(57)【要約】      （修正有）【課題】ワイヤと被着体との間の接合の信頼性を向上することができる半導体装置の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】被着体２０と被着体２０に電気的に接続されたワイヤＷとを備える半導体装置の製造方法は、ワイヤＷの軸に沿って形成された突出部Ｐを有するワイヤＷを準備する準備工程と、振動したボンディングツール１２を用いて、ワイヤＷの突出部Ｐを被着体２０に押圧することによって、ワイヤＷと被着体２０とを接合する接合工程と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被着体と前記被着体に電気的に接続されたワイヤとを備える半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤの軸に沿って形成された突出部を有する前記ワイヤを準備する準備工程と、
振動したボンディングツールを用いて、前記ワイヤの前記突出部を前記被着体に押圧することによって、前記ワイヤと前記被着体とを接合する接合工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記準備工程では、前記突出部を形成するための溝を有する治具にワイヤ母材を押圧して前記ワイヤ母材を変形させることによって、前記突出部を形成する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ボンディングツールを用いて、前記治具に前記ワイヤ母材を押圧する、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記突出部が先細り形状を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ワイヤの前記軸に垂直な平面における前記突出部の断面が凸形状を有する、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ワイヤの前記軸を含む平面であって、前記突出部の突出方向に延びる前記平面における前記突出部の断面が凸形状を有する、請求項４又は５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ワイヤの材料がアルミニウムを含み、前記被着体の表層の材料がアルミニウムを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
被着体と前記被着体に電気的に接続されたワイヤとを備える半導体装置の製造装置であって、
前記ワイヤの軸に沿って形成された突出部を有する前記ワイヤの前記突出部を前記被着体に押圧することによって、前記ワイヤと前記被着体とを接合するためのボンディングツールと、
前記ボンディングツールを振動させるための振動発生器と、
前記突出部を形成するための溝を有する治具と、
を備える、半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記溝が先細り形状を有する、請求項８に記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いたワイヤボンディングでは、荷重によりワイヤが被着体に押圧される。その際に、ワイヤと被着体との接合面の中心部では凝着が開始しない。このような中心部は、ノンスリップ領域と呼ばれる。一方、接触圧の低い接合面の外周部では摩擦により凝着が進行する。このような外周部は、スリップ領域と呼ばれる。その結果、ワイヤと被着体との接合部はドーナツ状になる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１８１２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノンスリップ領域が大きいとスリップ領域が小さくなる。その結果、ワイヤと被着体との接合部が小さくなるので、接合の信頼性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、ワイヤと被着体との間の接合の信頼性を向上することができる半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法は、被着体と前記被着体に電気的に接続されたワイヤとを備える半導体装置の製造方法であって、前記ワイヤの軸に沿って形成された突出部を有する前記ワイヤを準備する準備工程と、振動したボンディングツールを用いて、前記ワイヤの前記突出部を前記被着体に押圧することによって、前記ワイヤと前記被着体とを接合する接合工程と、を含む。
【０００７】
この方法では、ワイヤと被着体との間の接合面に形成されるノンスリップ領域が小さくなる。一方、ノンスリップ領域の周囲に形成されるスリップ領域は大きくなる。その結果、ワイヤと被着体との接合部が大きくなるので、ワイヤと被着体との間の接合の信頼性を向上することができる。
【０００８】
前記準備工程では、前記突出部を形成するための溝を有する治具にワイヤ母材を押圧して前記ワイヤ母材を変形させることによって、前記突出部を形成してもよい。
【０００９】
この場合、溝の形状を変更することにより、突出部の形状を変更することができる。
【００１０】
前記ボンディングツールを用いて、前記治具に前記ワイヤ母材を押圧してもよい。
【００１１】
この場合、ワイヤ母材を変形した後、連続的にワイヤと被着体とを接合することができる。
【００１２】
前記突出部が先細り形状を有してもよい。
【００１３】
この場合、ワイヤと被着体との間の接合面に形成されるスリップ領域が更に大きくなる。その結果、ワイヤと被着体との接合部を更に大きくすることができる。
【００１４】
前記ワイヤの前記軸に垂直な平面における前記突出部の断面が凸形状を有してもよい。
【００１５】
この場合、ワイヤと被着体との間の接合面に形成されるスリップ領域が更に大きくなる。その結果、ワイヤと被着体との接合部を更に大きくすることができる。
【００１６】
前記ワイヤの前記軸を含む平面であって、前記突出部の突出方向に延びる前記平面における前記突出部の断面が凸形状を有してもよい。
【００１７】
この場合、ワイヤと被着体との間の接合面に形成されるスリップ領域が更に大きくなる。その結果、ワイヤと被着体との接合部を更に大きくすることができる。
【００１８】
前記ワイヤの材料がアルミニウムを含み、前記被着体の表層の材料がアルミニウムを含んでもよい。
【００１９】
本発明の一側面に係る半導体装置の製造装置は、被着体と前記被着体に電気的に接続されたワイヤとを備える半導体装置の製造装置であって、前記ワイヤの軸に沿って形成された突出部を有する前記ワイヤの前記突出部を前記被着体に押圧することによって、前記ワイヤと前記被着体とを接合するためのボンディングツールと、前記ボンディングツールを振動させるための振動発生器と、前記突出部を形成するための溝を有する治具と、を備える。
【００２０】
この半導体装置の製造装置を用いると、ワイヤと被着体とを接合する際に、ワイヤと被着体との間の接合面に形成されるノンスリップ領域が小さくなる。一方、ノンスリップ領域の周囲に形成されるスリップ領域は大きくなる。その結果、ワイヤと被着体との接合部が大きくなるので、ワイヤと被着体との間の接合の信頼性を向上することができる。
【００２１】
前記溝が先細り形状を有してもよい。
【００２２】
この場合、ワイヤと被着体との間の接合面に形成されるスリップ領域が更に大きくなる。その結果、ワイヤと被着体との接合部を更に大きくすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ワイヤと被着体との間の接合の信頼性を向上することができる半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係る半導体装置の製造装置を模式的に示す図である。
【図２】図１の半導体装置の製造装置の治具を模式的に示す図である。
【図３】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す図である。
【図４】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す図である。
【図５】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す図である。
【図６】接合工程における接合面を模式的に示す図である。
【図７】変形例に係るボンディングツールを模式的に示す図である。
【図８】変形例に係るワイヤ及び治具を模式的に示す図である。
【図９】変形例に係るワイヤ及び治具を模式的に示す図である。
【図１０】変形例に係るワイヤ及び治具を模式的に示す図である。
【図１１】実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図１〜図１０にはＸＹＺ直交座標系が示される。
【００２６】
図１は、実施形態に係る半導体装置の製造装置を模式的に示す図である。図１に示される半導体装置の製造装置１０は、例えばワイヤボンディング装置である。半導体装置の製造装置１０は、ボンディングツール１２と、ボンディングツール１２を振動させるための振動発生器１３と、溝１４Ａを有する治具１４とを備える。ボンディングツール１２には、ボンディングヘッド１５が接続され得る。振動発生器１３はボンディングヘッド１５に接続され得る。振動発生器１３は例えば超音波発生器等のトランスデューサーである。ボンディングヘッド１５及びボンディングツール１２は、超音波発生器が発生する超音波により振動し得る。
【００２７】
ボンディングツール１２は、ワイヤＷを保持可能な溝１２Ａを有してもよい。ワイヤＷの軸Ａｘに垂直な平面（ＸＺ平面）における溝１２Ａの断面は、例えばＶ字形状等の凸形状を有する。ボンディングツール１２は、ワイヤＷの軸Ａｘに沿って形成された突出部Ｐを有するワイヤＷの突出部Ｐを被着体２０に押圧することによって、ワイヤＷと被着体２０とを接合する。被着体２０は、半導体装置の製造装置１０のステージ１６上に載置され得る。突出部Ｐは、治具１４の溝１４Ａによって形成され得る。突出部Ｐの形状は、溝１４Ａの形状に対応している。溝１４Ａ及び突出部Ｐは例えば先細り形状（テーパ形状）を有する。
【００２８】
図２は、図１の半導体装置の製造装置の治具を模式的に示す図である。図２に示されるように、溝１４Ａは、ワイヤＷの軸方向（Ｙ方向）に沿って、治具１４の一方の端面から他方の端面まで延びてもよい。溝１４Ａは、治具１４の一方の端面から他方の端面までのうち一部分に形成されてもよい。
【００２９】
図３〜図５は、実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す図である。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、図１の半導体装置の製造装置１０を用いることによって実施され得る。
【００３０】
（準備工程）
まず、図１に示されるように、ワイヤＷの軸Ａｘに沿って形成された突出部Ｐを有するワイヤＷを準備する。本実施形態では、図３及び図４に示されるように、突出部Ｐを形成するための溝１４Ａを有する治具１４にワイヤ母材ＷＡを押圧してワイヤ母材ＷＡを変形させることによって、突出部Ｐを形成する。ワイヤ母材ＷＡの軸Ａｘに垂直な平面（ＸＺ平面）におけるワイヤ母材ＷＡの断面は例えば円形である。本実施形態では、ボンディングツール１２を用いて、治具１４にワイヤ母材ＷＡを押圧することによって、突出部Ｐを形成する。
【００３１】
溝１４Ａ及び突出部Ｐは逆テーパ形状を有してもよい。突出部Ｐ及び溝１４Ａの最大幅はワイヤ母材ＷＡの最大幅よりも小さくてもよい。突出部ＰはワイヤＷの軸Ａｘから径方向に突出し得る。
【００３２】
（接合工程）
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、振動したボンディングツール１２を用いて、ワイヤＷの突出部Ｐを被着体２０に押圧することによって、ワイヤＷと被着体２０とを接合する。ボンディングツール１２は、例えば超音波によってＹ方向（ワイヤＷの軸方向）に振動し得る。ボンディングツール１２は、荷重によりＺ方向（押圧方向）にワイヤＷを押圧し得る。被着体２０は、リード、電極端子、半導体チップ、又は配線基板等であってもよい。半導体チップは、表層として電極を有する。配線基板は、表層として配線層を有する。ワイヤＷの材料の例は、アルミニウム、銅、金等の金属を含む。被着体２０の表層の材料の例は、アルミニウム、ニッケル、銅、金等の金属を含む。
【００３３】
上記工程を経ることによって、半導体装置を製造することができる。この方法では、図６に示されるように、接合工程において、ワイヤＷと被着体２０との間の接合面に形成されるノンスリップ領域Ｒ１が小さくなる。一方、ノンスリップ領域Ｒ１の周囲に形成されるスリップ領域Ｒ２は大きくなる。よって、ワイヤＷと被着体２０との接合部（スリップ領域Ｒ２に対応）が大きくなるので、ワイヤＷと被着体２０との間の接合の信頼性（機械的及び電気的な信頼性）を向上することができる。
【００３４】
ノンスリップ領域Ｒ１は、ワイヤＷと被着体２０との間の接合面の中央部に形成され得る。ノンスリップ領域Ｒ１では、凝着が進行し難い。スリップ領域Ｒ２では、ワイヤＷと被着体２０との接触圧が低いので、摩擦により凝着が進行する。
【００３５】
ノンスリップ領域Ｒ１が小さくなる理由としては、Ｚ方向におけるボンディングツール１２の沈み込み量に対して、ワイヤＷが塑性変形して扁平になる領域の面積の増加率が小さくなるからと考えられる。
【００３６】
溝１４Ａを有する治具１４にワイヤ母材ＷＡを押圧して突出部Ｐを形成する場合、溝１４Ａの形状を変更することにより、突出部Ｐの形状を変更することができる。よって、突出部Ｐの形状を所望の形状に制御できる。
【００３７】
ボンディングツール１２を用いて、治具１４にワイヤ母材ＷＡを押圧することによって、突出部Ｐを形成する場合、ワイヤ母材ＷＡを変形した後、連続的にワイヤＷと被着体２０とを接合することができる。そのため、短時間で変形及び接合を行うことができる。
【００３８】
溝１４Ａが先細り形状を有する場合、ワイヤＷと被着体２０との間の接合面に形成されるスリップ領域Ｒ２が更に大きくなる。その結果、ワイヤＷと被着体２０との接合部を更に大きくすることができる。
【００３９】
図７は、変形例に係るボンディングツールを模式的に示す図である。図７に示されるように、ＸＺ平面におけるボンディングツール１２の溝１２Ａの断面は、例えば半円形状であってもよい。
【００４０】
図８〜図１０は、変形例に係るワイヤ及び治具を模式的に示す図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示されるように、ワイヤＷの軸Ａｘに垂直な平面（ＸＺ平面）における突出部Ｐ及び溝１４Ａの断面はＶ字形状等の凸形状を有してもよい。この場合、ワイヤＷと被着体２０との間の接合面に形成されるスリップ領域Ｒ２が更に大きくなる。その結果、ワイヤＷと被着体２０との接合部を更に大きくすることができる。
【００４１】
Ｖ字形状の先端角度θは、図８（ａ）に示されるように６０°以上９０°以下であってもよく、図８（ｂ）に示されるように３０°以上６０°未満であってもよく、図８（ｃ）に示されるように９０°超１２０°以下であってもよい。先端角度θが鋭角の場合、溝１２Ａの幅は溝１４Ａの幅よりも小さくてもよい。先端角度θが鈍角の場合、溝１２Ａの幅は溝１４Ａの幅よりも大きくてもよい。図８（ｄ）に示されるように、ＸＺ平面における突出部Ｐ及び溝１４Ａの断面は、楕円を短軸方向に切断した形状を有してもよい。この場合、溝１２Ａの幅は溝１４Ａの幅よりも小さくてもよい。図９（ａ）に示されるように、ＸＺ平面における突出部Ｐ及び溝１４Ａの断面は、台形形状を有してもよい。図９（ｂ）に示されるように、ＸＺ平面における突出部Ｐ及び溝１４Ａの断面は、左右対称の階段形状を有してもよい。図９（ｃ）に示されるように、階段形状の段数を増やしてもよい。図９（ｄ）に示されるように、ＸＺ平面における突出部Ｐ及び溝１４Ａの断面は、丸められた角部を有する左右対称の階段形状を有してもよい。
【００４２】
図１０（ａ）に示されるように、ワイヤＷの軸Ａｘを含む平面であって、突出部Ｐの突出方向（Ｚ方向）に延びる平面（ＹＺ平面）における突出部Ｐ及び溝１４Ａの断面はＶ字形状等の凸形状を有してもよい。この場合、ワイヤＷと被着体２０との間の接合面に形成されるスリップ領域Ｒ２が更に大きくなる。その結果、ワイヤＷと被着体２０との接合部を更に大きくすることができる。図１０（ｂ）に示されるように、ＹＺ平面における突出部Ｐ及び溝１４Ａの断面は、楕円を長軸方向に切断した形状を有してもよい。図１０（ｃ）に示されるように、ＹＺ平面における突出部Ｐ及び溝１４Ａの断面は、台形形状を有してもよい。
【００４３】
図１１は、実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を模式的に示す図である。図１１に示される半導体装置１００は、例えば電源等に使用される電力用半導体装置である。半導体装置１００は、半導体装置の製造装置１０を用いて製造され得る。半導体装置１００は、被着体としての半導体チップ２２と、被着体としての電極端子２６Ａ，２６Ｂと、ワイヤ２４Ａ，２４Ｂとを備える。ワイヤ２４Ａは、半導体チップ２２及び電極端子２６Ａに電気的に接続される。ワイヤ２４Ｂは、半導体チップ２２及び電極端子２６Ｂに電気的に接続される。半導体チップ２２は、接着層３２を介して配線基板４０のチップ搭載面４６ａに搭載され得る。
【００４４】
ワイヤ２４Ａは、電極端子２６Ａと半導体チップ２２との間を接続する。ワイヤ２４Ｂは、電極端子２６Ｂと半導体チップ２２との間を接続する。ワイヤ２４Ａ，２４Ｂは、図１に示されるワイヤＷの一例である。半導体チップ２２及び電極端子２６Ａ，２６Ｂは、図１に示される被着体２０の一例である。ワイヤ２４Ａは、半導体装置の製造装置１０を用いて、電極端子２６Ａ及び半導体チップ２２に接合される。ワイヤ２４Ｂは、半導体装置の製造装置１０を用いて、電極端子２６Ｂ及び半導体チップ２２に接合される。
【００４５】
配線基板４０は、絶縁性基板４２と、絶縁性基板４２の表面に設けられた配線層４６と、絶縁性基板４２の裏面に設けられた放熱層４４とを備える。配線層４６の材料の例は、銅及び銅合金等の金属を含む。絶縁性基板４２の材料の例は、アルミナ等のセラミックを含む。放熱層４４の材料の例は、銅及び銅合金等の金属を含む。放熱層４４は、例えば半田等からなる接着層４８を介してヒートシンク５０に接着される。ヒートシンク５０の材料の例は、金属を含む。
【００４６】
半導体チップ２２及び配線基板４０は、ケース５２に収容される。ケース５２は、例えば筒状である。ケース５２の一方の開口はヒートシンク５０によって封止され得る。ケース５２の他方の開口は蓋５４によって封止され得る。ケース５２の材料の例は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂といったエンジニヤリングプラスチック等の樹脂を含む。蓋５４の材料の例は熱可塑性樹脂を含む。ケース５２の内側には、応力緩和のため、例えばシリコーンゲル等のゲル５６が注入され得る。
【００４７】
電極端子２６Ａ，２６Ｂは、ケース５２の内壁に沿って延びており、蓋５４に形成された開口を通って外部に突出する。電極端子２６Ａ，２６Ｂは、プレス加工等により作製され得る。
【００４８】
半導体チップ２２の例は、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のトランジスタ、ダイオードを含む。半導体チップ２２の材料の例は、ワイドバンドギャップ半導体、シリコンその他の半導体を含む。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンのバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。ワイドバンドギャップ半導体の例は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンドを含む。
【００４９】
半導体装置１００では、ワイヤ２４Ａと電極端子２６Ａ又は半導体チップ２２との間の接合の信頼性を向上させることができる。ワイヤ２４Ｂと電極端子２６Ｂ又は半導体チップ２２との間の接合の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。各実施形態の構成は任意に組み合わせ得る。
【００５１】
例えば、治具１４を用いることなくワイヤ製造時に予めワイヤＷの突出部Ｐを形成してもよい。この場合、突出部Ｐを有するワイヤＷがボンディングツール１２に供給される。
【００５２】
ボンディングツール１２を用いることなく他の押圧部材を用いて治具１４にワイヤ母材ＷＡを押圧することによって、突出部Ｐを形成してもよい。この場合、突出部Ｐを有するワイヤＷがボンディングツール１２に供給される。
【００５３】
半導体装置１００は、ケース型の半導体装置に限られず、樹脂封止型の半導体装置であってもよい。この場合、ダイパッドに搭載された半導体チップ２２とリードとの間をワイヤ２４Ａ，２４Ｂにより接続することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０…半導体装置の製造装置、１２…ボンディングツール、１３…振動発生器、１４…治具、１４Ａ…溝、２０…被着体、１００…半導体装置、Ａｘ…軸、Ｐ…突出部、Ｗ…ワイヤ、ＷＡ…ワイヤ母材。
【図１】
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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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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