(57)【要約】【課題】電流容量を増加させると共に、半導体素子の電極との十分な接合性能を確保することができるボンディングワイヤを得ることを目的としている。【解決手段】本発明のボンディングワイヤ１０は、半導体装置３０における半導体素子３の電極１４と、半導体装置３０の被接続部とを接続するボンディングワイヤであって、金属製のコア１と、コア１の外周の少なくとも一部を被覆する接合金属２を備え、接合金属２は、厚さの異なる厚膜部２１と薄膜部２２を有し、厚膜部２１の最大膜厚ｄ１が、薄膜部２２の最小膜厚ｄ２の１．３倍以上であることを特徴とする。【選択図】図１
2015138855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置における半導体素子の電極と、前記半導体装置の被接続部とを接続するボンディングワイヤであって、
金属製のコアと、前記コアの外周の少なくとも一部を被覆する接合金属を備え、
前記接合金属は、厚さの異なる厚膜部と薄膜部を有し、
前記厚膜部の最大膜厚が、前記薄膜部の最小膜厚の１．３倍以上であることを特徴とするボンディングワイヤ。
【請求項２】
前記コアは、前記ボンディングワイヤの断面において偏って存在することを特徴とする請求項１記載のボンディングワイヤ。
【請求項３】
前記コアは、その断面が楕円形状であることを特徴とする請求項１記載のボンディングワイヤ。
【請求項４】
前記接合金属は、その膜厚が前記ボンディングワイヤの断面の周方向で異なることを特徴とする請求項２記載のボンディングワイヤ。
【請求項５】
前記コアは、前記ボンディングワイヤの断面に垂直な平坦面を有し、
前記厚膜部は、前記平坦面の側に存在することを特徴とする請求項１または２に記載のボンディングワイヤ。
【請求項６】
前記コアは、その弾性係数または膨張係数が前記接合金属よりも高いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のボンディングワイヤ。
【請求項７】
半導体素子と、前記半導体素子の電極と、前記電極の接続対象である前記被接続部と、前記電極と前記被接続部とを接続した、請求項１から６のいずれか１項に記載のボンディングワイヤとを備え、
前記ボンディングワイヤの前記厚膜部が前記電極に接続されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載の半導体装置のボンディング方法であって、
前記ボンディングワイヤにおける前記接合金属の前記厚膜部の位置を検出する厚膜部検出工程と、
前記接合金属の前記厚膜部を前記半導体素子の前記電極に配置する厚膜部配置工程を含み、
前記厚膜部検出工程において、前記ボンディングワイヤを周方向に回転させ、または前記ボンディングワイヤの径方向に振動させて、前記ボンディングワイヤの位置の変化により前記厚膜部の位置を検出することを特徴とする半導体装置のボンディング方法。
【請求項１１】
請求項７から９のいずれか１項に記載の半導体装置のボンディング方法であって、
前記ボンディングワイヤにおける前記接合金属の前記厚膜部の位置を検出する厚膜部検出工程と、
前記接合金属の前記厚膜部を前記半導体素子の前記電極に配置する厚膜部配置工程を含み、
前記厚膜部検出工程において、切断された前記ボンディングワイヤの断面を観察し、前記厚膜部の位置を検出することを特徴とする半導体装置のボンディング方法。
【請求項１２】
請求項７から９のいずれか１項に記載の半導体装置のボンディング方法であって、
前記ボンディングワイヤは、その外周に前記厚膜部の位置を判別するための判別印を有し、
前記判別印を判別することにより、前記ボンディングワイヤにおける前記接合金属の前記厚膜部の位置を検出する厚膜部検出工程と、
前記接合金属の前記厚膜部を前記半導体素子の前記電極に配置する厚膜部配置工程を含むことを特徴とする半導体装置のボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置における外部電極と半導体素子とを電気的に配線するために用いられるボンディングワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業機器から家電や情報端末まであらゆる製品に、電力用の半導体装置であるパワーモジュールが普及しつつあり、自動車用機器については、大電流が流せることが求められる。また、パワーモジュールに搭載される半導体素子として、動作温度が高く、効率に優れているＳｉＣ（炭化ケイ素）半導体素子が、今後の主流となる可能性の高い。このため、パワーモジュールは、ＳｉＣ半導体素子に適用できることも同時に求められている。
【０００３】
パワーモジュールのワイヤボンディングにおいては、ボンディングワイヤの素材をＡｌ（アルミニウム）からＣｕ（銅）にすることで電流容量が大きくなり、必要なボンディングワイヤの本数を減らして生産性を向上させることができる。一方で、Ｃｕのボンディングワイヤは、従来のＡｌのボンディングワイヤに比べて弾性係数が大きいなどの理由から、半導体素子の電極とボンディングワイヤとの接合の際に半導体素子へのダメージが大きくなるという問題がある。半導体素子の電極とボンディングワイヤとの接合の際に、半導体素子へのダメージを少なくするために、押圧力を低くすると接合不良が生じる可能性がある。このため、ワイヤボンディングは、電流容量の増大化と、半導体素子の電極との十分な接合性能の確保を両立させることが求められている。
【０００４】
特許文献１には、Ｃｕ系の金属芯線をＡｌの金属被覆層で被覆することにより、線径が小さくても電流容量が大きい電気配線のためのボンディング用ワイヤの提案がなされている。また、特許文献２には、モールド封止時のワイヤ流れ（変形）を抑制する目的で、ヤング率が高い金属ワイヤのまわりに接合性の優れた金属を被覆した半導体素子用ボンディングワイヤが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−１８９１３１号公報（第２頁右下段１５行〜第３頁右上段１７行、図１、図２）
【特許文献２】特開平１１−２７４２１５号公報（０００３段〜０００５段、０００７段、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体装置では、半導体素子の電極と、外部電極や半導体素子が搭載された絶縁回路基板の導体金属とを接続するためにワイヤボンディングを行うが、ボンディングワイヤの１本あたりの電流容量を増加させてボンディングワイヤの本数を減らし、生産性を向上することが求められている。特許文献１の電気配線用ワイヤは、Ｃｕ系の金属芯線をＡｌの金属被覆層で被覆することにより、アルミニウムのみからなる電気配線用ワイヤよりも電流容量を増加させると共に、被接続電極との接合性能をアルミニウムのみからなる電気配線用ワイヤと同等にしていた。
【０００７】
しかしながら、更に電流容量を増加させるために、電気配線用ワイヤの断面における金属芯線の割合を増加させると、被覆する金属被覆層の膜厚が小さくなり、ワイヤボンディングの際に金属芯線が半導体素子の被接続電極と接触し、接触部が半導体素子の被接続電極と未接合になる可能性があった。また、ワイヤボンディングの際の押圧力が高い場合には、半導体素子を破壊する可能性があった。逆に電気配線用ワイヤと被接続電極との接合性能を確保しようとすると、金属被覆層の膜厚が厚くなることにより、電流容量が小さくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、電流容量を増加させると共に、半導体素子の電極との十分な接合性能を確保することができるボンディングワイヤを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のボンディングワイヤは、半導体装置における半導体素子の電極と、半導体装置の被接続部とを接続するボンディングワイヤであって、金属製のコアと、コアの外周の少なくとも一部を被覆する接合金属を備え、接合金属は、厚さの異なる厚膜部と薄膜部を有し、厚膜部の最大膜厚が、薄膜部の最小膜厚の１．３倍以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のボンディングワイヤによれば、接合金属に薄膜部の最小膜厚の１．３倍以上の最大膜厚を有する厚膜部を設けたので、厚膜部と半導体素子の電極とを接続することにより、電流容量を増加させると共に、半導体素子の電極との十分な接合性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１によるボンディングワイヤの断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１による半導体装置の要部を示す部分断面図である。
【図３】比較例のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。
【図４】本発明のボンディングワイヤの接合に用いるボンディングヘッドを示す図である。
【図５】図１のボンディングワイヤにおける厚膜部を検出する第１の方法を説明する図である。
【図６】図１のボンディングワイヤにおける厚膜部を検出する第２の方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態１によるボンディングワイヤにおける厚膜部を判別印により検出する第３の方法を説明する図である。
【図８】図７のボンディングワイヤの要部を示す部分断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１によるボンディングワイヤにおける他の判別印を示す図である。
【図１０】図９のボンディングワイヤの要部を示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１によるボンディングワイヤにおける更に他の判別印を示す図である。
【図１２】図１１のボンディングワイヤの要部を示す部分断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２によるボンディングワイヤの断面模式図である。
【図１４】図１３のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３によるボンディングワイヤの断面模式図である。
【図１６】図１５のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態４によるボンディングワイヤの断面模式図である。
【図１８】図１７のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４による他のボンディングワイヤの断面模式図である。
【図２０】図１９のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態４による更に他のボンディングワイヤの断面模式図である。
【図２２】図２１のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるボンディングワイヤの断面模式図であり、図２は本発明の実施の形態１による半導体装置の要部を示す部分断面図である。ボンディングワイヤ１０は、電流容量の大きい金属のコア１の外周を接合性能が優れた接合金属２で被覆しているボンディングワイヤである。例えば、コア１はＣｕ製で、径サイズはφ２５０μｍであり、接合金属２はＡｌ製である。ボンディングワイヤ１０の径サイズは、例えばφ３００μｍである。ボンディングワイヤ１０の断面を見たとき、ボンディングワイヤ１０の半導体素子３の電極１４との接合界面側に、接合性能が優れた接合金属２を偏って存在させる。すなわち、実施の形態１のボンディングワイヤ１０は、電流容量の大きい金属のコア１を断面の中心からずらし、偏心したボンディングワイヤである。そのため、ボンディングワイヤ１０には、被覆している接合性能が優れた接合金属２の膜厚が大きい部分である厚膜部２１と、小さい部分である薄膜部２２が存在する。接合性能が優れた接合金属２の厚膜部２１が残存膜厚ｄ３を残しながら、半導体素子３の電極１４と接合することで、電流容量の大きい金属のコア１が半導体素子３の電極１４と接触することなく、接合金属２が半導体素子３の電極１４に接合することが可能となり、電流容量が大きく、接合性能が優れたボンディングワイヤ１０を提供できる。また、これを使用し、大電流を扱うことが可能な半導体装置３０を提供できる。
【００１３】
図１に示すように、ボンディングワイヤ１０は電流容量の大きい金属のコア１が偏って存在しているため、ボンディングワイヤ１０の重心１２がボンディングワイヤ１０の中心１３からずれている。図１において、ボンディングワイヤ１０の重心１２及び中心１３を通るＹ方向中心線２５と、このＹ方向中心線２５に直交するＸ方向中心線２４を記載した。厚膜部２１及び薄膜部２２は、Ｙ方向中心線２５を含む部分である。厚膜部２１は重心１２があるボンディングワイヤ１０の上側であり、薄膜部２２は重心１２がないボンディングワイヤ１０の下側にある。図１に示すように、ボンディングワイヤ１０の断面が円形であり、コア１の断面が円形の場合には、厚膜部２１におけるＹ方向中心線２５上の部分が最も厚くなっており、その最大膜厚はｄ１である。また、薄膜部２２におけるＹ方向中心線２５上の部分が最も薄くなっており、その最小膜厚はｄ２である。
【００１４】
ボンディングワイヤ１０の偏心の度合いは、厚膜部２１の最大膜厚ｄ１と薄膜部２２の最小膜厚ｄ２とが３０％以上異なる場合が好適である。ボンディングワイヤ１０の製造方法は、例えば、コア１を形成後、中央の厚さが端部に比べて厚く、端部側に行くほど薄くなる接合金属２の上にコア１を配置し、接合金属２によりコア１を包み、その状態で１軸方向に引き延ばすことにより製造する。コア１を包む前における厚さの厚い中央部がボンディングワイヤ１０の厚膜部２１になり、コア１を包む前における厚さの薄い端部がボンディングワイヤ１０の薄膜部２２になる。
【００１５】
図３を用いて、接合金属１０２が均等にコア１０１を覆う比較例のボンディングワイヤ１１０を説明する。図３は、比較例のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。比較例の半導体装置１３０に用いるボンディングワイヤ１１０は、特許文献１や特許文献２と同様に、接合金属１０２が均等にコア１０１を覆っている。電流容量の大きなコア１０１の断面積に占める割合を増加させると、被覆する接合金属１０２の膜厚がワイヤボンディングの際に必要な接合金属１０２の膜厚である必要膜厚ｄ１０よりも小さくなる。この場合、ワイヤボンディングの際に、コア１０１が半導体素子３の電極１４と接触し、コア１０１の接触部が半導体素子３の電極１４と未接合になったり、半導体素子３を破壊する可能性があった。これに対して、実施の形態１のボンディングワイヤ１０は、電流容量の大きい金属のコア１を断面の中心からずらし、偏心したボンディングワイヤなので、接合性能が優れた接合金属２の厚膜部２１が残存膜厚ｄ３を残しながら、半導体素子３の電極１４と接合することができる。
【００１６】
実施の形態１のボンディングワイヤ１０は、厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に接合させることが重要である。ボンディングワイヤ１０の厚膜部２１を検出する第１の方法を説明する。図４は本発明のボンディングワイヤの接合に用いるボンディングヘッドを示す図であり、図５は図１のボンディングワイヤにおける厚膜部を検出する第１の方法を説明する図である。ボンディングワイヤ１０は、重心１２が中心１３からずれているので、ボンディングヘッド４のボンディングワイヤを通すチューブ５の中でボンディングワイヤ１０を回転または微振動させると、図５に示すようにボンディングワイヤ１０が重心１２を中心にして動くので、ボンディングワイヤ１０が重心１２の有る側と反対側にずれる。図５におけるボンディングワイヤ２６は回転または微振動させる前の状態を示しており、ボンディングワイヤ２７は回転または微振動させることで移動した状態を示している。図５における外周円２８は、回転または微振動によるボンディングワイヤ１０の移動範囲を示している。
【００１７】
ボンディングワイヤ１０の位置ずれを検出することにより、ボンディングする度にコア１を被覆している接合性能が優れた接合金属２の厚膜部２１が半導体素子３の電極１４と接合するように位置制御を行う。このように、ワイヤボンディングの際に、ボンディングワイヤ１０の厚膜部２１の位置を制御するので、半導体装置３０は、接合性能が優れた接合金属２の厚膜部２１が残存膜厚ｄ３を残しながら、ボンディングワイヤ１０を半導体素子３の電極１４と接合することができる。
【００１８】
次に、ボンディングワイヤ１０の厚膜部２１を検出する第２の方法を説明する。図６は図１のボンディングワイヤにおける厚膜部を検出する第２の方法を説明する図である。ワイヤボンディングでは、所望の２点間またはそれ以上の位置をボンディングワイヤにより電気的に接続した後、ボンディングワイヤをカッター６によりカットする工程がある。このボンディングワイヤ１０をカッター６によりカットする工程の際に、図６に示すようにカットしたボンディングワイヤ１０の断面をカメラ７で観察し、画像処理をすることで被覆している接合金属２の厚膜部２１が半導体素子３の電極１４と接合する位置となっているかを確認し、接合金属２の厚膜部２１の位置を調整する。これは、カット直後からボンディングヘッド４が次のボンディング位置まで移動し、次のボンディングを開始するまでの間に行われる。また、カットした断面であれば次のボンディングで使用するボンディングワイヤ１０の断面、またはボンディングし終えた側のボンディングワイヤ１０の断面どちらで確認しても良い。
【００１９】
ボンディングワイヤ１０の厚膜部２１を検出する方法は他にもある。図７は本発明の実施の形態１によるボンディングワイヤにおける厚膜部を判別印により検出する第３の方法を説明する図であり、図８は図７のボンディングワイヤの要部を示す部分断面図である。図８では、ワイヤリール９に巻かれたボンディングワイヤ１０と、ボンディングワイヤ１０に形成された厚膜部２１の位置を判別する印である判別印を示し、破線領域２０で示した部分を下側に拡大した図を記載した。ボンディングワイヤ１０に一定間隔またはボンディングワイヤ１０の全体に判別印をつけ、この判別印を認識することで、接合金属２の厚膜部２１と薄膜部２２とを区別し、ボンディングワイヤ１０の位置を制御しても良い。この判別印は、半導体素子３の電極１４と接合しない位置に配置すればよいが、接合性能に影響を与えないよう接合性能が優れた接合金属２の薄膜部２２の側につけるのが好適である。この判別印は、図７、図８に示すように、例えば、窪み８１である。また、判別印は、図９、図１０に示すような突起８２や、図１１、図１２に示すような着色部８３を設けるなど、認識できる印であればよい。
【００２０】
異なる判別印を有するボンディングワイヤ１０を区別するために、便宜上、窪み８１を有するボンディングワイヤ１０の符号を１０ａとし、突起８２を有するボンディングワイヤ１０の符号を１０ｂとし、着色部８３を有するボンディングワイヤ１０の符号を１０ｃとする。図９は本発明の実施の形態１によるボンディングワイヤにおける他の判別印を示す図であり、図１０は図９のボンディングワイヤの要部を示す部分断面図である。図１１は本発明の実施の形態１によるボンディングワイヤにおける更に他の判別印を示す図であり、図１２は図１１のボンディングワイヤの要部を示す部分断面図である。
【００２１】
なお、ボンディングワイヤ１０における厚膜部２１を検出する第１〜第３の方法は、併用してもよい。コア１に使用する金属は、Ｃｕに限らず、Ａｕ（金）やＡｇ（銀）などの電流容量の大きい金属や、カーボングラファイトなどの導電性を有する材料でもよい。また、コア１を被覆する接合性能が優れた接合金属２は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕなどワイヤボンディングで一般的に用いられる金属に限らず、コア１と異なる金属で半導体素子３の電極１４に接合可能な導電性材料であればよい。
【００２２】
ボンディングワイヤ１０をボンディングする対象は、半導体素子３の電極１４、半導体装置３０の外部電極以外に、半導体素子３を搭載する絶縁基板やリードフレームなど半導体装置に使用される材料である。半導体素子３の電極１４の接続対象は、被接続部である半導体装置３０の外部電極や絶縁基板やリードフレームなどである。
【００２３】
実施の形態１のボンディングワイヤ１０は、コア１を被覆する接合金属２を有し、接合金属２がボンディングワイヤ１０の断面において偏って存在することにより、接合金属２において厚さの異なる厚膜部２１と薄膜部２２を有する。ボンディングワイヤ１０の接合金属２における厚さの厚い厚膜部２１と半導体素子３の電極１４とを接合させることで、接合後のボンディングワイヤ１０において、電流容量の増大と接合性能の確保を両立させることができる。実施の形態１のボンディングワイヤ１０は、接合性能が優れた金属の膜厚が大きい厚膜部２１が半導体素子３の電極１４と接合することで、電流容量を増加させるための電流容量の大きい金属のコア１が断面積に占める割合を増加しつつ接合性能を維持することが可能となる。したがって、実施の形態１のボンディングワイヤ１０は、大電流に対応した半導体装置に適用でき、半導体素子３のひとつの電極１４に対してボンディングするボンディングワイヤの本数を減らし、半導体装置３０の生産性を向上させることが可能となる。
【００２４】
実施の形態１のボンディングワイヤ１０は、コア１及び接合金属２が円形であり、接合金属２がボンディングワイヤ１０の断面において偏って存在することにより、接合金属２の膜厚が全ての周方向で異なっている。実施の形態１のボンディングワイヤ１０は、コア１に変形を加えないので、ボンディングワイヤ１０の製造を複雑にすることがない。
【００２５】
コア１は、接合金属２と異なる弾性係数や膨張係数などの特性を有するようにしてもよい。接合金属２よりもヤング率や弾性係数や膨張係数が高い金属をコア１とすることで信頼性を確保しつつ、コア１の金属を柔軟な接合金属２で被覆することで、接合性能を改善することができる。
【００２６】
実施の形態１による半導体装置のボンディング方法は、ボンディングワイヤ１０をボンディングする際に、接合金属２の厚膜部２１の位置を検出する厚膜部検出工程と、接合金属２の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に配置する厚膜部配置工程を含んでいる。これにより、接合金属２の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に安定して配置することができる。厚膜部検出工程は、ボンディング装置内でボンディングワイヤ１０を回転または微振動させる第１の方法や、ボンディングワイヤ１０をボンディングする際に、カットしたボンディングワイヤ１０の断面を観察する第２の方法や、ボンディングワイヤ１０に設けた判別印を判別する第３の方法を適用することができる。
【００２７】
半導体素子３は、シリコンウエハを基材とした一般的な素子でもよいが、本発明においては炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、またはダイヤモンドといったシリコンと較べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料を適用できる。半導体素子３のデバイス種類としては、特に限定する必要はないが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor）のようなスイッチング素子や、ダイオードのような整流素子を搭載することができる。例えば、スイッチング素子や整流素子として機能する半導体素子３に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料又はダイヤモンドを用いた場合、従来から用いられてきたシリコン（Ｓｉ）で形成された素子よりも電力損失が低いため、半導体装置３０の高効率化が可能となる。また、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、半導体装置３０の小型化が可能となる。さらにワイドバンドギャップ半導体素子は、耐熱性が高いので、高温動作が可能であり、放熱フィン（ヒートシンク）の小型化や、水冷部の空冷化も可能となるので、放熱フィン（ヒートシンク）を備えた半導体装置３０の一層の小型化が可能になる。
【００２８】
以上のように、実施の形態１のボンディングワイヤ１０は、半導体装置３０における半導体素子３の電極１４と、半導体装置３０の被接続部とを接続するボンディングワイヤであって、金属製のコア１と、コア１の外周の少なくとも一部を被覆する接合金属２を備え、接合金属２は、厚さの異なる厚膜部２１と薄膜部２２を有し、厚膜部２１の最大膜厚ｄ１が、薄膜部２２の最小膜厚ｄ２の１．３倍以上であるので、厚膜部２１と半導体素子３の電極１４とを接続することにより、電流容量を増加させると共に、半導体素子３の電極１４との十分な接合性能を確保することができる。
【００２９】
実施の形態１の半導体装置３０は、半導体素子３と、半導体素子３の電極１４と、電極１４の接続対象である被接続部と、電極１４と被接続部とを接続した、ボンディングワイヤ１０とを備え、ボンディングワイヤ１０は金属製のコア１と、コア１の外周の少なくとも一部を被覆する接合金属２を備え、接合金属２は、厚さの異なる厚膜部２１と薄膜部２２を有し、厚膜部２１の最大膜厚ｄ１が、薄膜部２２の最小膜厚ｄ２の１．３倍以上であり、ボンディングワイヤ１０の厚膜部２１が電極１４に接続されたことを特徴とするので、電流容量を増加させると共に、半導体素子３の電極１４との十分な接合性能を確保することができるボンディングワイヤ１０を用いることにより、大電流を扱うことができる。
【００３０】
実施の形態１の半導体装置のボンディング方法は、ボンディングワイヤ１０における接合金属２の厚膜部２１の位置を検出する厚膜部検出工程と、接合金属２の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に配置する厚膜部配置工程を含む。厚膜部検出工程において、厚膜部２１の位置を検出する方法は、３つの方法がある。第１の方法は、ボンディングワイヤ１０を周方向に回転させ、またはボンディングワイヤ１０の径方向に振動させて、ボンディングワイヤ１０の位置の変化により厚膜部２１の位置を検出する。第２の方法は、切断されたボンディングワイヤ１０の断面を観察し、厚膜部２１の位置を検出する。第３の方法は、ボンディングワイヤ１０の外周に厚膜部２１の位置を判別するための判別印（窪み８１、突起８２、着色部８３）を判別することにより、厚膜部２１の位置を検出する。実
施の形態１の半導体装置のボンディング方法は、厚膜部検出工程と厚膜部配置工程とにより、ボンディングワイヤ１０の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に接続できるので、電流容量を増加させると共に、半導体素子の電極との十分な接合性能を確保することができる。
【００３１】
実施の形態２．
図１３は本発明の実施の形態２によるボンディングワイヤの断面模式図であり、図１４は図１３のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。実施の形態２のボンディングワイヤ１０は、半導体素子３の電極１４との接合界面側のみ平坦になった形状のコア１を用いて、電流容量の大きい金属のコア１の重心を断面の中心からずらし、ボンディングワイヤ１０の重心１２が中心１３から偏っている点で、実施の形態１とは異なる。実施の形態２のボンディングワイヤ１０は、電流容量の大きい金属のコア１の外周を接合性能が優れた接合金属２で被覆しているボンディングワイヤである。例えば、コア１はＣｕ製であり、接合金属２はＡｌ製である。ボンディングワイヤ１０の断面を見たとき、電流容量の大きい金属のコア１は半導体素子３の電極１４との接合界面側のみ平坦になった形状で、平坦面２３からボンディングワイヤ１０の外周にかけて接合性に優れた接合金属２の膜厚が大きい部分である厚膜部２１となっている。
【００３２】
実施の形態２のボンディングワイヤ１０には、実施の形態１と同様に、被覆している接合性能が優れた接合金属２の膜厚が大きい部分である厚膜部２１と、小さい部分である薄膜部２２が存在する。実施の形態２のボンディングワイヤ１０は、接合性能が優れた接合金属２の厚膜部２１が残存膜厚ｄ３を残しながら、半導体素子３の電極１４と接合することで、電流容量の大きい金属のコア１が半導体素子３の電極１４と接触することなく、接合金属２が半導体素子３の電極１４に接合することが可能となり、電流容量が大きく、接合性能が優れたボンディングワイヤ１０を提供できる。また、これを使用し、大電流を扱うことが可能な半導体装置３０を提供できる。
【００３３】
図１３に示すように、ボンディングワイヤ１０は、電流容量の大きい金属のコア１の重心が偏って存在しているため、ボンディングワイヤ１０の重心１２がボンディングワイヤ１０の中心１３からずれている。厚膜部２１はＹ方向中心線２５を含む部分である。コア１の平坦面２３はＸ方向中心線２４に平行である。図１３では、薄膜部２２がＹ方向中心線２５を含む部分で示した。なお、コア１の平坦部以外の円形外周部の中心はボンディングワイヤ１０の中心１３と同じであり、円形外周部と接合金属２の外周部との長さは最小膜厚ｄ２になる。接合金属２の厚膜部２１は、Ｙ方向中心線２５上の部分が最も厚くなっており、その最大膜厚はｄ１である。
【００３４】
実施の形態２のボンディングワイヤ１０の偏心の度合いは、実施の形態１と同様に、厚膜部２１の最大膜厚ｄ１と薄膜部２２の最小膜厚ｄ２とが３０％以上異なる場合が好適である。ボンディングワイヤ１０の製造方法は、例えば、図１３の断面形状のコア１を形成後、図１３の接合金属２の薄膜部２２にて切断して左右に開いた形状に相似した断面形状を有する接合金属２の上にコア１を配置し、接合金属２によりコア１を包み、その状態で１軸方向に引き延ばすことにより製造する。コア１を包む前における厚さの厚い中央部がボンディングワイヤ１０の厚膜部２１になり、コア１を包む前における厚さの薄い端部がボンディングワイヤ１０の薄膜部２２になる。
【００３５】
実施の形態２による半導体装置のボンディング方法は、実施の形１と同様である。ボンディングワイヤ１０をボンディングする際に、接合金属２の厚膜部２１の位置を検出する厚膜部検出工程と、接合金属２の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に配置する厚膜部配置工程を含んでいる。これにより、接合金属２の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に安定して配置することができる。厚膜部検出工程は、ボンディング装置内でボンディングワイヤ１０を回転または微振動させる第１の方法や、ボンディングワイヤ１０をボンディングする際に、カットしたボンディングワイヤ１０の断面を観察する第２の方法や、ボンディングワイヤ１０に設けた判別印（窪み８１、突起８２、着色部８３）を判別する第３の方法を適用することができる。また、第１の方法、第２の方法、第３の方法を併用してもよい。判別印の位置は、接合金属２の膜厚がｄ２であるいずれの場所でもよい。判別印の位置と厚膜部２１の位置が一定ならば、厚膜部２１の位置を特定することができる。
【００３６】
実施の形態２のボンディングワイヤ１０は、実施の形態１と同様に、電流容量を増加させると共に、半導体素子の電極との十分な接合性能を確保することができる。
【００３７】
実施の形態３．
図１５は本発明の実施の形態３によるボンディングワイヤの断面模式図であり、図１６は図１５のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。実施の形態３のボンディングワイヤ１０は、重心が中心１３に一致しており、コア１の断面形状が楕円形になっている点で、実施の形態１及び２とは異なる。実施の形態３のボンディングワイヤ１０は、電流容量の大きい金属のコア１の外周を接合性能が優れた接合金属２で被覆しているボンディングワイヤである。例えば、コア１はＣｕ製であり、接合金属２はＡｌ製である。ボンディングワイヤ１０の断面を見たとき、電流容量の大きい金属のコア１が楕円形となっており、被覆している接合性能が優れた接合金属２の膜厚が大きい部分である厚膜部２１ａ、２１ｂと小さい部分である薄膜部２２ａ、２２ｂが存在する。厚膜部の符号は、総括的に２１を用い、区別して説明する場合に２１ａ、２１ｂを用いる。薄膜部の符号は、総括的に２２を用い、区別して説明する場合に２２ａ、２２ｂを用いる。
【００３８】
厚膜部２１ａ、２１ｂは、Ｙ方向中心線２５を含む部分である。薄膜部２２ａ、２２ｂは、Ｘ方向中心線２４を含む部分である。図１５の例では、コア１の中心とボンディングワイヤ１０の中心が一致しているので、厚膜部及び薄膜部ともに２か所ずつ存在する。接合金属２の厚膜部２１ａ、２１ｂは、Ｙ方向中心線２５上の部分が最も厚くなっており、その最大膜厚はｄ１である。接合金属２の薄膜部２２ａ、２２ｂは、Ｘ方向中心線２４上の部分が最も厚くなっており、その最小膜厚はｄ２である。ボンディングワイヤ１０の製造方法は、例えば、図１５の断面形状のコア１を形成後、図１５の接合金属２の薄膜部２２ａにて切断して左右に開いた形状に相似した断面形状を有する接合金属２の上にコア１を配置し、接合金属２によりコア１を包み、その状態で１軸方向に引き延ばすことにより製造する。コア１を包む前における厚さの厚い部分がボンディングワイヤ１０の厚膜部２１ａ、２１ｂになり、コア１を包む前における厚さの薄い部分がボンディングワイヤ１０の薄膜部２２ａ、２２ｂになる。
【００３９】
実施の形態３のボンディングワイヤ１０は、実施の形態１と同様に、接合性能が優れた接合金属２の厚膜部２１が残存膜厚ｄ３を残しながら、半導体素子３の電極１４と接合することで、電流容量の大きい金属のコア１が半導体素子３の電極１４と接触することなく、接合金属２が半導体素子３の電極１４に接合することが可能となり、電流容量が大きく、接合性能が優れたボンディングワイヤ１０を提供できる。また、これを使用し、大電流を扱うことが可能な半導体装置３０を提供できる。
【００４０】
実施の形態３による半導体装置のボンディング方法は、実施の形１と同様である。ボンディングワイヤ１０をボンディングする際に、接合金属２の厚膜部２１の位置を検出する厚膜部検出工程と、接合金属２の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に配置する厚膜部配置工程を含んでいる。これにより、接合金属２の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に安定して配置することができる。厚膜部検出工程は、ボンディングワイヤ１０をボンディングする際に、ボンディング装置内でボンディングワイヤ１０を回転または微振動させる第１の方法や、カットしたボンディングワイヤ１０の断面を観察する第２の方法や、ボンディングワイヤ１０に設けた判別印（窪み８１、突起８２、着色部８３）を判別する第３の方法を適用することができる。また、第１の方法、第２の方法、第３の方法を併用してもよい。
【００４１】
厚膜部検出工程は、ボンディング装置内でボンディングワイヤ１０を回転または微振動させる方法で検出可能であるが、ボンディングワイヤ１０の動作判定方法が実施の形態１で説明した第１の方法と異なる。電流容量の大きい金属のコア１が楕円形のため、ボンディングヘッド４のボンディングワイヤ１０を通すチューブ５の中でボンディングワイヤを回転または微振動させるとコア１が円形の場合と異なり、角速度が一定にはならない挙動となる。この挙動を検出することにより、ボンディングする度にコア１を被覆している接合性能が優れた接合金属２の厚膜部２１ａ、２１ｂのいずれかが半導体素子３の電極１４と接合するように位置制御を行う。
【００４２】
なお、楕円形の電流容量の大きい金属のコア１の中心がボンディングワイヤ１０の中心１３からずれていてもよい。この場合は、厚膜部検出工程の第１の方法におけるボンディングワイヤ１０の動作判定方法は、実施の形態１で説明した第１の方法と同じ判定方法を用いることもできる。
【００４３】
実施の形態３のボンディングワイヤ１０は、実施の形態１と同様に、電流容量を増加させると共に、半導体素子の電極との十分な接合性能を確保することができる。
【００４４】
実施の形態４．
図１７は本発明の実施の形態４によるボンディングワイヤの断面模式図であり、図１８は図１７のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。実施の形態４のボンディングワイヤ１０は、電流容量の大きい金属のコア１の外周の一部に接合性能が優れた接合金属２が存在するボンディングワイヤである。例えば、コア１はＣｕ製であり、接合金属２はＡｌ製である。ボンディングワイヤ１０の断面を見たとき、電流容量の大きい金属のコア１における半導体素子３の電極１４との接合界面側に接合金属２が存在する。実施の形態４のボンディングワイヤ１０は、コア１の外周の一部に接合金属２が存在するので、ボンディングワイヤ１０の中心１３と重心１２が異なる偏心したボンディングワイヤである。
【００４５】
図１７では、接合金属２は三日月形状になっており、接合金属２は中心１３を通るＸ方向中心線２４との交点から下側に存在する例を示した。接合金属２の最も膜厚が大きい部分である厚膜部２１は中心１３と重心１２が通るＹ方向中心線２５上にあり、その最大膜厚はｄ１である。接合金属２の薄膜部２２ａ、２２ｂは接合金属２の端部にあり、その膜厚は厚膜部２１の最大膜厚ｄ１に比べて、小さくなっている。ボンディングワイヤ１０の製造方法は、例えば、図１７の断面形状のコア１を形成後、図１７の接合金属２を左右に開いた形状に相似した断面形状を有する接合金属２の上にコア１を配置し、接合金属２によりコア１の一部を包み、その状態で１軸方向に引き延ばすことにより製造する。コア１を包む前における厚さの厚い中央部がボンディングワイヤ１０の厚膜部２１になり、コア１を包む前における厚さの薄い端部がボンディングワイヤ１０の薄膜部２２ａ、２２ｂになる。なお、後述する図１９や図２１の断面形状を有するボンディングワイヤ１０の場合も、それぞれの断面形状のコア１と、接合金属２を左右に開いた形状に相似した断面形状を有する接合金属２を用いて同様に製造する。
【００４６】
実施の形態４のボンディングワイヤ１０は、接合性能が優れた接合金属２の厚膜部２１が残存膜厚ｄ３を残しながら、半導体素子３の電極１４と接合することで、電流容量の大きい金属のコア１が半導体素子３の電極１４と接触することなく、接合金属２が半導体素子３の電極１４に接合することが可能となり、電流容量が大きく、接合性能が優れたボンディングワイヤ１０を提供できる。また、これを使用し、大電流を扱うことが可能な半導体装置３０を提供できる。
【００４７】
実施の形態４のボンディングワイヤ１０の偏心の度合いは、実施の形態１と同様に、厚膜部２１の最大膜厚ｄ１と薄膜部２２の最小膜厚ｄ２とが３０％以上異なる場合が好適である。また、偏心の度合いは、中心１３と重心１２が通るＹ方向中心線２５上のボンディングワイヤ１０のワイヤ最大径ｄ５と、厚膜部２１の最大膜厚ｄ１で定義することもできる。ボンディングワイヤ１０の偏心の度合いは、ワイヤ最大径ｄ５に対する厚膜部２１の最大膜厚ｄ１が１０％から３０％の場合が好適である。
【００４８】
実施の形態４による半導体装置のボンディング方法は、実施の形１と同様である。ボンディングワイヤ１０をボンディングする際に、接合金属２の厚膜部２１の位置を検出する厚膜部検出工程と、接合金属２の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に配置する厚膜部配置工程を含んでいる。これにより、接合金属２の厚膜部２１を半導体素子３の電極１４に安定して配置することができる。厚膜部検出工程は、ボンディング装置内でボンディングワイヤ１０を回転または微振動させる第１の方法や、ボンディングワイヤ１０をボンディングする際に、カットしたボンディングワイヤ１０の断面を観察する第２の方法を適用することができる。また、第１の方法、第２の方法を併用してもよい。
【００４９】
厚膜部検出工程の第２の方法では、ボンディングワイヤ１０の断面に限らず、ボンディングワイヤ１０における電流容量の大きいコア１と、接合性能が優れる接合金属２を認識することで、ボンディングワイヤの位置を制御しても良い。
【００５０】
実施の形態４のボンディングワイヤ１０は、実施の形態１と同様に、電流容量を増加させると共に、半導体素子の電極との十分な接合性能を確保することができる。
【００５１】
なお、電流容量の大きいコア１および接合性に優れた接合金属２の形状は、他の形状でもよい。図１９は本発明の実施の形態４による他のボンディングワイヤの断面模式図であり、図２０は図１９のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。図２１は本発明の実施の形態４による更に他のボンディングワイヤの断面模式図であり、図２２は図２１のボンディングワイヤ及び半導体装置の要部を示す部分断面図である。電流容量の大きいコア１および接合性に優れた接合金属２の形状は、図１９、図２０に示すように、電流容量の大きいコア１の一部が平坦となりその部分に接合性能が優れた接合金属２が存在する形状や、図２１、図２２に示すように、電流容量の大きいコア１に沿って接合性能が優れた接合金属２が片側に存在する形状などでもよい。
【００５２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１…コア、２…接合金属、３…半導体素子、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…ボンディングワイヤ、１４…電極、２１、２１ａ、２１ｂ…厚膜部、２２、２２ａ、２２ｂ…薄膜部、３０…半導体装置、８１…窪み（判別印）、８２…突起（判別印）、８３…着色部（判別印）、ｄ１…最大膜厚、ｄ２…最小膜厚。
【図１】
2015138855.tif 000003
【図２】
2015138855.tif 000004
【図３】
2015138855.tif 000005
【図４】
2015138855.tif 000006
【図５】
2015138855.tif 000007
【図６】
2015138855.tif 000008
【図７】
2015138855.tif 000009
【図８】
2015138855.tif 000010
【図９】
2015138855.tif 000011
【図１０】
2015138855.tif 000012
【図１１】
2015138855.tif 000013
【図１２】
2015138855.tif 000014
【図１３】
2015138855.tif 000015
【図１４】
2015138855.tif 000016
【図１５】
2015138855.tif 000017
【図１６】
2015138855.tif 000018
【図１７】
2015138855.tif 000019
【図１８】
2015138855.tif 000020
【図１９】
2015138855.tif 000021
【図２０】
2015138855.tif 000022
【図２１】
2015138855.tif 000023
【図２２】
2015138855.tif 000024