(57)【要約】  本発明は、パッケージ化された半導体デバイスを提供する。接合ワイヤがアルミニウムバンプ接合部によりリードに接合される。半導体デバイスは、リードを有するリードフレームに取り付けられ、当該リードはニッケルメッキ部を有している。５０μｍ（２ミル）のような細いアルミニウムワイヤとリードとの間にバンプ接合部を形成するために、アルミニウムバンプがニッケルメッキ部に接合され、ワイヤがバンプに接合される。バンプはニッケルをドープされたアルミニウムであり、１５０μｍ（６ミル）の直径のワイヤのような大きな直径のワイヤから形成される。
2009530872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムバンプ接合部を有するパッケージ化された半導体デバイスであって、前記パッケージ化された半導体デバイスは、
ボンディング面と、
前記ボンディング面に接合されたアルミニウムバンプと、
前記バンプに接合された接合端部を有するアルミニウム接合ワイヤと、
を含み、前記バンプは、所定の長さの太いアルミニウムワイヤを有し、前記接合ワイヤは細いアルミニウムワイヤからなることを特徴とするパッケージ化された半導体デバイス。
【請求項２】
前記ボンディング面はニッケルメッキ部を含むことを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。
【請求項３】
前記バンプはニッケルをドープされていることを特徴とする請求項２に記載のパッケージ化された半導体デバイス。
【請求項４】
前記太いアルミニウムワイヤは約１５０μｍの直径を有することを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。
【請求項５】
前記細いアルミニウムワイヤは約５０μｍの直径を有することを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。
【請求項６】
前記ボンディング面は、リードフレームの一部であるリードを含むことを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。
【請求項７】
前記バンプは、平坦な先端のウェッジツールにより形成され、前記接合ワイヤの前記接合端部を接合する面を与えるほぼ平坦な面を有することを特徴とする請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。
【請求項８】
半導体デバイスをパッケージ化する方法であって、前記方法は、
半導体デバイスが取り付けられるリードフレームを設けるステップを含み、
前記リードフレームは複数のリードを有し、
前記方法はさらに、
１つ以上の前記リードの表面にバンプを形成するステップと、
前記バンプの各々にアルミニウム接合ワイヤをワイヤボンディングするステップと、
を含むことを特徴とする導体デバイスをパッケージ化する方法。
【請求項９】
前記接合ワイヤは小さな直径を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記接合ワイヤは約５０μｍの直径を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バンプを形成する方法は、
前記リードの１つ以上に太いアルミニウムワイヤの一部をボンディングするステップと、
前記一部から前記太いワイヤを切断して、バンプを残すステップと、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
太いアルミニウムワイヤの一部をボンディングする前記ステップは平坦な先端のウェッジツールを使用することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記バンプは約１５０μｍの直径を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記バンプはアルミニウムからなることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記リードはニッケルメッキ部を有し、前記バンプはニッケルをドープされていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記リードフレーム、半導体デバイス、及び接合ワイヤを非導電性のカプセル化ポリマでカプセル化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスにおけるリードフレーム又は接触部のような表面へのアルミニウムワイヤのボンディングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術においては、半導体パッケージにおけるリードフレームのリードに半導体ダイの所定部分を接続するアルミニウム接合ワイヤはリードフレームに直接接合される。細いアルミニウム接合ワイヤ（約７５μｍ（約３ミル）未満のワイヤ）によりこの方法を使用するときに付随した一般的な課題は、ヒール部の破損（heel break）及び接合部の浮き上がり（bond lift）を含んでいる。ヒール部の浮き上がり（heel lift）は、ボンディングパラメータが大きすぎるように設定されるときに起こり、接合ワイヤは接合部において破損し、半導体の所定部分とリードとの間の電気通信の損失を起こす可能性がある。接合部の浮き上がり（bond lift）は、ボンディングパラメータが小さすぎるように設定されたときに起こり、接合部はリードから離れてしまう。よって、弾性のある接合（resilient bond）を生ずるボンディングパラメータの範囲は狭い。さらに、細いアルミニウムワイヤをリードフレームに直接ボンディングするためのボンディングパラメータは、アルミニウムワイヤの材料組成及びリードフレームの表面状態に対して非常に影響を受けやすい。 
【０００３】
リードフレームに金ワイヤをボンディングするバンプにおける接合ステッチ（bond stitch）方法は接合ワイヤとリードフレームとの間のインターフェイスとしてリードフレームに金バンプを使用する。これは、金接合ワイヤのためのボンディングパラメータの範囲を緩和する（広げる）。別の方法では、同じように、はんだバンプが使用されてもよい。しかしながら、これら方法のどちらもアルミニウムワイヤをボンディングするのに適していない。
【０００４】
半導体パッケージにおけるワイヤボンディングに関する多数の米国特許が存在し、例えばその一例は、２００２年７月２日にオカ（Ｏｋａ）等に発行された米国特許第６４１３７９７号である。当該米国特許第６４１３７９７号は、電極を含む半導体デバイスを開示しており、当該電極は金メッキプロセスにおいて当該電極に配置される金バンプを有している。金バンプは電極への金ワイヤのボンディングを容易にする。当該米国特許第６４１３７９７号は、細いアルミニウムワイヤを所定の表面にボンディングするためのアルミニウムバンプを設ける安価且つ簡単な方法を開示していない。
【０００５】
よって、ボンディングパラメータを緩和し（広げ）、ヒール部の破損及び接合部の浮き上がり状態を低減する際に改善された信頼性を示し、且つ安価に、細いアルミニウムワイヤをボンディングする方法が望まれる。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、１つの形態として、接合ワイヤがアルミニウムバンプ接合部によりリードに接合されたパッケージ化された半導体デバイスを提供する。半導体デバイスはリードを有するリードフレームに取り付けられ、当該リードはニッケルメッキ部を有している。５０μｍ（２ミル）の直径のワイヤのような細いアルミニウムワイヤとリードと間にバンプ接合部を形成するために、アルミニウムバンプがニッケルメッキ部に接合され、ワイヤが前記バンプに接合される。前記バンプはニッケルをドープされたアルミニウムであり、１５０μｍ（６ミル）の直径のワイヤのような太いワイヤから形成される。
【０００７】
別の形態において、本発明は半導体デバイスをパッケージ化する方法を提供する。前記方法は、半導体デバイスが取り付けられるリードフレームを設けるステップを含み、当該リードフレームは複数のリードを有している。前記方法はさらに、１つ以上のリードの表面にバンプを形成するステップと、各バンプにアルミニウム接合ワイヤをワイヤボンディングするステップとを含んでいる。接合ワイヤは、約５０μｍ（約２ミル）の直径のような小さな直径を有し、バンプは約１５０μｍ（約６ミル）の直径のような大きな直径を有している。バンプはアルミニウムを含んでおり、当該アルミニウムはニッケルをドープされていてもよい。リードはニッケルメッキ部を有していてもよい。前記方法はリードフレーム、半導体デバイス、接合ワイヤを非導電性のカプセル化ポリマでカプセル化するさらなるステップを含んでいてもよい。
【０００８】
本発明の利点は、アルミニウム・ニッケル接合部が太い（大きな直径の）バンプにより達成され、細いアルミニウムワイヤがアルミニウム表面に接合されることができることである。細いワイヤアルミニウム・ニッケル接合部は信頼できず且つ表面の状態及びボンディングパラメータに特に影響を受けやすいことが示されているが、太いワイヤアルミニウム・ニッケル接合部は、耐久性があり且つ表面の状態及びボンディングパラメータに影響を受けにくいことが示されている。さらに、本発明は接合部の浮き上がり及びヒール部のひび割れ状態を大きく低減することを示している。 
【０００９】
本発明は添付図面を参照しつつ説明される。
【００１０】
一致する参照符号は、複数の図面において一致する部分を示している。本明細書において説明した例は、本発明の範囲を制限するとして考えられるべきではない。
【発明の好適な実施態様】
【００１１】
図１を参照すると、本発明のアルミニウムバンプ接合部を有する半導体パッケージが示されている。パッケージ１０は、半導体デバイス１２、リードフレーム１４、複数のアルミニウム接合ワイヤ１６、及び複数のバンプ接合部１８を含んでいる。
【００１２】
リードフレーム１４は、複数のリード２０と半導体デバイス１２を支持するダイパッド２２とを含んでいる。半導体デバイスは、接合ワイヤ１６によりリード２０に接続される複数の電極を含んでいる。特定の実施例において、接合ワイヤ１６は、約５０μｍ（約２ミル）の直径を有し、約９９％のアルミニウムと約１％のシリコンとからなる組成を有する。しかしながら、ワイヤ１６は、別の実施例において別の特徴を有していてもよい。説明を簡単にするために、細いワイヤは７５μｍ（３ミル）以下の直径を有するワイヤであり、太いワイヤは７５μｍ（３ミル）より大きな直径を有するワイヤである。
【００１３】
バンプ接合部１８が、図２に詳しく示されており、ワイヤ１６をリード２０に接合している。典型的には、リード２０は、表面にニッケルメッキ部２４を有する銅である。バンプ接合部１８は、例えば、約１５０μｍ（約６ミル）の直径のような太いアルミニウムワイヤの一部からなるアルミニウムバンプ２６を含む。特定の実施例において、バンプ２６はニッケルをドープされたアルミニウムからなる。バンプ２６は、ウェッジツールが、通常使用される三角形のウェッジとは異なり、平坦な表面を有することを除いては、１５０μｍ（６ミル）ワイヤのリードフレームボンディングと同様に、ニッケルメッキ部２４に接合される。図３Ａ及び図３Ｂに示した平坦な先端のウェッジツール２８が、ワイヤ１６とボンディングする平坦な表面を有する接合されるバンプ２６を提供する。バンプ２６はワイヤが有するようなヒール部を有していないので、ウェッジツール２８は、従来のウェッジツールが有するようなヒール部に合わせたウェッジ面において上方に湾曲した部分を有していない。
【００１４】
図４を参照すると、本発明の方法は 、ウエハ切断ステップ３０、ダイ取付ステップ３２、バンプ形成ステップ３４、ワイヤボンディングステップ３６、カプセル化ステップ３８、及び典型的な最終工程の仕上げ及びテストステップ４０を含んでいる。ウエハ切断ステップ３０及びダイ取付ステップ３２は半導体デバイス及びリードフレームに特に用いられるステップである。バンプ形成ステップ３４は、平坦な先端のウェッジツール２８を用いて、リード２０におけるニッケルメッキ部２４への１５０μｍ（６ミル）アルミニウムワイヤの端部のボンディングを含んでいる。その後、１５０μｍ（６ミル）ワイヤは端部から切り離され、バンプ２６を残す。特定の実施例において、バンプ２６に接合されるワイヤ１６の向きに合わせて所定の長さのバンプ２６を並べることに注意が必要である。さらに、バンプ２６のサイズは半導体チップにおけるゲートパッド開口部と少なくとも同程度の大きさであるべきである。ワイヤボンディングステップ３６において、アルミニウムワイヤ１６の端部は、典型的なワイヤボンディング技法を用いてアルミニウムバンプ２６に接合される。非導電性のカプセル化ポリマ４２（図１）が、カプセル化ステップ３８においてパッケージにモールディングされる。その後、典型的な仕上げ及びテストステップがステップ４０において行われる。
【００１５】
よって、アルミニウム・ニッケル接合部は、ニッケルメッキ部２４とバンプ２６との間にあり、当該バンプ２６は１５０μｍ（６ミル）ワイヤの断片である。このような接合部は、細いアルミニウムワイヤとニッケルメッキ部との間を直接接合するよりも緩和された（広げられた）ボンディングパラメータを有するより信頼性のあるプロセスであることが示された。さらに、細いアルミニウムワイヤ１６は、細いワイヤのアルミニウム・ニッケル接合よりも本質的により信頼性のあるバンプ１６にアルミニウム・アルミニウム接合で接合される。低いボンディングパラメータ仕様限界を有しているとしても、バンプバンド部１８は細いワイヤアルミニウム・ニッケル接合部に亘る接合部せん断テスト及び接合部引張テストにおける結果を向上したことが示された。さらに、ワイヤ１６の接合部厚みはヒール部のひび割れに対して、より抵抗を生ずるように改良されている。
【００１６】
別の実施例においては、別のワイヤ及び接合部サイズが使用されてもよい。例えば、１２５μｍ（５ミル）のワイヤ接合部は５００μｍ（２０ミル）バンプを使用してもよい。
【００１７】
本発明は好適な実施例を参照して説明されたが、様々な変更・変形がなされてもよく、均等物が本発明の範囲から離れることなく、特定の状態に合うように本発明の要素と置き換えられてもよいことは当業者により理解されるであろう。よって、本発明は、本発明を実施するように意図された最も良い形態として開示された特定の実施例に限定されず、本発明は添付した特許請求の範囲の範囲及び精神内の全ての実施例を含むように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるアルミニウムバンプ接合部を使用した半導体パッケージの断面図である。
【図２】図１によるリードへのワイヤのアルミニウムバンプ接合部の側面図である。
【図３Ａ】図２によるアルミニウムバンプを形成するウェッジツールの先端の正面図である。
【図３Ｂ】図３Ａのウェッジツールの先端の断面図である。
【図４】本発明のアルミニウムバンプボンディングプロセスのフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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