(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸線加工したワイヤに焼鈍処理を施す半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法であって、前記焼鈍処理した直後のワイヤを、２０℃以下に維持された固体冷却体を用いて、下記式数１で示す冷却速度が１０００℃／秒以上となるよう冷却することを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法。
【数１】
0003602892.tif 000006
【請求項２】
上記固体冷却体が滑車であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップ電極と外部リードとを接続するために使用される半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法に関し、詳しくは、半導体装置の多ピン化に伴うワイヤ同士のショート防止に有用なボンディングワイヤの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップ等の半導体素子の電極と外部リードとを接続する方法として、一般には直径０．０１〜０．１ｍｍの金属細線（ボンディングワイヤ）で接続するワイヤボンディグ方法が用いられている。該金属細線としてはその用途に応じて金、アルミ、銅等の純金属、又はこれらを主要元素とする合金が用いられている。前記ワイヤボンディング方法は、ＩＣチップ等の半導体素子の電極面に前記金属細線の先端を第１ボンディングし、その後、該金属細線をループ状に張設して外部リード上に第２ボンディングするものである。
この種のワイヤボンディング方法は簡単な装置によって量産出来る方法であるが、ループ状に張設された金属細線が配線方向に対して左右に曲がって、隣同士の金属細線が接触してショートを起こすことがある。
このような左右への曲がりを防止する方法として、従来においては、前記主要元素中に１〜１００重量ｐｐｍという微量の元素を含有させた金属細線が用いられている。
【０００３】
一方、近年のＩＣはより一層の高機能化，高集積化が行われ、電極数が増加している。
これに対応するため、長ループで且つ配線密度の高いワイヤボンディングが要求され、その結果、ループ状に張設された金属細線が配線方向に対して左右に曲る許容量を小さくして、前記ショート防止に対応する必要性が生じてきたが、前記したような微量の元素を含有させた金属細線を用いるだけでは十分に対応出来なくなって来た。
【０００４】
これの対応方法として、特開平６−６１２９２号には、ワイヤをパーフロロ３級アミン等を含有した処理液に浸積して効率良く冷却することにより、ループ異常等のトラブルの回避を図った冷却装置が提案されている。
該方法は、焼鈍炉出側の補助ローラの冷却機能及び焼鈍炉出口から冷却水槽迄の距離に配慮がなされていないものの、前記処理液を用いて冷却を施すことでスプールに巻き取られたワイヤの巻きほどき性を良好にして、ループ異常の発生を防止するために効果的であることが開示されている。
しかし乍ら該方法では、ワイヤ材質に起因する本質的なループ曲がりの許容量を抑制することに対して未だ不十分である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述したような従来事情に鑑みてなされたものであり、ＩＣチップ等の半導体素子の電極と外部リードとをボンディングワイヤで接続する際、長ループで且つ配線密度が高くなった場合においても、張設されたループが配線方向に対して左右方向に曲がる量を小さくして、隣同士のループが接触してショートを起こすことを効果的に防止することが出来るボンディングワイヤの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願出願人は、伸線加工した後に最終焼鈍を施したワイヤを冷却水を用いて冷却する半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法において、前記冷却水による冷却過程を制御することを提案し、先に出願した（特願平７−１２６２５６号）。
該方法によれば、ワイヤとワイヤ潤滑剤との密着性が高まってボンディング装置のキャピラリに異物が付着しにくくなり、高価なキャピラリの交換頻度を大幅に少なくすることが出来るボンディングワイヤを製造し得、さらに、ループ曲がりの許容量を抑制することに対してもある程度の効果が期待できるものの、本課題に対しては更なる前記許容量の抑制が求められている。
本発明者等はさらに鋭意検討を行った結果、ボンディングワイヤを所定の線径に加工した後に焼鈍処理を行っているが、該焼鈍後の冷却過程の差異が、ボンディングワイヤをループ状に張設する際、配線方向に対して左右方向の曲がる量に影響を及ぼすことを見出だし、前記焼鈍後の冷却を固体冷却体を用いて行うと共にその冷却過程を制御することにより本願の課題を達成し得ることを知見して本発明に至った。
【０００７】
即ち発明は、伸線加工したワイヤに焼鈍処理を施す半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法であって、前記焼鈍処理した直後のワイヤを、２０℃以下に維持された固体冷却体を用いて、下記式数２で示す冷却速度が１０００℃／秒以上となるように冷却することを特徴とする。
【数２】
0003602892.tif 000002
【０００８】
上記固体冷却体としては、ローラとしての滑車や、固定された板の上を摺動させる方法等が例示できるが、後述の理由から、滑車を用いることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明に係るボンディングワイヤの製造方法は、上記した従来事情に鑑み、伸線加工したワイヤの焼鈍後の冷却過程を制御して、ボンディングワイヤをループ状に張設する際、配線方向に対して左右方向に曲がる量を抑制するようにするものである。
本発明によるボンディングワイヤの好ましい製造工程は次の通りである。
先ず、所定の組成になるよう金属元素を溶解、鋳造してインゴットを作成し、このインゴットに塑性加工（圧延加工又は押出加工等）を施した後、ダイスを用いて伸線加工を行い、所定径の細線を作成する。この細線に最終焼鈍を施し、その直後に後述する方法で冷却するものである。
【００１０】
本発明に用いるボンディングワイヤは金、銀、アルミ、銅、鉛、錫等の純金属、若しくはこれらの金属を主成分をする合金が用いられる。
これらの中でも、主成分が金であるものが耐蝕性に優れ、信頼性が大きいことから好ましく用いられる。
また本発明におけるボンディングワイヤは、直径５〜５００μｍの範囲に伸線加工して用いられる。
なかでも直径２０〜５０μｍの範囲の細線が好ましく用いられる。
【００１１】
また本発明においては通常、ボンディングワイヤの伸び率が２〜１０％になるように、最終焼鈍を施して調質される。
焼鈍処理方法の一例を図１を用いて説明する。伸線加工により所定径に伸線されたワイヤ１は繰り出し側リール１０から繰り出され、管状電気炉（焼鈍炉）１１を通って巻取り側リール１４に巻き取られる。管状電気炉１１の炉内雰囲気温度は、ワイヤ１の種類に応じて３００〜６５０℃に設定する。
この焼鈍炉１１内に、ワイヤ１を所定の速度で通過させて焼鈍を行う。上記した所定の伸び率を得るためには、前記焼鈍炉１１内のワイヤ速度を３０〜８０ｍ／分とすることが好ましい。
【００１２】
以下、上記した最終焼鈍を施した直後に行う冷却工程について述べる。
先ず、図１に示す横型焼鈍炉１１を用いて最終焼鈍を行う場合について説明すれば、最終の伸線加工の後、所定の方法で洗浄されたワイヤ１は繰り出し側リール１０から引き出され、焼鈍炉１１で焼鈍された後、固定冷却体としての冷却用滑車１２、サイド滑車１３を経て巻取り側リール１４に巻き取られる。
本発明においては該冷却工程において、固定冷却体としての滑車１２を２０℃以下に維持すると共に、下記式数３で定める冷却速度を１０００℃／秒以上とすることが必要である。
【数３】
0003602892.tif 000003
【００１３】
該冷却速度を１０００℃／秒以上、好ましくは１０００〜３００００℃／秒として冷却を行うことにより、長ループで且つ配線密度が高くなった場合においても、本発明の課題、即ち張設されたループが配線方向に対して左右方向に曲がる量を小さくすることが出来るという優れた効果を有する。
更に好ましい冷却速度は２０００〜３００００℃／秒である。
該冷却速度を達成するためには、焼鈍炉出口１１ａから冷却用滑車１２迄の距離（焼鈍炉出口１１ａを出たワイヤ１が冷却用滑車１２に接するまでの距離）Ｌを短くして対応することが好ましい。
因みに、焼鈍炉内雰囲気温度−固体冷却体温度の温度差６００℃、ワイヤ速度６０ｍ／分の時、冷却速度を１０００℃／秒以上とするためには、前記距離Ｌは６０ｃｍ以下にする必要がある。
前記温度差が３００℃になると、前記距離Ｌは３０ｃｍ以下にする必要がある。
冷却速度を大きくするためには、前記距離Ｌは更に短くすることが必要である。
【００１４】
本発明における２０℃以下に維持された固体冷却体で冷却する方法としては、ローラとして滑車を用いたり、固定された板の上を慴動させる方法等が例示出来るが、ワイヤ表面疵を防ぐためには滑車を用いることが好ましい。
前記固定冷却体はその蓄熱を防ぎ、２０℃以下に維持することが必要である。蓄熱を防ぎ２０℃以下に維持する方法としては、固体冷却体内部に液体、気体の冷媒を循環させる方法、固体冷却体の外部に気体の冷媒を吹き付ける方法等が例示出来る。
これらの中で、固体冷却体内部に液体、気体の冷媒を循環させる方法が安定した操業が出来るため、好ましく用いられる。
【００１５】
従来の製造方法においては、冷却用滑車１２の代わりに通常の滑車が用いられる。該通常の滑車では操業中に高温状態となり、冷却機能を果たさなくなる。またこの場合、焼鈍直後のワイヤを適度な空冷を経た後に滑車に接触させる必要があることから、焼鈍炉出口１１ａから滑車までの距離は通常５０ｃｍ程度に設定され、よって上記冷却速度は１０００℃／秒に達しない。さらにこの場合、焼鈍炉出口１１ａから滑車までの距離を５０ｃｍ以下に設定すると、焼鈍直後のワイヤの熱により滑車が加熱され、上記冷却速度は１０００℃／秒に達しない。
また従来において、ワイヤの十分な冷却を行うために冷却水を貯溜した冷却水槽を用いることも行われている。しかしこの場合、前記の如く適度な空冷を経た後水冷を施すことが考慮されて、焼鈍炉出口１１ａから冷却水面迄の距離は１ｍ以上に設定して使用されており、上記式数３における固体冷却体温度を冷却水温度とし、焼鈍炉出口１１ａから冷却水面迄の距離を１ｍとし、焼鈍炉内雰囲気温度−冷却水温度の温度差４００℃、ワイヤ速度６０ｍ／分の時、冷却速度は４００℃／秒である。前記温度差が６００℃になると冷却速度は６００℃／秒である。
このように冷却速度が１０００℃／秒未満の場合、長ループで且つ配線密度が高くなった場合において、本課題のボンディングワイヤが配線方向に対して左右方向に曲がる量が大きいという欠点を有する。
このため前記冷却速度を１０００℃／秒以上と定めた。
【００１６】
尚、前記冷却速度は、前述したように焼鈍炉内雰囲気温度を３００〜６５０℃、ワイヤ速度を３０〜８０ｍ／分とした場合、焼鈍炉から固体冷却体迄の距離Ｌを小さくすることで、５００００℃／秒程度迄設定することは可能であるが、前記距離Ｌを１ｃｍ未満とすることは装置作製の面で好ましくない。よって前記冷却速度の好ましい上限は３００００℃／秒である。
【００１７】
而して、上述したように、伸線加工したワイヤを３００〜６５０℃の炉内雰囲気温度で最終焼鈍した直後に、固体冷却媒体を用いて１０００℃／秒以上の冷却速度で冷却することより、本課題に対して優れた効果が得られる理由は明らかではないが、前記構成にすることにより、加工歪の除去が均一に行われているためではないかと考えられる。
即ち、加工歪の除去が均一に行われた場合、本課題のように長ループで且つ配線密度が高くなった場合においても、ボンディングワイヤが配線方向に対して左右方向に曲がる量を小さく抑えることに効果が生じてくるものと考えられる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
４０重量ｐｐｍのＹを含有し、残部が金からなる直径３０ｍｍの金合金インゴットを溝ロールにて圧延した後、伸線加工と中間焼鈍を繰り返し、最終の伸線加工により直径２５μｍの極細ワイヤに仕上げた。この極細ワイヤを、図１に示す横型焼鈍炉１１を備えた装置を用いて、繰り出し側リール１０から繰り出しながら最終焼鈍を施し、その直後に内部が冷媒として２０℃の循環水で冷却された冷却用滑車１２で急速冷却し、補助ロール１３を経て巻取り側リール１４に巻き取った。
この時、焼鈍炉温度（焼鈍炉内雰囲気温度）は４２０℃、ワイヤ速度を６０ｍ／分、焼鈍炉出口１１ａから冷却用滑車１２迄の距離Ｌを４０ｃｍとし、焼鈍炉加熱ゾーンの長さを調節して伸び率４％になるように焼鈍した。またこの時、上記冷却速度は１０００℃／秒であった。
このようにして得られたワイヤを用いてループの曲がり試験を行った。
ループ形成方法は新川社製の５０型ボンダーを用いてボンディングを行った。ＩＣチップ電極上に最初のボール接合を行った後、ループ形成と逆方向にキャピラリーを一旦動かし、リバース変形を行った後、正規のループを形成した。ボンディング条件はループ高さ：２００μｍ、チップ電極と外部端子間を５ｍｍとした。
このようにして、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ＩＣチップ２０の電極２１と外部リード２２をワイヤでループ状に接続し、そのループ２を平面的に顕微鏡で観察し、ＩＣチップ２０上の電極２１と外部リード２２の各々の接続点を結ぶ直線（図中に点線で示すＸ）からの偏位量（Ｙ）を測定し、１００個の平均値をワイヤ曲り量とした。
上記製造条件と測定結果を表１〜表２に示す。
【００１９】
（実施例２〜８／比較例１）
焼鈍炉温度、ワイヤ速度、固体冷却体の種類、冷却体内部への冷媒の種類、焼鈍炉出口から固体冷却体迄の距離、冷却速度を表中記載のようにしこと以外は実施例１と同様にして試験を行った。
製造条件と測定結果を表１〜表２に示す。
【００２０】
（比較例２〜４）
焼鈍炉出口から固体冷却体迄の距離及び冷却速度を表中記載のようにし、固体冷却体内部の冷媒での冷却を行わなかった（通常の滑車を用いた）こと以外は実施例１と同様にして試験を行った。
製造条件と測定結果を表１〜表２に示す。
【００２１】
【表１】
0003602892.tif 000004
【００２２】
【表２】
0003602892.tif 000005
【００２３】
以上の測定結果から、従来提案されているボンディングワイヤの製造方法（比較例１〜４）と対比して、本発明の構成になる製造方法とすることにより、本願課題に対して優れた効果を有することが判る。
またその中でも、冷却速度を２０００℃／秒以上とした場合により優れた効果を示し（実施例１と対比した実施例２，８〜９から）、冷却速度を１００００℃／秒以上とした場合さらに優れた効果を示す（実施例２，８〜９と対比した実施例３〜７から）ことが判る。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、最終の焼鈍処理を施した直後のワイヤを、２０℃以下に維持された固体冷却体を用いて、上述した冷却速度が１０００℃／秒以上となるよう冷却する新規なボンディングワイヤ製造方法としたので、加工歪の除去が均一に行われ、長ループで且つ配線密度が高くなった場合においても、ボンディングワイヤが配線方向に対して左右方向に曲がる量を小さく抑えることが出来る。
従って、半導体装置の多ピン化に伴うワイヤ同士のショート防止に有用であり、高機能，高集積な半導体装置の組立てに極めて有用なボンディングワイヤを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に係る冷却工程の概要を示す簡略図である。
【図２】ワイヤ曲り量の測定方法を示す概略図で（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１：ワイヤ
２：ループ
１０：繰り出し側リール
１１：焼鈍炉
１１ａ：焼鈍炉出口
１２：冷却用滑車
１３：サイド滑車
１４：巻取り側リール
Ｌ：焼鈍炉出口から固体冷却体までの距離
【図１】
0003602892.tif 000007
【図２】
0003602892.tif 000008