(57)【要約】【課題】接合した際のバンプとボンディングパッド部表面の合金接合面積を大きくし、接合部分の安定化を図る。【解決手段】バンプボンディングキャピラリー１０は、２個のワイヤー挿入口４を持ち、ボンディングキャピラリー１０に垂直に２本の平行したワイヤー挿入孔５を有する。ボンディングキャピラリー１０によるバンプ３’の作成は、ボンディングキャピラリー１０に２本の金属ワイヤー６をそれぞれのワイヤー挿入孔５に通し、ワイヤー出口７から出てきた２本の金属ワイヤー６の先端を同時に溶融させて、１つの金ボール８を故意にひょうたん形状として形成し、チップ表面の長方形電極パッド表面全体に針跡部９を覆ってバンプを合金接合する。これにより、長方形電極パッド表面全体に合金接合することができ、電極パッド２とバンプ３’の接合面積が大きく、接合強度が上がり、接続信頼性を向上させることができる。【選択図】図３
2006165310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子チップの長方形電極パッド上にバンプを形成する半導体装置の製造装置であって、
形成される前記バンプには、上方より見た形状が２つの同一円の一部を重ね合わせたひょうたん形状で、かつ側方より見た形状が凸部を２箇所有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記ひょうたん形状のバンプは、前記長方形電極パッド表面全体で合金接合して、検査針跡を覆うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記ひょうたん形状のバンプは、２本の金属ワイヤーを用いて、バンプボンディングキャピラリーのワイヤー出口から出てきた前記２本の金属ワイヤー先端を同時に溶融し１つの金ボールとして、前記バンプのひょうたん形状を形成することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記バンプボンディングキャピラリーは、２本の平行したワイヤー挿入孔を有することを特徴とする請求項３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、半導体装置を製造する組立工程における半導体素子チップに対して、ボンディングを行ってひょうたん形状のバンプを形成する半導体装置の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子は外部環境から素子への影響を防ぐためにパッケージに収納して構成した半導体装置として使用されている。この半導体素子への電源供給や信号の出力を行うために半導体素子上に設けられたボンディングパッド部とパッケージ側へのインターポーザーなどへ電気的に接続することが必要である。
【０００３】
従来のボンディング技術について、図面を参照しながら説明する。図４は従来のボンディングキャピラリーを使用したボンディング方法によりチップ表面の電極パッド２上に形成された幅約８５μｍ〜１１０μｍのバンプ３の形状を示し、（ａ）は上方から見た正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。また、電極パッド２表面の中心に位置するのはプローブ検査の針跡部９である。
【０００４】
次に、図５は従来の半導体装置の製造装置に用いるセラミックあるいはルビー素材のボンディングキャピラリーの断面図を示す。図５に示すように、ボンディングキャピラリー１は１個のワイヤー挿入口４を持ち、かつ１本のワイヤー挿入孔５を有している。ボンディングキャピラリー１によるバンプの作成方法は図６（ａ），（ｂ）に示すように、ワイヤー挿入孔５にアルミニウム、金またはそれらの合金等からなる金属ワイヤー６を通し、ボンディングキャピラリー１のワイヤー出口７から出てきた金属ワイヤー６の先端に超音波や熱を加えて溶融させ１つの直径約６０μｍ〜８０μｍの金ボール８を形成させ、チップ表面の電極パッド２上にボンディングキャピラリー１を押し付け、電極パッド２上のアルミニウムと金ボール８を合金接合し、電極パッド２上にバンプ３を形成する。また、ボンディング時に使用する金属ワイヤー径は約２４．５μｍである。
【０００５】
これら半導体素子の各電極は、微細技術の進展に伴ってバンプボンディング等の接合技術も狭ピッチが必須となり、限られた電極パッド２内でチップを検査した傷の針跡部９を避けた電極パッド２上でのバンプ接合において、強度的に保つことが厳しくなってきた。従来までは電極パッド２の面積が広くかつバンプ３の金ボールも大きく形成することができたため、検査による針跡面積が接合に対して貢献できなくても充分な強度を保つことが可能な接合面積を有していた。
【０００６】
しかしながら、拡散プロセスの微細技術によりチップの面積の縮小が顕著になってきており、それに伴い電極パッド２の配列によりチップサイズを制限することがないように、パッドサイズ及びパッドピッチの縮小が必然的に求められる。これは半導体回路形成を担う組立工程、特にバンプボンディング工程で問題となる。
【０００７】
また、検査後の針跡部９を除く電極パッド２が同じ面積であるにも関わらず、電極パッド２への小ボール化したバンプボンディングを行った場合においても、接合面積が足らず、機械的強度不足や金ボール不着など信頼性の面で問題となってしまう。
【０００８】
そこで従来の電極パッド２を長方形に形成し、検査の針跡部９を避けるように、金ボールと電極パッド２を接合をさせる位置を移動して、安定した接合ができるような半導体装置を形成することが行われてる。
【特許文献１】特開２００２−１９０４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような構成の従来の半導体装置の製造方法において、さらなる拡散プロセスの微細化に伴い、狭パッド技術及び接合を良化させるパッド構造技術が進み、小さい面積にボンディングすることが可能になってきた。それに伴い、さらに微細化が進み小さな面積に対する金ボールとボンディングパッド部の接続性をより安定にすることが課題となっている。また、微細化に伴う狭パッドピッチの長方形電極パッドにおいて、チップ検査の針跡部を避け、金ボールと電極パッドの接合をさせる位置を移動させることも困難になってきた。そのため、電極パッド上のアルミニウムと金ボールとの合金が均一に形成されず、剥離強度の低下やボール不着につながるといった問題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、半導体素子チップに金属ワイヤーをバンプボンディングする際に、バンプを上方より見た形状が２つの同一円の一部を重ね合わせたひょうたん形状として、バンプとボンディングパッド部表面の合金接合面積を大きくする。このために、バンプ用ボンディングキャピラリーにワイヤー挿入孔を２本設け、この２本の金属ワイヤー先端を同時に溶融させた１つの金ボールを、ひょうたん形状のバンプとし、接合した際の合金接合面積を大きくして、接合の安定化を図る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】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造装置は、半導体素子チップの長方形電極パッド上にバンプを形成する半導体装置の製造装置であって、形成されるバンプには、上方より見た形状が２つの同一円の一部を重ね合わせたひょうたん形状で、かつ側方より見た形状が凸部を２箇所有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記ひょうたん形状のバンプは、長方形電極パッド表面全体で合金接合して検査針跡を覆うこと、さらに、前記バンプは金属ワイヤーを２本用いて、バンプボンディングキャピラリーのワイヤー出口から出てきた２本の金属ワイヤー先端を同時に溶融し１つの金ボールとして、バンプのひょうたん形状を形成すること、さらに、前記バンプボンディングキャピラリーは、２本の平行したワイヤー挿入孔を有することを特徴とする。
【００１３】
前記構成によれば、バンプとボンディングパッド部表面における合金接合面積を大きくでき、電気的接続の信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、チップ検査の針跡部を避けて従来では接合に貢献していなかった残りの電極パッド面積を、針跡部を覆うことによりバンプとボンディングパッド部表面の合金接合面積を大きくすることができ、これにより大きな合金接合面積を確保でき接続信頼性を高めることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造装置について詳細に説明する。ここで、前記従来例を示す図４〜図６において説明した構成要件に対応し同等機能を有するものには同一の符号を付して示す。
【００１６】
まず、図１は本実施の形態によるバンプ用のボンディングキャピラリーを使用したボンディング方法により、チップ表面の電極パッド２上に合金接合されたバンプ３’の形状を示し、（ａ）は上方から見た正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。バンプ３’は上方より見た形状が２つの同一円の一部を重ね合わせたひょうたん形状であって、断面より見た形状が凸部を２ヶ所有するバンプ３’である。
【００１７】
電極パッド２には、チップを検査したプローブ検査針による傷跡があり、電極パッド２上のアルミニウムが削れることにより、金属ワイヤーとの合金が均一に形成されず、図４に示すように、この針跡部９を避けて形成することで電極パッド２とバンプ３との合金接合面積が小さくなり、バンプ３の接合強度を保つことが厳しくなってきている。従来は約４０μｍ〜６０μｍの狭パッドピッチに伴う長方形電極パッド２においては、検査の針跡部９を避けるように金ボールと電極パッド２を接合させる位置を移動させていた。
【００１８】
本実施の形態ではひょうたん形状のバンプ３’により、長方形電極パッド２表面全体に合金接合することができる。したがって、プローブ検査の針跡部９の部分を避けることで、従来では接合に貢献していなかった残りの電極パッド部分においても、針跡部９の部分を覆うことによって、より大きな合金接合面積を確保することができる。
【００１９】
次に、図２は本実施の形態における半導体装置の製造装置に用いるボンディングキャピラリーの断面図である。図２に示すように、セラミックあるいはルビー素材のボンディングキャピラリー１０は、２個のワイヤー挿入口４を持ち、ボンディングキャピラリー１０に垂直に、２本の平行したワイヤー挿入孔５を有している。ボンディングキャピラリー１０によるバンプの作成方法としては、図３（ａ）,（ｂ）に示すように、ボンディングキャピラリー１０において、２本の金属ワイヤー６をそれぞれのワイヤー挿入孔５に通し、ボンディングキャピラリー１０のワイヤー出口７から出てきたそれぞれの２本の金属ワイヤー６の先端を同時に溶融させて１つの金ボール８を形成し、金ボール８の形状を故意にひょうたん形状として形成し、チップ表面の長方形電極パッド２表面全体にプローブ検査の針跡部９を覆うようにバンプ３’を合金接合する。
【００２０】
これにより、長方形電極パッド表面全体に合金接合することができ、電極パッド２とバンプ３’の接合面積が大きくなって接合強度が上がり、電気的な接続信頼性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明に係る半導体装置の製造装置は、バンプとボンディングパッド部表面の合金接合面積を大きくして電気的接続の信頼性を高めることができ、組立工程における半導体素子チップにバンプ形成する半導体装置の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態におけるボンディングキャピラリーを使用したバンプ形状を示す（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図
【図２】本実施の形態における半導体装置の製造装置に用いるボンディングキャピラリーの断面図
【図３】本実施の形態におけるボンディングキャピラリーにより形成した（ａ）は金ボール、（ｂ）はバンプを示す図
【図４】従来のバンプ用のボンディングキャピラリーを使用したバンプ形状を示す（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図
【図５】従来の半導体装置の製造装置に用いるボンディングキャピラリーの断面図
【図６】従来のボンディングキャピラリーにより形成した（ａ）は金ボール、（ｂ）はバンプを示す図
【符号の説明】
【００２３】
１，１０  ボンディングキャピラリー
２  電極パッド
３，３’  バンプ
４  ワイヤー挿入口
５  ワイヤー挿入孔
６  金属ワイヤー
７  ワイヤー出口
８  金ボール
９  針跡部
【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】
2006165310.tif 000007
【図６】
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