(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベアチップの電極と外部電極とをワイヤにて加熱と加圧とをなしながら接続するワイヤボンディング方法であって、前記電極側と前記ワイヤとの少なくとも一方の表面を、ハロゲン化物を含むガスと水蒸気との混合ガスによりハロゲン化し、前記電極側と前記ワイヤとをハロゲン化面を介して相互に接合させ固体接合をなすことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】
基板搬送経路とワイヤ繰出経路を有した配線接続部を持つワイヤボンディング装置であって、前記基板搬送経路と前記ワイヤ繰出経路との少なくとも一方の途中にハロゲン化物を含むガスを供給するガス供給部と蒸気発生部とを有するハロゲン化処理部を設け、基板側に設けたベアチップの電極および外部電極と、前記ワイヤとの少なくとも一方を前記ハロゲン化処理部を通過させることを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項３】
ワイヤを溶解させその先端に球状体を形成するとともに、ベアチップの電極と前記球状体との少なくとも一方の表面をハロゲン化し、前記電極と前記球状体とをハロゲン化面を介して相互に接合させ固体接合をなした後は、前記球状体と前記ワイヤとを切断分離し、前記電極上に前記球状体を残留させたことを特徴とするワイヤバンプの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンディング方法および装置ならびにワイヤバンプの形成方法に係り、特に微細ピッチの電極を有したベアチップに好適なワイヤボンディング方法および装置ならびにワイヤバンプの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハより分割されたベアチップを、基板等に搭載しやすい形状に作り変えるものの一つとしてワイヤボンディング方式が知られている（他方式としてＴＡＢ方式、フィリップチップ方式が知られている）。
【０００３】
このワイヤボンディング方式は、基板やリードフレームの表面にダイボンディングされたベアチップの電極（パッド）と、ベアチップ外部に設けられた電極とを極細の導線（以下外部リード線と称す）で接続していく方式である。同方式を行うワイヤボンディング装置では、その先端より外部リード線を繰り出し可能であるとともに、ベアチップの電極に外部リード線を押し付け（加圧）、加熱を可能とするキャピラリを有している。そしてこのキャピラリを外部リード線を介してベアチップの電極に押し付けることで、ベアチップの電極と外部リード線とが、双方の塑性変形により表面の酸化膜が破壊され、清浄金属面の接触相互拡散によって接続がなされるようになっている。なおこの接続時にキャピラリに超音波振動を加え、当該キャピラリの先端と外部リード線との間で摩擦を発生させ、温度上昇を図ることでベアチップの電極と外部リード線との接続を促進するようにしている。
【０００４】
またワイヤボンディング装置を用いた他の従来例として、ベアチップの電極にバンプを形成する方法、すなわちワイヤバンプの形成方法がある。これはまずキャピラリ先端から引き出した外部リード線に高電圧で瞬間放電を行い、これを溶融させることで、当該外部リード線の先端に球状体を形成する。そしてこの球状体をベアチップの電極に加熱しながら押し付け、その後キャピラリを上方に引き上げることで、外部リード線を球状体の首下で切断し、当該球状体をベアチップの電極側に残し、これをバンプとして用いるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したワイヤボンディング方式では以下の問題点があった。
【０００６】
第１の問題点は、ダイボンディングに用いる接合材（銀ペースト等）に、高融点のものを用いなければならない点である。すなわち基板等を載せるステージに内蔵されたヒータの加熱にてワーク全体（またはステージ）を２００℃以上に加熱し、この状態でベアチップの電極と外部リード線との接続が行われる。このためダイボンディングに用いる接合材に低融点のものを使用すると、ワイヤボンディング時に接合材が溶け出し、ベアチップが基板等から移動する恐れがあった。
【０００７】
また第２の問題点は、ベアチップがダイボンディングされる対象物がガラス繊維強化エポキシ樹脂（以下ガラエポ樹脂と称す）などのような材質であると、キャピラリを押し付けた際、ガラエポ樹脂にたわみが生じ、その結果ベアチップの電極とキャピラリとの間に隙間が生じる（密着性が悪くなる）。このため超音波振動の伝達効率が悪化し、実装品質が低下する恐れがあった。
【０００８】
また第３の問題点は、接続を実施するための条件範囲が狭いという点である。すなわち接続においては加熱と加圧、そして超音波振動の３項目の条件出しが必須となるが、例えば加熱を例にとると加熱温度が低すぎると、ベアチップの電極と外部リード線との接続不良が発生し、逆に加熱温度が高いとベアチップを破壊するという問題が生じる。さらに加圧および超音波振動についても同様の問題点が有り、このためベアチップの電極と外部リード線との接続合ができる範囲は狭いものとなっていた。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点に着目し、ベアチップの電極と外部リード線とを接続する際、超音波振動を加えることなく、接続条件を緩和することのできるワイヤボンディング方法および装置ならびにワイヤバンプの形成方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１に記載のワイヤボンディング方法は、ベアチップの電極と外部電極とをワイヤにて加熱と加圧とをなしながら接続するワイヤボンディング方法であって、電極側とワイヤとの少なくとも一方の表面を、ハロゲン化物を含むガスと水蒸気との混合ガスによりハロゲン化し、電極側とワイヤとをハロゲン化面を介して相互に接合させ固体接合をなすことを特徴としている。
【００１１】
また請求項２に記載のワイヤボンディング装置は、基板搬送経路とワイヤ繰出経路を有した配線接続部を持つワイヤボンディング装置であって、基板搬送経路とワイヤ繰出経路との少なくとも一方の途中にハロゲン化物を含むガスを供給するガス供給部と蒸気発生部とを有するハロゲン化処理部を設け、基板側に設けたベアチップの電極および外部電極と、ワイヤとの少なくとも一方をハロゲン化処理部を通過させることを特徴としている。
【００１２】
さらに請求項３に記載のワイヤバンプの形成方法は、ワイヤを溶解させその先端に球状体を形成するとともに、ベアチップの電極と球状体との少なくとも一方の表面をハロゲン化し、電極と球状体とをハロゲン化面を介して相互に接合させ固体接合をなした後は、球状体とワイヤとを切断分離し、電極上に球状体を残留させたことを特徴としている。
【００１３】
これらワイヤボンディング方法および装置ならびにワイヤバンプの形成方法を用いれば、接続を行う際に超音波振動を用いる必要が無くなるので、隣合う部材との接触するのを防止でき、ベアチップの狭ピッチ化を促進させることができるとともに、接続条件を緩和させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るワイヤボンディング方法および装置ならびにワイヤバンプの形成方法の具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は本実施の形態に係るワイヤボンディング装置の構成を示す構造説明図である。同図に示すようにワイヤボンディング装置１０には、ワイヤ配線対象となるベアチップ１２をダイボンディングした基板１３を移送するコンベア装置１４が設けられ、その上流側端部にはワイヤ配線前の基板１３を保管するストッカ１６が配置され、またコンベア装置１４の下流側端部にはワイヤ配線後の基板１３を保管するマガジンラック１８が配置されている。そしてこれらストッカ１６とマガジンラック１８との間には、ハロゲン処理部となるフッ化処理部２０が設けられるとともに、当該フッ化処理部２０の次段には、ベアチップ１２の表面に形成された電極２２と基板１３上に形成されたランド２４との間を金ワイヤによって接続するボンディング部２６が設けられている。またボンディング部２６の次段にはボンディングされたベアチップの封止をなすモールド封止部２８が設けられている。
【００１６】
フッ化処理部２０は、反応室３０とＨＦガス供給部３２と蒸気発生部３４とから構成されており、配管３６、３８を介してＨＦガスと水蒸気との混合ガスが反応室３０へ供給されるようになっている。そして混合ガスが基板１３の表面すなわちベアチップ１２に触れ、電極２２がフッ化される。
【００１７】
ベアチップ１２がＨＦガスと水蒸気との混合ガスにさらされると、ＨＦとＨ２Ｏとがベアチップ１２の表面において、
【００１８】
【化１】
ＨＦ＋Ｈ２Ｏ→（Ｈ３Ｏ）＋＋Ｆ−
の反応を生じ、フッ素イオン（Ｆ−）がベアチップ１２と反応し、当該ベアチップ１２の表面をフッ化する。そして、ベアチップ１２に設けられる電極２２では、その表面に形成された酸化膜の酸素とＦ−との置換反応が生じて表面がフッ化され、またはフッ素と酸素の混合した組成を有する表面が形成される。
【００１９】
なお、基板１３の表面にフッ化処理を行なう場合、コンベア装置１４を一旦停止させるとともに、反応室３０の下部に設けたシャッタ４０を閉じ、混合ガスが外部に漏れないようにしている。
【００２０】
また本装置１０では、フッ化処理をベアチップ１２側だけに施すこととしたが、これにこだわる必要もなく、外部リード線側、すなわち金ワイヤの表面にもフッ化処理を施すようにしてもよい。この場合には、後述するがボンディング部２６におけるキャピラリの先端開口部付近に混合ガス吹出口を設け、繰り出されたワイヤの表面をフッ化するようにしてもよい（図２参照）。さらにフッ化処理をボンディング部２６側だけに施すようにしてもよいことは言うまでもない。
【００２１】
ボンディング部２６は、その先端に伸縮可能なキャピラリ４２を有しており、このキャピラリ４２の先端開口部４４からは、ボビン４６に巻かれた金ワイヤ４８を繰り出し可能にしている。またキャピラリ４２には図示しないが金ワイヤ４８を把持するためのワイヤクランパが設けられている。また先端開口部４４の付近には水平方向に移動可能となる放電電極５０が設けられる。そして当該放電電極５０を先端開口部４４の直下に移動させることで、先端開口部４４から繰り出された金ワイヤ４８の先端と放電電極５０との間に電位を持たせ、放電をなすことにより金ワイヤ４８の先端に金の球状体を形成出来るようにしている。
【００２２】
このように構成されたキャピラリ４２は、ツール駆動部５２に接続されている。ここでツール駆動部５２にはあらかじめベアチップ１２における電極２２の位置と、基板１３上におけるランド２４との位置を示す座標が記憶されており、この値をもとにキャピラリ４２を動作させ、電極２２とランド２４とを金ワイヤ４８にて接続（ワイヤボンディング）するようにしている。なお電極２２とランド２４との接続時には、コンベア装置１４は一旦停止しているが、この停止のタイミングは前段のフッ化処理部２０における基板１３のフッ化処理時と同期するようにしている。
【００２３】
ボンディング部２６の次段側には、モールド封止部２８が配置される。このモールド封止部２８にはノズル５４が設けられ、当該ノズル５４より封止剤となるモールド５６をベアチップ１２上に送り出し、当該ベアチップ１２およびランド２４のまわりをモールド５６で封止できるようになっている。
【００２４】
このように構成されたワイヤボンディング装置１０を用いて電極２２とランド２４とを接続する手順を説明する。
【００２５】
まずコンベア装置１４を稼働させ、ストッカ１６より基板１３を取り出す。そしてコンベア装置１４にて取り出された（ワイヤボンディング前の）基板１３は、フッ化処理部２０へと移動し、この位置で一旦停止する（コンベア装置１４の一時停止）。フッ化処理部２０では基板１３の停止とともに反応室３０の出入口に設けられたシャッタ４０を閉め、反応室３０内外を遮断するようにしている。そして配管３６、３８を介してＨＦガス供給部３２、蒸気発生部３４から混合ガスを反応室３０に送り込み、基板１３のフッ化処理を行う。
【００２６】
基板１３のフッ化処理を終了すると、シャッタ４０を開くとともに、コンベア装置１４を再び稼働させ、反応室３０よりフッ化処理された基板１３を取り出す。そして当該基板１３は次段側のボンディング部２６へと移動する。
【００２７】
ボンディング部２６における所定の位置に基板１３が到達すると、再びコンベア装置１４の稼働を一旦停止する。ところでこのコンベア装置１４の停止は、前段側の基板１３のフッ化処理と同期させるようにしており、コンベア装置１４が停止する度に前後の基板１３のフッ化処理と、電極２２とランド２４との接続とが同時に行えるようになっている。
【００２８】
マウント部２４に基板１３が保持されると、あらかじめ記憶されていた電極２２とランド２４との座標位置情報に沿って、ツール駆動部５２がキャピラリ４２を稼働させる。すなわちマウント部２４に基板１３が保持されると、まずキャピラリ４２には、放電電極５０が接近し、先端開口部４４の直下にて停止する。そして先端開口部４４から繰り出された金ワイヤ４８の先端と、放電電極５０との間に電位を発生させ、両者の間に放電を起こす。この放電により金ワイヤ４８の先端が溶融し、当該先端には金の球状体５８が形成される（図２参照）。そして先端開口部４４に球状体５８が形成された後に、キャピラリ４２をベアチップ１２側へと移動させ、球状体５８が電極２２に接するようにする。
【００２９】
ここで電極２２の表面は、前段の反応室３０にてフッ化処理がなされているため、両者の接続は超音波振動を加えずに行うことができる。このため超音波振動を加えることにより生ずるキャピラリ４２の損傷や、基板１３のたわみによる超音波振動の伝達不良といった障害を解決することができる。
【００３０】
また接続するいずれか一方の表面にフッ化処理を施したことから、キャピラリ４２の下方に設けられた基板１３の保持をなすステージ（図示せず）のヒータ温度を低く抑えることができる。すなわち従来ではヒータの加熱温度を２００℃以上に設定していたが、フッ化処理を施すことによって１００℃台の温度で両者の接続を行うことができ、基板１３に耐熱性の低いものを適用することができる。そして超音波振動の削除とヒータの加熱温度が下げられることから、接続のための条件が緩くなり、工程上での調整時間を短縮することができる。また超音波振動を削除したことから、既に電極２２とランド２４との接続を行っている隣合う金ワイヤ４８同士が、接触するのを防止することができ、隣合う電極２２およびランド２４が微細ピッチである場合でも確実に電極２２とランド２４とを接続することができる。さらに加熱温度を下げられることからダイボンディングに用いる接合材となる銀ペーストを融点の低いものに置き換えることが可能となり、用途に応じた接合材を選択することが可能となる。そして超音波振動を発生させる装置をキャピラリ４２に備える必要がないことから、代わりに当該キャピラリ４２側にヒータを設け、ステージに内蔵されたヒータと両方で加熱を行うようにしてもよい。
【００３１】
電極２２に球状体５８を接続した後は、キャピラリ４２を上昇させ先端開口部４４から金ワイヤ４８を引き出すとともに、キャピラリ４２をランド２４側に移動させる。そして金ワイヤ４８をフッ化処理されたランド２４に押し付け両者を接続する。その後は、キャピラリ４２内の図示しないクランパを稼働させ、金ワイヤ４８を把持するとともに、キャピラリ４２を上昇させる。この上昇作用により金ワイヤ４８は、ランド２４の接続直後で切断し、基板１３側には電極２２とランド２４とをループ状に接続する金ワイヤ４８が残る。そしてこの一連の作業を電極２２の数量分だけ行えば、ベアチップ１２と基板１３との接続が完了する。
【００３２】
ところで電極２２と金ワイヤ４８、およびランド２４と金ワイヤ４８とが接続するメカニズムは、次のように考えられる。電極２２およびランド２４表面のフッ素と結合している表面部の原子は、金ワイヤ４８と接触することによりフッ素との結合が切れ、金ワイヤ４８の原子と結合することにより接続が行なわれる。そして、結合が切れたフッ素は、当該フッ素を取り込みやすい側の内部に拡散して行くものと思われる。
【００３３】
また前述したように本実施の形態に係る第１実施例では、基板１３側の表面にフッ化処理を施し、金ワイヤとの接続を図ることとしたが、これは一例であって他にも様々な形態が考えられる。
【００３４】
図２は、第２実施例となる金ワイヤ４８の表面にフッ化処理を施すための構成を示す説明図である。同図においては、金ワイヤ４８の表面にフッ化処理を施すためキャピラリ４２の周囲にガス噴射ノズル６０を設置し、ＨＦガス供給部３２と蒸気発生部３４とから配管３６、配管３８を介して混合ガスを噴射可能にしている。なおその他の構成は、第１実施例で説明したワイヤボンディング装置１０と同様の構成であるため、同一の部番を付与するものとする。
【００３５】
同図の構成を用いて電極２２とランド２４とを金ワイヤ４８で接続する手順を説明すると、まず同図（１）に示すように放電電極５０を先端開口部４４の直下に移動させ放電作用により金ワイヤ４８の先端に球状体５８を形成する。そしてこの球状体５８の形成とともに、ガス噴射ノズル６０から混合ガスを噴射させ、球状体５８周囲を混合ガスの雰囲気にすることで、球状体５８の表面にフッ化処理を施す。
【００３６】
球状体５８の表面にフッ化処理を施した後は、同図（２）に示すようにキャピラリ４２を下降させ、電極２２に球状体５８を接続させる。ところでキャピラリ４２の下降時では既に球状体５８の表面にはフッ化処理がなされているので、混合ガスを連続して供給する必要が無いが、ガス噴射ノズル６０と電極２２とが接近していくことから、電極２２側もフッ化処理させるべく、同図（２）に示すように混合ガスを連続供給するようにしてもよい。
【００３７】
球状体５８を電極２２に接続させた後は、同図（３）に示すようにキャピラリ４２を上昇させ先端開口部４４より金ワイヤ４８を引き出す。この状態ではガス噴射ノズル６０から混合ガスが吹き出されているので、金ワイヤ４８の表面にはフッ化処理がなされる。そして表面がフッ化処理された金ワイヤ４８をランド２４に押し付け、接続後に図示しないクランパを稼働させ金ワイヤ４８を把持するとともにキャピラリ４２を上昇させれば、同図（４）に示すように、金ワイヤ４８はランド２４との接合部分より切断され、基板１３側には電極２２とランド２４とを接続する金ワイヤ４８がループ状に形成される。またキャピラリ４２側においては、フッ化処理を行う必要が無いためガス噴射ノズル６０より混合ガスを噴射させるのを停止させればよい。
【００３８】
このように同図（１）→（２）→（３）→（４）の工程を電極２２の数量分だけ行うようにすれば、ベアチップ１２と基板１３との接続を行うことが可能になる。
【００３９】
図３は、第２実施例で用いたボンディング部２６を用いて、ベアチップ１２の電極２２部分に突起（バンプ）を形成する手順を示した工程説明図である。同図（１）と同図（２）で示す工程は、図２と同様であるため説明を省略する。フッ化処理された球状体５８を電極２２に接続した後は、図示しないクランパを稼働させ金ワイヤ４８を把持するとともにキャピラリ４２を上昇させる。すると同図（３）に示すように、金ワイヤ４８は、電極２２に接続された球状体５８の首下より切断され、球状体５８はベアチップ１２側に残る。このため同図（１）→（２）→（３）の工程をベアチップ１２上の電極２２の数だけおこなっていけば、ベアチップ１２上に突起（バンプ）６２を形成することができる。なお同図では金ワイヤ４８側をフッ化処理することとしたが、この形態にこだわる必要もなく、ベアチップ１２側にフッ化処理を施したり、あるいはその両方にフッ化処理を施すようにしてもよい。
【００４０】
そして上述した実施の形態では、ボンディング用のワイヤとして金ワイヤ４８を用いることとしたが、この形態（材料）に限定される必要は無く、ワイヤの材質として銅あるいはアルミといったものも適用可能であり、ワイヤの種類を限定しないことは言うまでもない。
【００４１】
また上述した実施の形態では、ハロゲンがフッ素である場合について説明したが、ハロゲンは、接合する相手の相性や表面状態により、塩素やヨウ素、臭素などであってもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明におけるワイヤボンディング方法および装置ならびにワイヤバンプの形成方法によれば、超音波振動を加える必要が無くなるので、隣合うワイヤ同士が接触するのを防止でき、もってベアチップの狭ピッチ化に対応させることができる。また加熱といった諸条件を緩和させることができることから、ダイボンディングに用いる接合材に低融点のものが使用できる。このため接合材の幅広い選定が可能となる。
【００４３】
さらに接続条件が緩和されることにより、工程内での調整が簡単になるとともに確実な接続を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るワイヤボンディング装置の構成を示す構造説明図である。
【図２】第２実施例となる金ワイヤ４８の表面にフッ化処理を施すための構成を示す説明図である。
【図３】第２実施例で用いたボンディング部２６を用いて、ベアチップ１２の電極２２部分に突起（バンプ）を形成する手順を示した工程説明図である。
【符号の説明】
１０            ワイヤボンディング装置
１２            ベアチップ
１３            基板
１４            コンベア装置
１６            ストッカ
１８            マガジンラック
２０            フッ化処理部
２２            電極
２４            ランド
２６            ボンディング部
２８            モールド封止部
３０            反応室
３２            ＨＦガス供給部
３４            蒸気発生部
３６            配管
３８            配管
４０            シャッタ
４２            キャピラリ
４４            先端開口部
４６            ボビン
４８            金ワイヤ
５０            放電電極
５２            ツール駆動部
５４            ノズル
５６            モールド
５８            球状体
６０            ガス噴射ノズル
６２            突起（バンプ）
【図１】
0003551007.tif 000002
【図２】
0003551007.tif 000003
【図３】
0003551007.tif 000004