(57)【要約】【課題】下面にＶ溝を有するＡｌワイヤ用のワイヤボンディング用ツールを用いたワイヤボンディング方法において、下面にＡｌ屑が付着しても下面と被ボンディング部材との接触を防止し、且つワイヤの外れを防止できる適切なＶ溝形状を実現する。【解決手段】下面２０にＶ形状の溝１０を有し、溝１０内にＡｌワイヤ３００を支持させた状態でワイヤ３００を被ボンディング部材Ｂ１へ押し付けてボンディングするワイヤボンディング用ツールＴ１において、被ボンディング部材Ｂ１への押し付け前にてワイヤ３００を支持した状態において、溝１０の内面とワイヤ３００との接触部１１からツールＴ１の下面２０までの長さαμｍは、ワイヤ３００の径をＸμｍとしたとき、（Ｘ／２０）μｍ以上（Ｘ／８）μｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面（２０）にＶ形状の溝（１０）を有したワイヤボンディング用ツールを用意する工程と、前記ワイヤボンディング用ツールにおける溝内にワイヤ（３００）を支持させる工程と、前記溝内に支持されたワイヤを被ボンディング部材（Ｂ１）に接触させる工程と、前記ワイヤを被ボンディング部材へ押し付けてボンディングする工程とを備えたワイヤボンディング方法において、
前記ワイヤを被ボンディング部材へ押し付けてボンディングする工程の前であって、前記溝内に支持されたワイヤを被ボンディング部材（Ｂ１）に接触させた状態において、前記溝の内面と前記ワイヤとの接触部（１１）から前記下面までの長さをαμｍとし、前記ワイヤの径をＸμｍとしたとき、前記長さαが（Ｘ／２０）μｍ以上（Ｘ／８）μｍ以下であることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】
前記ワイヤ（３００）はその径がφ１００μｍ以上のものであることを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項３】
前記被ボンディング部材（Ｂ１）はシリコン素子のアクティブ部であることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム（Ａｌ）ワイヤを支持するＶ溝を有するワイヤボンディング用ツールを用いたワイヤボンディング方法に関し、特に、ワイヤボンディング用ツールのＶ溝形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤボンディング用ツールは、ワイヤを支持するとともに、支持したワイヤを被ボンディング部材へ押し付けて超音波パワーを印加することでボンディングを行うものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
その中でも、ツール下面にＶ形状の溝（Ｖ溝）を有するツールは、通常アルミニウム（Ａｌ）の太線（おおよそφ１００μｍ以上）に適用されるもので、このＶ溝にワイヤを支持した状態で、ワイヤを被ボンディング部材へ押し付けて超音波パワーを印加することでボンディングを行うものである。
【０００４】
近年のＩＧＢＴ、ＤＭＯＳの使用の拡大に伴い、シリコン素子のコストダウンを図るため、従来デッドスペースであったボンディングパッドを廃止し、トランジスタ上のＡｌ膜に直接ボンディングを行うようになってきている。このようなボンディングは、シリコン素子におけるアクティブ部に直接ボンディングすることから、セル上ボンディングと呼ばれている。
【０００５】
シリコンチップのアクティブ部に、Ａｌの太線ワイヤをワイヤボンディングした例を図３、図４に示す。図４は図３中の丸で囲んだＡ部の拡大断面図である。
【０００６】
図３に示すように、シリコンチップ２００が基板２１０上に搭載されている。このシリコンチップ２００のアクティブ部上に、例えばφ１００μｍ以上のＡｌ太線からなるワイヤ３０が第１ボンディングされ、基板２１０上のパッド２２０に第２ボンディングされている。
【０００７】
図４に示すように、アクティブ部は、例えば、ゲート電極２０１、ソース電極２０２およびドレイン電極２０３等を備えたトランジスタ素子が１個のセルとして複数個配列されたセル構造を有している。なお、基板２１０の上にはドレイン配線２０３ａが形成されている。また、Ａｌ膜からなるソース電極２０２の下にはゲート電極２０１との絶縁を確保するための層間絶縁膜２０４が介在しており、この層間絶縁膜２０４は平坦ではなく、凹凸を持って存在している。
【０００８】
そして、ワイヤ３０の第１ボンディングは、このセル構造をなすアクティブ部におけるソース電極２０２としてのＡｌ膜に対して行われている。
【特許文献１】特開２０００−３０６９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記したセルに対してＡｌワイヤをワイヤボンディングする場合、Ａｌ膜の被ボンディング面は凹凸が存在するため、その凹凸をＡｌワイヤで埋めるようにボンディングする必要がある。そのため、平坦な面にボンディングする場合に比べて高エネルギーを要し、よりワイヤを潰す必要がある。
【００１０】
このセル上ボンディングのように、よりワイヤを潰すボンディングを行う場合、従来のボンディング用ツールでは、次のような問題が生じる。図５、図６はそれぞれ、従来のＵ形状の溝（Ｕ溝）を有するツールＴ１’、従来のＶ溝を有するツールＴ２’を示す図である。
【００１１】
各図５、図６において（ａ）はワイヤ径方向断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図であり、これら（ａ）、（ｂ）の図は、ツールの溝内に支持したワイヤ３００を被ボンディング面Ｂ１に押しつけた状態を示している。また、図６（ｃ）は、Ｖ溝ツールＴ２’において、ワイヤ３００を被ボンディング面Ｂ１に押しつける前のワイヤ支持状態を示す断面図である。
【００１２】
まず、図５に示すＵ溝ツールＴ１’では、Ｕ溝１００のＲとワイヤ３００の半径とがほぼ等しいため、ワイヤ３００を潰していったとき、Ｕ溝１００中のワイヤ３００は変形せず、Ｕ溝１００からはみ出たワイヤ３００部分のみが潰れる。
【００１３】
そして、図５（ａ）に示すように、潰れたワイヤ３００の変形により、接合部の両側にエッジ部（耳部）３１０が形成されるため、強くワイヤ３００を潰していっても、ツールＴ１’と被ボンディング面Ｂ１との接触が防止される。
【００１４】
しかし、このＵ溝ツールＴ１’では、Ｕ溝１００の形状とワイヤ３００の形状とが対応しているため、溝内面とワイヤとの隙間がほとんどない。そのため、ツールＴ１’にてワイヤ３００を強く潰していくと、図５（ｂ）に示すように、Ｕ溝１００の内面がワイヤ３００のネック部３２０に当たり、経時的に断線を生じるようなダメージを与える恐れがある。
【００１５】
そこで、図６に示すようなＶ溝ツールＴ２’が近年よく使用されるようになっている。図６（ｃ）に示すように、Ｖ溝ツールＴ２’は、Ｖ溝１０の形状とワイヤ３００の形状とが合致していないため、ボンディング前では、ワイヤ３００とＶ溝１０との間に多くの隙間が存在する。
【００１６】
このようなＶ溝ツールＴ２’では、通常の平坦な面にボンディングする場合であれば、Ｖ溝１０からワイヤ３００がはみ出さないような潰し度合にてボンディングを行えば、接合性は確保できる。
【００１７】
しかし、セル上ボンディングのように、よりワイヤ３００を潰す必要がある場合には、Ｖ溝ツールＴ２’においても、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｖ溝１０からはみ出るようにワイヤ３００を潰すため、接合部の両側にエッジ部（耳部）３１０が形成されることになる。
【００１８】
このＶ溝ツールＴ２’においては、このように強くワイヤ３００を潰しても、Ｖ溝１０とワイヤ３００との形状不一致のため、上記Ｕ溝ツールＴ１’のようには、ワイヤ３００のネック部３２０にツールが当たることはなく、ダメージは発生しない。
【００１９】
しかし、Ｖ溝ツールＴ２’は、ワイヤ３００とＶ溝１０との間に多くの隙間が存在するため、ワイヤ３００の変形によってＶ溝１０からはみ出るワイヤの量が少ない。そのため、図６（ａ）に示すように、エッジ部３１０も上記Ｕ溝ツールＴ１’の場合に比べて、小さく薄いものになり、ツールが被ボンディング面Ｂ１に接しやすくなる。
【００２０】
また、本発明者の検討によれば、このＡｌボンディングにおいては、ボンディング回数が増加するに連れ、ツールの下面２０（図６（ｃ）参照）にワイヤ３００のＡｌ屑が付着し、付着したＡｌ屑が酸化して硬くなることを確認している。
【００２１】
さらに、この硬くなったＡｌ屑は、ツールの下面２０のうちエッジ部３１０の形成領域に付着しているため、ボンディング時には、ワイヤ３００のエッジ部３１０と擦れることから、その厚さは２０μｍ以内になることも、本発明者は確認している。
【００２２】
よって、Ｖ溝ツールＴ２’において、被ボンディング面Ｂ１のダメージを防止するには、ツール下面３２０と被ボンディング面Ｂ１との隙間は２０μｍ以上である必要がある。つまり、Ｖ溝ツールＴ２’にてボンディングされたワイヤ３００のエッジ部３１０の厚さが２０μｍ以上である必要がある。
【００２３】
しかしながら、従来のＶ溝ツールＴ２’ではＶ溝１０が深いため、ボンディングされたワイヤ３００のエッジ部３１０の厚さを２０μｍ以上とすることは困難であった。
【００２４】
また、エッジ部３１０の厚さを２０μｍ以上とするために、ボンディング条件である超音波パワー（ＵＳパワー）や荷重を小さくし、ワイヤ３００の潰れを少なくすれば、ツールの下面２０と被ボンディング面Ｂ１との接触は無いが、接合性の確保が難しい。
【００２５】
そこで、本発明者は、Ｖ溝ツールにおいて、Ｖ溝を浅くすることで、ボンディング時にＶ溝からはみ出すワイヤ部分を多くし、ワイヤのエッジ部厚さを確保することを考えた。ただし、Ｖ溝を浅くしすぎると、ワイヤがツールから外れてしまい、ワイヤを支持するというツールの役目をなさなくなる。
【００２６】
本発明は上記事情に鑑み、下面にＶ溝を有するワイヤボンディング用ツールを用いたワイヤボンディング方法において、下面にＡｌ屑が付着しても下面と被ボンディング部材との接触を防止し、且つワイヤの外れを防止できる適切なＶ溝形状を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明者は、図１（ａ）に示すように、被ボンディング部材Ｂ１への押し付け前にてワイヤ３００を支持した状態において、Ｖ溝１０の内面とワイヤ３００との接触部１１からツールＴ１の下面２０までの長さα（単位：μｍ）に着目した。
【００２８】
この長さαが小さすぎると、Ｖ溝１０が浅すぎてワイヤ支持のためには不十分であり、ワイヤ３００がツールから外れてしまうことになる。極端には、長さαがマイナスの値となる場合すなわちツールＴ１とワイヤ３００との接触部がＶ溝１０の開口縁部もしくは溝の外部（つまり、ツールの下面）になるような場合には、そもそも、溝の内面によるワイヤの支持ができなくなってしまう。
【００２９】
一方、長さαが大きすぎると、Ｖ溝１０が深すぎて、ツール下面２０と被ボンディング部材Ｂ１との隙間が小さく、両者が接触して被ボンディング面にダメージを与えやすい。
【００３０】
そのような点を考慮して、長さαとワイヤの径（直径）Ｘとの関係について、実験や解析を行い検討した結果、上記目的を達成するための最適な長さαの範囲が存在することを見出した。
【００３１】
すなわち、請求項１に記載の発明では、下面（２０）にＶ形状の溝（１０）を有したワイヤボンディング用ツールを用意する工程と、前記ワイヤボンディング用ツールにおける溝内にワイヤ（３００）を支持させる工程と、前記溝内に支持されたワイヤを被ボンディング部材（Ｂ１）に接触させる工程と、前記ワイヤを被ボンディング部材へ押し付けてボンディングする工程とを備えたワイヤボンディング方法において、前記ワイヤを被ボンディング部材へ押し付けてボンディングする工程の前であって、前記溝内に支持されたワイヤを被ボンディング部材（Ｂ１）に接触させた状態において、前記溝の内面と前記ワイヤとの接触部（１１）から前記下面までの長さをαμｍとし、前記ワイヤの径をＸμｍとしたとき、前記長さαが（Ｘ／２０）μｍ以上（Ｘ／８）μｍ以下であることを特徴とする。
【００３２】
本発明者の検討によれば、ワイヤの径をＸμｍとしたとき、長さαが（Ｘ／２０）μｍ以上（Ｘ／８）μｍ以下の範囲であれば、ツールの下面にＡｌ屑が付着しても当該下面と被ボンディング部材との接触を防止し、且つワイヤの外れを防止できる適切なＶ溝形状を実現できることを確認した。
【００３３】
ここで、長さαが（Ｘ／２０）μｍよりも小さいと、溝が浅すぎてワイヤ支持のためには不十分であり、ワイヤがツールから外れてしまう。また、長さαが（Ｘ／８）μｍよりも大きいと、溝が深すぎて、ツールの下面と被ボンディング部材との隙間を２０μｍ以上に確保することはできず、下面へのＡｌ屑の付着等により両者が接触しやすくなる。
【００３４】
また、本発明のツールは、請求項２に記載の発明のように、径がφ１００μｍ以上のワイヤ（３００）に適用して好ましいものである。また、請求項３に記載の発明のように、被ボンディング部材（Ｂ１）がシリコン素子のアクティブ部である場合に有効である。
【００３５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係るワイヤボンディング用ツールＴ１の構成を被ボンディング部材Ｂ１への押し付け前にてワイヤ３００を支持した状態にて示す図であり、（ａ）はワイヤ径方向断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【００３７】
また、図２は本ワイヤボンディング用ツールＴ１の構成を被ボンディング部材Ｂ１にワイヤ３００を接合した後の状態にて示す図であり、（ａ）はワイヤ径方向断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【００３８】
まず、図１、図２を参照して、ワイヤボンディング方法を簡単に述べておく。被ボンディング部材Ｂ１は、例えば上記図３、図４に示したようなシリコンチップのアクティブ部である。また、ツールＴ１およびワイヤガイドＧ１は、ワイヤボンディング装置に備えられたもので、これら両者Ｔ１、Ｇ１は一体に移動するようになっている。
【００３９】
ここで、ワイヤガイドＧ１は、筒状部材の中にワイヤ３００が挿入され、ワイヤ３００を支持しつつ移動させるものである。ワイヤガイドＧ１に挿入されたワイヤ３００は、ワイヤガイドＧ１に固定されているのではなく、ワイヤガイドＧ１内を摺動可能になっている。
【００４０】
そして、図１に示すように、ツールＴ１のＶ形状の溝（Ｖ溝）１０に支持されたワイヤ３００は、被ボンディング部材Ｂ１に対して、上方から降ろされていき接触する。
【００４１】
続いて、図２に示すように、ワイヤ３００を被ボンディング部材Ｂ１へ押し付けて荷重を加えた状態で、ツールＴ１を介してワイヤ３００に超音波振動を与え、ワイヤ３００を被ボンディング部材Ｂ１に接合する。こうして、ボンディングが完了する。なお、このボンディングは１ｓｔ、２ｎｄのいずれのボンディングでも良い。
【００４２】
このようなワイヤボンディングに用いられる本実施形態のツールＴ１では、図１（ａ）に示すように、被ボンディング部材Ｂ１への押し付け前にてワイヤ３００を支持した状態において、Ｖ溝１０の内面とワイヤ３００との接触部１１からツールＴ１の下面２０までの長さをαμｍとしている。
【００４３】
ここで、接触部１１は、断面円形のワイヤ３００の円形外周面とＶ溝１０の内部の側面との接触する部分であり、図１（ｂ）に示すように直線状になっているものである。
【００４４】
このとき、本実施形態のツールＴ１においては、ワイヤ３００の径（直径）をＸμｍとしたとき、長さαが（Ｘ／２０）μｍ以上（Ｘ／８）μｍ以下であることを特徴としている。これは、下面２０にＡｌ屑が付着しても下面２０と被ボンディング部材Ｂ１との接触を防止し、且つワイヤ３００の外れを防止できる適切なＶ溝１０の形状を実現するものである。
【００４５】
この長さαが（Ｘ／２０）μｍよりも小さいと、Ｖ溝１０が浅すぎてワイヤ支持のためには不十分であり、ワイヤ３００がツールＴ１から外れてしまう。また、長さαが（Ｘ／８）μｍよりも大きいと、Ｖ溝１０が深すぎて、ツールＴ１の下面２０と被ボンディング部材Ｂ１との隙間を２０μｍ以上に確保することはできず、Ａｌ屑の付着等により両者２０、Ｂ１が接触しやすくなる。
【００４６】
この長さαの範囲は、通常のＶ溝を有するワイヤボンディング用ツールにおけるＶ溝の角度θ（図１（ａ）参照）が６０〜８０°の範囲で一定であることに基づいてワイヤ３００の径Ｘを種々変えて計算し、実験で確認することで求めたものである。
【００４７】
限定するものではないが、ワイヤ３００の径Ｘをφ３００μｍとした場合においては、長さαは１５〜３５μｍである。そして、本実施形態では、ボンディングされたワイヤ３００のエッジ部３１０の厚さＤ（図２（ａ）参照）を２０μｍ以上とすることを容易に実現できる。
【００４８】
また、このような本実施形態のツールＴ１による効果は、径がφ１００μｍ以上の太線のアルミワイヤ３００に適用して好ましいものである。また、本実施形態は、被ボンディング部材Ｂ１が凹凸面である場合、例えば上記図３、図４に示したようなシリコン素子のアクティブ部である場合に適用して有効である。
【００４９】
なお、本実施形態では、従来よりもＶ溝を浅くすることで、ワイヤ３００の接合部の幅Ｗ（図２（ａ）、図６（ａ）参照）は従来よりも短くなる。しかし、実際に、耐久試験を行い接合性を調べたが、問題はなかった。
【００５０】
また、応力解析を行ったところ、接合部の両端部に発生する応力の大きさは、接合部の幅Ｗが大きいほど大きいが、接合部の中央部に発生する応力の大きさは、接合部の幅Ｗが変わってもさほど変わらないことがわかった。接合部に発生するクラックは、応力の大きな両端部から発生して中央部へ進行するが、中央部での発生応力が小さいのでクラックの進行速度も遅くなる。このようなことから、本実施形態において接合信頼性を確保できると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係るワイヤボンディング用ツールの構成を被ボンディング部材への押し付け前にてワイヤを支持した状態にて示す図である。
【図２】図１に示すワイヤボンディング用ツールの構成を被ボンディング部材にワイヤを接合した後の状態にて示す図である。
【図３】シリコンチップのアクティブ部にアルミニウムワイヤをワイヤボンディングした例を示す図である。
【図４】図３中のＡ部拡大断面図である。
【図５】従来のＵ形状の溝を有するワイヤボンディング用ツールを示す図である。
【図６】従来のＶ形状の溝を有するワイヤボンディング用ツールを示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…Ｖ溝、１１…Ｖ溝の内面とワイヤとの接触部、２０…ツールの下面、３００…ワイヤ、Ｂ１…被ボンディング部材。
【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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