ボールの直径をＤ２として、
０．８×Ｄ２≦Ｄ１≦２．０×Ｄ２、
とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワイヤのボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ワイヤのボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップ上に形成されるボンディングパッドと、半導体チップの周囲に配される半導体チップを搭載する搭載基板上に形成される電極パッドや、リードフレームのリード等の電気接点パッドとを、金属製のワイヤにより電気接続するワイヤのボンディング方法では、例えば特許文献１に示すように、はじめに、ボールボンディング法によりワイヤの先端をボンディングパッド及び電気接点パッドの一方のパッドに接合する第一ボンディングを行い、その後に、ウェッジボンディング法によりワイヤの後端を他方のパッドに接合する第二ボンディングを行う。なお、第一ボンディングにおいては、キャピラリの先端部から引き出されたワイヤの先端に金属製ボールを予め形成しておき、キャピラリの先端部により金属製ボールを一方のパッドに押しつけて圧着する。
また、特許文献１には、一方のパッドに別途の金属製バンプを形成した後に、第一ボンディングにおいて金属製バンプ上に金属製ボールを接合する手法も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６６３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ワイヤには、金（Ａｕ）ワイヤ、あるいは、銅（Ｃｕ）ワイヤが使用されている。特に、ワイヤのループ長さが長くなる場合、ワイヤには硬質な材料が使用される。
このようなワイヤ材料からなる金属製ボールを一方のパッドに直接接合すると、例えば金属製ボールを一方のパッドに押しつける衝撃によって一方のパッドに亀裂が生じたり、一方のパッドの微小な欠片が飛び散る等して、金属製ボールと一方のパッドとの接合状態に不具合が発生する、という問題がある。
なお、一方のパッド上に金属製バンプ及び金属製ボールを積み重ねる場合でも、金属製バンプの材料が金属製ボールと同様である限り、金属製バンプの形成時に上述と同様の不具合が生じる虞がある。
【０００５】
また、例えば金ワイヤの先端に金属製ボールを形成して、アルミニウム（Ａｌ）からなる一方のパッドに直接接合した場合には、金属製ボールと一方のパッドとの接合部分にＡｕ−Ａｌ合金層が形成されるが、金ワイヤが４Ｎ金合金材料のように金純度が高い材料によって構成されていると、このＡｕ−Ａｌ合金層が不均一となることがあり、Ａｕ−Ａｌ合金層の一部に金の割合が大きい領域が現れる。
この場合には、Ａｕ−Ａｌ合金層の周囲にカーケンダル効果によるボイドが発生して、金属製ボールと一方のパッドとの接合強度が低下する虞がある。また、金属製ボールと一方のパッドとの接合部分を樹脂封止すると、Ａｕ−Ａｌ合金層が樹脂によって腐食し、ワイヤと一方のパッドとの間で電気的な断線が生じる虞がある。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ワイヤとパッドとの接合強度を十分に確保できるワイヤのボンディング方法を提供することを第１の目的とする。
また、この発明は、ワイヤとパッドとの電気的な断線を防止できるワイヤのボンディング方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のワイヤのボンディング方法は、半導体チップ上のボンディングパッドと、該半導体チップの周囲に配される電気接点パッドとを金属製のワイヤにより電気接続するワイヤのボンディング方法であって、前記ワイヤよりも軟質な金属材料からなる軟質ワイヤを引き出すバンプ用キャピラリの先端部を、前記ボンディングパッド及び前記電気接点パッドのいずれか一方のパッドに押し当てて軟質バンプを形成するバンプ形成工程と、ワイヤ用キャピラリの先端部から引き出される前記ワイヤの先端に金属製ボールを形成し、前記ワイヤ用キャピラリの先端部を前記軟質バンプ上に押し当てて、前記金属製ボールを前記軟質バンプに接合するボールボンディング工程とを備えることを特徴とする。
なお、上記電気接点パッドは、例えば、半導体チップを搭載する搭載基板の電極パッドやリードフレームのリード、別個の半導体チップのボンディングパッド等を示している。
【０００８】
上記ワイヤのボンディング方法においては、一方のパッドに軟質バンプを形成した後にボールボンディング工程を実施するため、ワイヤ先端の金属製ボールは、軟質バンプを介して一方のパッドと接合されることになる。
そして、上記ワイヤのボンディング方法によれば、バンプ形成工程において、一方のパッドに金属製ボールよりも軟質な軟質バンプを押しつけるため、一方のパッドに金属製ボールを押しつける場合と比較して軟質バンプを押しつけた際の衝撃を小さく抑えることができる。また、ボールボンディング工程においては、この軟質バンプ上に金属製ボールを押しつけるため、この際に生じる衝撃が軟質バンプにおいて吸収され、一方のパッドに伝達することを抑制できる。したがって、バンプ形成工程及びボールボンディング工程において、軟質バンプや金属製ボールを押しつける衝撃に基づいて、一方のパッドに亀裂が生じたり、一方のパッドの微小な欠片が飛び散ることを防止できる。
【０００９】
また、前記ワイヤのボンディング方法においては、前記一方のパッドがアルミニウムからなると共に、前記ワイヤが９９．９９０重量％以上９９．９９９重量％未満の金を含有する４Ｎ金合金材料からなり、前記軟質ワイヤを９９．０重量％以上９９．９重量％未満の金を含有する２Ｎ金合金材料によって構成することが好ましい。
【００１０】
この場合には、４Ｎ系金合金材料からなる金属製ボールを一方のパッドに直接接合する場合と比較して、一方のパッドと軟質バンプとの接合部分に形成されるＡｕ−Ａｌ合金層の金の割合を低く抑えることができる。このため、当該接合部分にカーケンダル効果に基づくボイドが発生することも防止して、ワイヤと一方のパッドとの接合強度を十分に確保することができる。また、樹脂によるＡｕ−Ａｌ合金層の腐食も防止して、この腐食に基づくワイヤと一方のパッドとの間の電気的な断線も防止できる。
【００１１】
さらに、前記ワイヤのボンディング方法においては、前記バンプ形成工程において、前記一方のパッドの上方から見た前記軟質バンプの直径をＤ１とし、前記軟質バンプに接合された前記金属製ボールの直径をＤ２として、０．８×Ｄ２≦Ｄ１≦２．０×Ｄ２、とすることが好ましい。
【００１２】
なお、軟質バンプの直径Ｄ１を、０．８×Ｄ２≦Ｄ１≦２．０×Ｄ２、としたのは、直径Ｄ１が０．８×Ｄ２よりも小さい場合には、ボールボンディング工程の際に金属製ボールを軟質バンプ上に押しつける衝撃によって、一方のパッドと軟質バンプとの接合強度が低下する虞があるためである。
また、直径Ｄ１が２．０×Ｄ２よりも大きい場合には、軟質バンプが過度に大きくなることから一方のパッドも大きく設定する必要があり、その結果、半導体チップやこれを電気接点パッドに電気接続して構成される半導体装置の大型化を招く虞があるためである。
すなわち、軟質バンプの直径Ｄ１を、０．８×Ｄ２≦Ｄ１≦２．０×Ｄ２、とすることにより、半導体チップやこれを備える半導体装置の大型化を防ぎながら、一方のパッドと軟質バンプとの接合強度も十分に確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、一方のパッド上に軟質バンプを接合した後に、この軟質バンプ上にワイヤ先端の金属製ボールを接合するため、一方のパッドに亀裂が生じたり、一方のパッドの微小な欠片が飛び散ることを防止できる。したがって、ワイヤと一方のパッドとの接合強度の低下を防いで、当該接合強度を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施形態に係るワイヤのボンディング方法のバンプ形成工程を示す概略側面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るワイヤのボンディング方法のボールボンディング工程を示す概略側面図である。
【図３】図１，２に示すワイヤのボンディング方法によって形成されるワイヤのボンディング構造を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１〜３を参照して本発明の一実施形態に係るワイヤのボンディング方法について説明する。この実施形態に係るワイヤのボンディング方法は、図１，２に示すように、半導体チップ１上のボンディングパッド（一方のパッド）１ａと、半導体チップ１の周囲に配される搭載基板の電極パッドや、リードフレームのリード、別個の半導体チップのボンディングパッド等の電気接点パッド（他方のパッド、不図示）とを金属製のワイヤ３により電気接続するものである。
なお、本実施形態において、ボンディングパッド１ａはアルミニウムからなり、また、金属製のワイヤ３は、９９．９９０重量％以上９９．９９９重量％未満の金を含有する４Ｎ金合金材料によって構成されている。
【００１６】
この実施形態のワイヤのボンディング方法においては、はじめに図１に示すように、電気接続用のワイヤ３よりも軟質な金属材料からなる軟質ワイヤ７を引き出すバンプ用キャピラリ９の先端部をボンディングパッド１ａに押し当てて、軟質バンプ１１を形成する（バンプ形成工程）。
この工程において、軟質バンプ１１を形成するための軟質ワイヤ７は、図示しないワイヤ供給装置からワイヤクランプ１５を介してバンプ用キャピラリ９内の貫通孔に導かれるようになっており、バンプ用キャピラリ９の先端部から引き出すことができるようになっている。この軟質ワイヤ７は、９９．９０重量％以上９９．９９重量％未満の金を含有する２Ｎ金合金材料によって構成されている。
【００１７】
また、この工程においては、バンプ用キャピラリ９の先端部をボンディングパッド１ａ上に押し当てた状態で熱や超音波振動を加えることで、図１（ａ）に示すように、軟質バンプ１１がボンディングパッド１ａに接合される。そして、この軟質バンプ１１は、例えばバンプ用キャピラリ９の先端部において放電することで、図１（ｂ）に示すように、バンプ用キャピラリ９の軟質ワイヤ７から切り離すことができる。
このように形成される軟質バンプ１１の大きさは、ボンディングパッド１ａに対して同等あるいは小さくなるように設定されている。
【００１８】
上記バンプ形成工程の終了後には、図２に示すように、ワイヤ用キャピラリ２１の先端部から引き出される電気接続用のワイヤ３の先端を水素炎等で溶融してワイヤ３の先端に金属製ボール２３を形成し（図２（ａ））、ワイヤ用キャピラリ２１の先端部をボンディングパッド１ａ上に押し当てて金属製ボール２３を接合する（図２（ｂ））（ボールボンディング工程）。
この工程において、ワイヤ３は、上述した軟質ワイヤ７と同様に、不図示のワイヤ供給装置からワイヤクランプ２５を介してワイヤ用キャピラリ２１内の貫通孔に導かれるようになっており、ワイヤ用キャピラリ２１の先端部から引き出すことができるようになっている。
【００１９】
上記ボールボンディング工程においては、既に軟質バンプ１１がボンディングパッド１ａ上に形成されているため、金属製ボール２３は軟質バンプ１１を介してボンディングパッド１ａに接合されることになる。
そして、金属製ボール２３と軟質バンプ１１との接合は、ワイヤ用キャピラリ２１の先端部を電極パッド３ａ上に押し当てた状態で熱や超音波振動を加えることで行われる。
【００２０】
上記工程の後には、ワイヤ用キャピラリ２１の先端部からワイヤ３を引き出しながらワイヤ用キャピラリ２１をボンディングパッド１ａから電気接点パッドまで移動させて、ワイヤ用キャピラリ２１の先端部によりワイヤ３の後端を電気接点パッドに押し当てて、ワイヤ３の後端を接合すればよい（ウェッジボンディング工程）。この工程におけるワイヤ３の後端と電気接点パッドとの接合は、ボールボンディング工程の場合と同様に、ワイヤ用キャピラリ２１の先端部を電気接点パッド上に押し当てた状態で熱や超音波振動を加えることで行われる。
このようにワイヤ３の後端が接合された後には、ワイヤ供給装置からのワイヤ３の供給を止めた状態でワイヤ用キャピラリ２１をボンディングパッド１ａから離間させることでワイヤ３を切断する。以上により、ワイヤ３のボンディングが完了する。
【００２１】
次に、上述したワイヤのボンディング方法によって構成されるボンディングパッド１ａに対するワイヤ３のボンディング構造について説明する。なお、ここでは、軟質バンプ１１及び金属製ボール２３が平面視で円形状に形成されているものとして説明する。
図３に示すように、ボンディングパッド１ａ上には、軟質バンプ１１及びワイヤ３に連なる金属製ボール２３が順次積層されており、図示例では、軟質バンプ１１の直径Ｄ１が金属製ボール２３の直径Ｄ２よりも小さく設定されている。ここで、軟質バンプ１１の直径Ｄ１は金属製ボール２３の直径Ｄ２に対して、０．８×Ｄ２≦Ｄ１≦２．０×Ｄ２、とすることが好ましい。
【００２２】
これは、軟質バンプ１１の直径Ｄ１を２．０×Ｄ２以上とすると、軟質バンプ１１が過度に大きくなることからボンディングパッド１ａも大きく設定する必要があり、その結果、半導体チップ１やこれを電気接点パッドに電気接続して構成される半導体装置の大型化を招く虞があるためである。
また、軟質バンプ１１の直径Ｄ１を０．８×Ｄ２よりも小さくすると、ボールボンディング工程の際に金属製ボール２３を軟質バンプ１１上に押しつける衝撃によって、ボンディングパッド１ａと軟質バンプ１１との接合強度が低下する虞があるためである。
【００２３】
上記ワイヤのボンディング方法によれば、バンプ形成工程において、ボンディングパッド１ａに金属製ボール２３よりも軟質な軟質バンプ１１を押しつけるため、ボンディングパッド１ａに金属製ボール２３を直接押しつける場合と比較して、軟質バンプ１１を押しつけた際の衝撃を小さく抑えることができる。また、ボールボンディング工程においては、この軟質バンプ１１上に金属製ボール２３を押しつけるため、この際に生じる衝撃が軟質バンプ１１において吸収され、ボンディングパッド１ａに伝達することを抑制できる。したがって、バンプ形成工程及びボールボンディング工程において、軟質バンプ１１や金属製ボール２３を押しつける衝撃に基づいて、ボンディングパッド１ａに亀裂が生じたり、ボンディングパッド１ａの微小な欠片が飛び散ることを防止できる。
したがって、ワイヤ３とボンディングパッド１ａとの接合強度の低下を防いで、当該接合強度を十分に確保することができる。
【００２４】
また、金属製ボールをなすワイヤが４Ｎ金合金材料によって構成されるのに対し、軟質バンプをなす軟質ワイヤは２Ｎ金合金材料によって構成されていることから、金属製ボール２３をボンディングパッド１ａに直接接合する場合と比較して、ボンディングパッド１ａと軟質バンプ１１との接合部分に形成されるＡｕ−Ａｌ合金層における金の割合を低く抑えることができる。このため、当該接合部分にカーケンダル効果に基づくボイドが発生することも防止して、ワイヤ３とボンディングパッド１ａとの接合強度を十分に確保することができる。また、上記接合部分を樹脂封止する場合でも、樹脂によるＡｕ−Ａｌ合金層の腐食も防止して、この腐食に基づくワイヤ３とボンディングパッド１ａとの間の電気的な断線も防止できる。
【００２５】
また、上記ボンディング方法によれば、軟質バンプ１１の直径Ｄ１を、０．８×Ｄ２≦Ｄ１≦２．０×Ｄ２、とすることにより、半導体チップ１やこれを備える半導体装置の大型化を防ぎながら、ボンディングパッド１ａと軟質バンプ１１との接合強度も十分に確保することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態においては、ボンディングパッド１ａに対してボールボンディング工程を実施し、電気接点パッドに対してウェッジボンディング工程を実施しているが、例えば、電気接点パッドに対してボールボンディング工程を行った後にボンディングパッド１ａに対してウェッジボンディング工程を行う所謂リバースボンドを実施してもよい。
また、軟質バンプ１１は、バンプ形成工程においてボンディングパッド１ａ上のみに形成されるとしたが、例えば電気接点パッド上のみに形成されてもよいし、これらボンディングパッド１ａ上及び電気接点パッド上の両方に形成されてもよい。
したがって、例えばボールボンディング工程においては、電気接点パッドに接合された軟質バンプ１１上に金属製ボール２３を接合してもよい。また、例えばウェッジボンディング工程においては、ボンディングパッド１ａや電気接点パッドに接合された軟質バンプ１１上にワイヤ３の後端を押し付けて接合してもよい。
【００２７】
さらに、ワイヤ３を構成する材料は、４Ｎ金合金材料に限らず、例えば銅材料、９９．９０重量％以上９９．９９重量％未満の金を含有する３Ｎ金合金材料、アルミニウム等の任意の金属材料であってよい。
また、軟質バンプ１１用の軟質ワイヤ７を構成する材料も、２Ｎ金合金材料に限らず、少なくともワイヤ３よりも軟質な金属材料であればよい。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１…半導体チップ、１ａ…ボンディングパッド（一方のパッド）、３…ワイヤ、７…軟質ワイヤ、９…バンプ用キャピラリ、１１…軟質バンプ、２１…ワイヤ用キャピラリ、２３…金属製ボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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