(57)【要約】【課題】少ない工程数で製造でき、かつ接合部におけるワイヤの十分な接合強度を確保可能とする半導体装置、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体装置は、第１ループであるループワイヤ９、及び第２ループであるループワイヤ１０を有する。折り返し部１３は、第１ループが、第１接合部であるボール接合部７から第１の方向へ引き出されて第２の方向へ折り返された部分である。第２の方向は、第１の方向とは異なる方向である。折り返し部１３は、第１接合部へ向けて押し潰された形状をなしている。第２ループは、折り返し部１３に接合されている。第２ループの端部は、第２位置にある。第２位置は、第１位置から第１ループが延伸する方向へずれている。第１位置は、第１ループのうち第１接合部の中心である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続部を備える基材と、
第１電極を備える第１半導体素子と、
第２電極を備える第２半導体素子と、
前記接続部と、前記第１電極上に形成された第１接合部とを繋ぐ第１ループと、
前記第１接合部と、前記第２電極上に形成された第２接合部とを繋ぐ第２ループと、を有し、
前記第１ループは、前記第１接合部から第１の方向へ引き出されて前記第１の方向とは異なる第２の方向へ折り返された折り返し部を有し、
前記折り返し部は、前記第１接合部へ向けて押し潰された形状をなし、
前記第２ループは、前記折り返し部に接合されており、かつ、前記第２ループの端部が、前記第１ループのうち前記第１接合部の中心である第１位置から前記第１ループが延伸する方向へずれた第２位置にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２の方向は、前記第１の方向と反対の方向であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２ループは、前記第１ループのうち、前記折り返し部の端から前記第２位置までの範囲の部分と接合していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
第１電極の上に形成された第１接合部から第１の方向へワイヤを繰り出してから、前記第１の方向とは異なる第２の方向へ前記ワイヤを折り返し、
折り返された前記ワイヤを前記第１接合部へ向けて押し下げて、押し潰された形状の折り返し部を形成し、
前記折り返し部から繰り出された前記ワイヤを、基材の接続部に接合して、前記接続部と前記第１接合部とを繋ぐ第１ループを形成し、
第２電極の上に形成された第２接合部から繰り出されたワイヤを、前記折り返し部に接合して、前記第１接合部と前記第２接合部とを繋ぐ第２ループを形成すること、を含み、
前記第２ループの形成において、前記ワイヤの端部を、前記第１ループのうち前記第１接合部の中心である第１位置から前記第１ループが延伸する方向へずれた第２位置に接合させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の方向は、前記第１の方向と反対の方向であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材上に複数の半導体素子を積層させた半導体装置の製造工程において、各半導体素子の電極パッドと、基材のリード電極とをワイヤによって順次接続するワイヤボンディング方法が知られている。この方法では、電極パッドに対するワイヤの接合強度を確保するために、電極パッド上にあらかじめバンプを形成し、他の電極パッドから引き出されたワイヤをバンプへ接合することがある。ワイヤを繰り出して接合するボンディングの工程とは別に、バンプを作成する工程が必要となることで、ワイヤボンディングの工程数が多くなる。あらかじめバンプを形成する場合、加工時間が長くなり、また材料の消費が多くなるためコストもかかることになる。
【０００３】
電極パッド上へのバンプの形成を省いてワイヤボンディングの工程数を低減させる方法として、例えば、バンプの形成に代えて、ボール接合部のネック部分にワイヤを折り畳んだ部分を形成し、他の電極パッドから引き出されたワイヤを、その折り畳み部分に接合する方法が開示されている。この方法によるワイヤボンディングを行う場合、接続部におけるワイヤの十分な接合強度を確保できることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７６７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一つの実施形態は、少ない工程数で製造でき、かつ接合部におけるワイヤの十分な接合強度を確保可能とする半導体装置、及びその製造方法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】
【０００６】
一つの実施形態によれば、半導体装置は、基材、第１半導体素子、第２半導体素子、第１ループ及び第２ループを有する。基材は、接続部を備える。第１半導体素子は、第１電極を備える。第２半導体素子は、第２電極を備える。第１ループは、接続部と第１接合部とを繋ぐ。第１接合部は、第１電極上に形成されている。第２ループは、第１接合部と第２接合部とを繋ぐ。第２接合部は、第２電極上に形成されている。第１ループは、折り返し部を有する。折り返し部は、第１ループが、第１接合部から第１の方向へ引き出されて第２の方向へ折り返された部分である。第２の方向は、第１の方向とは異なる方向である。折り返し部は、第１接合部へ向けて押し潰された形状をなしている。第２ループは、折り返し部に接合されている。第２ループの端部は、第２位置にある。第２位置は、第１位置から第１ループが延伸する方向へずれている。第１位置は、第１ループのうち第１接合部の中心である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態にかかる半導体装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディングの工程を説明する図である（その１）。
【図３】図３は、半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディングの工程を説明する図である（その２）。
【図４】図４は、半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディングの工程を説明する図である（その３）。
【図５】図５は、半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディングの工程を説明する図である（その４）。
【図６】図６は、半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディングの工程を説明する図である（その５）。
【図７】図７は、半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディングの工程を説明する図である（その６）。
【図８】図８は、半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディングの工程を説明する図である（その７）。
【図９】図９は、折り返し部を形成する工程の詳細を示す図である（その１）。
【図１０】図１０は、折り返し部を形成する工程の詳細を示す図である（その２）。
【図１１】図１１は、折り返し部にワイヤを接合するときの状態を示す図である。
【図１２】図１２は、ボール接合部の上におけるループワイヤの接続部分の外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（実施形態）
図１は、実施形態にかかる半導体装置の構成を模式的に示す図である。半導体装置は、基材１に２つの半導体素子２，３を積層させた積層構造を備える。
【００１０】
回路基材である基材１は、接続部であるリードフィンガー４を備える。第１半導体素子である半導体素子２は、基材１のうち、リードフィンガー４が設けられている領域以外の部分に設けられている。半導体素子２は、第１電極である電極パッド５を備える。基材１に半導体素子２，３を積層させた方向である高さ方向において、リードフィンガー４と電極パッド５との間には、半導体素子２の厚みに相当する段差がある。
【００１１】
第２半導体素子である半導体素子３は、半導体素子２のうち、電極パッド５が設けられている領域以外の部分に設けられている。半導体素子３は、第２電極である電極パッド６を備える。高さ方向において、電極パッド５と電極パッド６との間には、半導体素子３の厚みに相当する段差がある。
【００１２】
電極パッド５の上には、第１接合部であるボール接合部７が形成されている。第１ループであるループワイヤ９は、リードフィンガー４とボール接合部７とを繋ぐ。電極パッド５上のボール接合部７に接続されたループワイヤ９は、リードフィンガー４へ向けて、斜め下方へ引き伸ばされている。
【００１３】
電極パッド６の上には、第２接合部であるボール接合部８が形成されている。第２ループであるループワイヤ１０は、ボール接合部７及びループワイヤ９の接続部分と、ボール接合部８とを繋ぐ。電極パッド６上のボール接合部８に接続されたループワイヤ１０は、電極パッド５上のボール接合部７へ向けて、斜め下方へ引き伸ばされている。ボール接合部７，８、ループワイヤ９，１０は、いずれも金を材料として構成されている。
【００１４】
ループワイヤ９のうち、ボール接合部７との接続部分には、折り返し部１３が形成されている。折り返し部１３は、ループワイヤ９が、ボール接合部７から第１の方向へ引き出されてから、第２の方向へ折り返されてなる部分である。第１の方向は、基材１のうち半導体素子２が設けられた表面に平行な方向であって、電極パッド５の位置から電極パッド６の位置へ向かう方向とする。図１において、左から右へ向かう方向を、第１の方向とする。第２の方向は、第１の方向とは異なる方向、例えば、第１の方向とは反対の方向とする。第２の方向は、水平方向のうち、電極パッド５からリードフィンガー４へ向かう方向であって、図１では右から左へ向かう方向とする。
【００１５】
図２から図８は、半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディングの工程を説明する図である。図２から図８と、上述の図１では、ボール接合部７，８、ループワイヤ９，１０、ワイヤ１２を側面構成として示し、他の各部を断面構成として示している。図２に示す工程では、基材１に半導体素子２、半導体素子３が順次積層された積層構造を用意する。
【００１６】
図３に示す工程では、ボンディングツールであるキャピラリ１１内を通されたワイヤ１２の先端にボール形状を形成し、そのボール形状部分を電極パッド５に圧着させる。ワイヤ１２は、金材料からなる。ワイヤ１２の先端をボール形状として、電極パッド５に圧着させた部分が、ボール接合部７となる。ワイヤ１２は、ボール接合部７とつながっている。
【００１７】
図４に示す工程では、ワイヤ１２のうちボール接合部７との接続部分に折り返し部１３を形成する。折り返し部１３は、ボール接合部７のネック部分からワイヤ１２を、第２の方向と異なる方向、例えば第１の方向へいったん繰り出してから、第１の方向と異なる方向、例えば第２の方向へワイヤ１２を折り返すことによって形成される。折り返し部１３は、ボール接合部７の中心である第１位置を中心として、ボール接合部７へ向けて押し潰された形状をなしている。折り返し部１３にて第２の方向へ折り返されたワイヤ１２は、そのままリードフィンガー４へ向けて繰り出される。
【００１８】
図５に示す工程では、ワイヤ１２を斜め下方へ繰り出していき、リードフィンガー４にワイヤ１２を接合する。ワイヤ１２は、ステッチ接合により、リードフィンガー４に接合される。ワイヤ１２は、リードフィンガー４との接合を終えてから、切断される。図３から図５に示す工程によって、リードフィンガー４とボール接合部７とを繋ぐループワイヤ９が形成される。
【００１９】
図６に示す工程では、キャピラリ１１内を通されたワイヤ１２の先端にボール形状を形成し、そのボール形状部分を電極パッド６に圧着させる。ワイヤ１２の先端をボール形状として、電極パッド６に圧着させた部分が、ボール接合部８となる。ワイヤ１２は、ボール接合部８とつながっている。
【００２０】
図７に示す工程では、ボール接合部８から折り返し部１３へ向けて、ワイヤ１２を繰り出す。このとき、ワイヤ１２は、ボール接合部８から、電極パッド５の方向へ繰り出される。図８に示す工程では、ワイヤ１２を斜め下方へ繰り出していき、折り返し部１３に接合する。このとき、ワイヤ１２の端部を、ループワイヤ９のうち第２位置に到達させて、ワイヤ１２とループワイヤ９とを接合する。
【００２１】
第２位置は、ボール接合部７の中心である第１位置から第２の方向へずれた位置である。ワイヤ１２は、ループワイヤ９との接合を終えてから、切断される。図６から図８に示す工程によって、ボール接合部７とボール接合部８とを繋ぐループワイヤ１０が形成される。以上の工程を経て、半導体装置におけるワイヤボンディングを終了する。
【００２２】
従来のワイヤボンディング方法では、例えば、電極パッド５に対するループワイヤ１０の接合強度を確保するために、電極パッド５上にあらかじめバンプを形成する場合がある。バンプは、ワイヤ１２を材料として形成される。電極パッド６上のボール接合部８から繰り出されたワイヤ１２は、ステッチ接合により、バンプに接合される。バンプは、このような電極同士の結線を実施するごとに形成される。
【００２３】
ワイヤ１２を繰り出して接合するボンディングの工程の先に、電極パッド５の上にバンプを作成する工程が必要となる。バンプの形成を要することで、ワイヤボンディングの工程数が多くなるため、加工時間が長くなる。あらかじめバンプを形成する場合、加工時間が長くなること、及びワイヤ１２の消費が多くなることで、コストもかかることになる。
【００２４】
本実施形態にかかる製造方法では、バンプに代えて折り返し部１３を形成し、ボール接合部８から繰り出されたワイヤ１２を折り返し部１３に接合する。これにより、電極パッド５上にてバンプを形成する工程を省くことができる。バンプを形成する工程を省くことで、加工時間の短縮、ワイヤ１２の消費の低減によるコスト削減が可能となる。工程数を少なくできることで、半導体装置は、製造工程における不良の発生頻度を低減可能とし、歩留まりを向上できる。
【００２５】
図９及び図１０は、折り返し部を形成する工程の詳細を示す図である。図９及び図１０では、ボール接合部７及びワイヤ１２を断面として示している。当該断面におけるキャピラリ１１の先端形状を、線として表している。
【００２６】
図９の上段に示す工程では、ワイヤ１２の先端に形成されたボール形状部分を、キャピラリ１１によって、電極パッド５上にて押し潰す。これにより、電極パッド５に圧着されたボール接合部７を形成する。
【００２７】
図９の中段に示す工程では、図９の上段に示すように、キャピラリ１１からワイヤ１２を繰り出していない状態から、キャピラリ１１を第１の方向へ移動させる。キャピラリ１１の先端は、ボール接合部７のうち、ワイヤ１２とつながっている上端部分であるネック部分の側面を、第１の方向へ押圧する。ネック部分は、第１の方向へ押圧されることにより、第１の方向へ寄せられるように変形する。
【００２８】
キャピラリ１１は、ボール接合部７と接触している先端の部分が、ボール接合部７の中心位置付近に到達するまで、ネック部分を変形させる。このとき、キャピラリ１１内部のワイヤ１２は、かかる押圧によって、ネック部分から、第１の方向へ傾けられる。ワイヤ１２は、ボール接合部７から第１の方向へ引き出された状態となる。
【００２９】
続けて、図９の下段に示す工程では、図９の中段に示す状態から、キャピラリ１１を下方へ押し下げて、さらにネック部分を変形させる。図１０の上段に示す工程では、キャピラリ１１を鉛直上方向へ若干移動させてから、第２の方向への傾きを持たせた斜め上方向へキャピラリ１１を移動させる。このようにキャピラリ１１を移動させながらワイヤ１２を繰り出すことで、ワイヤ１２のうちキャピラリ１１より下の部分が、第１の方向から第２の方向へと折り返される。かかる折り返し部分が、押し潰される前の折り返し部１３となる。
【００３０】
図１０の上段に示すように、ボール接合部７の中心位置の上方付近にて、キャピラリ１１の先端がワイヤ１２と接触している状態から、ボール接合部７へ向けてキャピラリ１１を降下させる。図１０の中段に示す工程では、キャピラリ１１によって押し下げられたワイヤ１２がボール接合部７のネック部分に接する状態となってから、さらにキャピラリ１１を下方へ押し下げる。この工程では、折り返されたワイヤ１２をボール接合部７へ押し下げて、ボール接合部７の中心である第１位置を中心として押し潰された形状の折り返し部１３を形成する。
【００３１】
図１０の下段に示す工程では、図１０の中段に示す状態からキャピラリ１１を第２の方向へ移動させる。キャピラリ１１は、ワイヤ１２を繰り出しながら、リードフィンガー４へ向けて、このまま第２の方向へ移動する。
【００３２】
図１１は、折り返し部にワイヤを接合するときの状態を示す図である。図１１では、各部を断面構成として示している。ボール接合部７、ループワイヤ９，１０及びワイヤ１２は、ハッチングを省略して示している。
【００３３】
電極パッド６上のボール接合部８から第２の方向へ進行しているキャピラリ１１は、折り返し部１３の上に到達してから、さらにキャピラリ１１の中心が第２位置Ｃ２に一致するまで、第２の方向へ移動する。ワイヤ１２は、第２位置Ｃ２に到達するまで繰り出される。第２位置Ｃ２は、ボール接合部７の中心である第１位置Ｃ１から第２の方向へずれた位置である。
【００３４】
第２位置Ｃ２に到達するまでワイヤ１２が繰り出された状態として、キャピラリ１１を、ボール接合部７へ向けて降下させる。キャピラリ１１によってワイヤ１２を押し下げることで、ワイヤ１２を折り返し部１３に圧着させる。ワイヤ１２は、ループワイヤ９との接合を終えてから、第２位置Ｃ２にて切断される。ループワイヤ１０は、ループワイヤ９のうち、折り返し部１３の端から第２位置Ｃ２までの範囲の部分に接合される。
【００３５】
図１２は、ボール接合部の上におけるループワイヤの接続部分の外観を示す斜視図である。ループワイヤ１０の端部断面１４は、ワイヤ１２の切断によって形成される。端部断面１４は、第２位置Ｃ２を中心として形成されている。ループワイヤ１０のうち折り返し部１３に接合された側とは反対側である上部表面には、加工痕１５が形成されている。加工痕１５は、ワイヤ１２を折り返し部１３に圧着させた際に、キャピラリ１１がワイヤ１２に押し付けられることにより形成されたものである。
【００３６】
加工痕１５は、第１位置Ｃ１付近に形成されている。端部断面１４は、加工痕１５に対して、ループワイヤ９が第１位置Ｃ１から延伸する方向、例えば第２の方向の位置にある。なお、折り返し部１３は、ループワイヤ１０とともにボール接合部７へ向けて押し潰されているために、外観では確認されないこともある。
【００３７】
実施形態によると、半導体装置の製造工程では、バンプを形成する工程を省くことで、ワイヤボンディングの工程数の削減が可能となる。中心位置Ｃ１から第２の方向へずれた第２位置Ｃ２に到達するまでワイヤ１２を繰り出して、折り返し部１３にワイヤ１２を接合することで、ループワイヤ９へループワイヤ１０が接合される部分の面積を十分に確保することができる。半導体装置は、電極パッド５上のボール接合部７におけるループワイヤ１０との接合強度を、十分に確保することが可能となる。これにより、半導体装置は、少ない工程数で製造できるとともに、接合部におけるワイヤの十分な接合強度を確保するという効果を得ることができる。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１  基材、２，３  半導体素子、４  リードフィンガー、５，６  電極パッド、７，８  ボール接合部、９，１０  ループワイヤ、１１  キャピラリ、１２  ワイヤ、１３  折り返し部、Ｃ１  第１位置、Ｃ２  第２位置。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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