(57)【要約】【課題】ボンディング工程において、ワイヤの断線や破断などの変形を防ぐことのできる技術を提供する。【解決手段】ワイヤボンダのヒートステージ上にリードフレーム３を搭載し、シリコンを基材とするゲル材料６を上部金属板５ａと下部金属板５ｂとで挟んだ構造を有する押さえ５によりリード３ｂをヒートステージ２に固定する。続いて、超音波をワイヤ１１に伝えると同時に、キャピラリ１０の先端に形成されたワイヤ１１の端部のボールをチップ４の回路形成面にあるボンディングパッドに押しつけて接合した後、ワイヤ１１を繰り出しながらキャピラリ１０をリード３ｂ上に移動させて、超音波をワイヤ１１に伝えると同時に、キャピラリ１０の先端に形成されたワイヤ１１の端部のボールをリード３ｂに押しつけて接合する。【選択図】図３
2008053324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤボンダを用いて、リードフレームのアイランド上に貼り付けられた半導体チップの回路形成面にあるボンディングパッドと、前記リードフレームのリードとをワイヤで接続するボンディング工程を有する半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記ワイヤボンダのステージ上に前記リードフレームを搭載し、押さえによりリードを固定する工程と、
（ｂ）前記ワイヤに超音波を伝えると同時に、キャピラリの先端に形成された前記ワイヤの端部のボールを前記ボンディングパッドに押しつけて接合する工程と、
（ｃ）前記ワイヤを繰り出しながら前記キャピラリを前記リード上に移動する工程と、
（ｄ）前記ワイヤに超音波を伝えると同時に、前記キャピラリの先端に形成された前記ワイヤを前記リードに押しつけて接合する工程と、
（ｅ）前記ワイヤを切り離す工程とを有し、
前記押さえは、シリコンを基材とするゲル材料を上部金属板と下部金属板とで挟んだ構造であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ワイヤボンダを用いて、リードフレームのアイランド上に貼り付けられた半導体チップの回路形成面にあるボンディングパッドと、前記リードフレームのリードとをワイヤで接続するボンディング工程を有する半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記ワイヤボンダの１００〜２３０℃の温度に加熱されたステージ上に前記リードフレームを搭載し、押さえによりリードを固定する工程と、
（ｂ）前記ワイヤに超音波を伝えると同時に、キャピラリの先端に形成された前記ワイヤの端部のボールを前記ボンディングパッドに押しつけて接合する工程と、
（ｃ）前記ワイヤを繰り出しながら前記キャピラリを前記リード上に移動する工程と、
（ｄ）前記ワイヤに超音波を伝えると同時に、前記キャピラリの先端に形成された前記ワイヤの端部のボールを前記リードに押しつけて接合する工程と、
（ｅ）前記ワイヤを切り離す工程とを有し、
前記押さえは、シリコンを基材とするゲル材料を上部金属板と下部金属板とで挟んだ構造であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体装置の製造方法において、前記（ｂ）工程及び（ｄ）工程で使用する超音波の振動周波数は６０〜１２０Ｈｚであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２記載の半導体装置の製造方法において、前記ゲル材料はフッ素を含有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２記載の半導体装置の製造方法において、前記ゲル材料の厚さは０．３〜１．０ｍｍであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体チップの回路形成面にあるボンディングパッドと、リードフレームのリードとをワイヤで接続するボンディング工程に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの回路形成面にあるボンディングパッドと、リードフレームのリードとをワイヤ、例えば金細線で接続する作業がボンディングであり、その作業を行う装置がワイヤボンダである（例えば非特許文献１参照）。ボンディングの方式としては、例えば熱圧着方式、超音波併用熱圧着方式、超音波ウエッジ方式などがあるが、現在、超音波を利用する方式が一般的に用いられている。
【非特許文献１】菊池正典著、「半導体のすべて」、日本実業出版社、１９９８年１０月２５日、ｐ．１４６−１４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、超音波を利用するボンディングについては、以下に説明する種々の技術的課題が存在する。
【０００４】
リードフレームの多ピン化に伴い、リードの狭小化が進んでいる。このため、ワイヤボンダを用いたボンディングでは、超音波の印加による共振現象によって、リードの振動が他のリードに伝播し、ワイヤの断線や破断などの不良が発生するという問題が生じている。
【０００５】
上記共振現象を抑えるには、例えば伝播経路の寸断または伝播エネルギーの減衰が有効であると考えられる。そこで、従来は、リードの形状とワイヤボンダに備わるウインド・クランパ（以下、「押さえ」と記す）の形状とを考慮して、共振周波数を超音波の振動周波数から遠ざける方法（振動絶縁、防振方法）、または押さえに軟質系材料（例えばオーリングと称する軟質の合成ゴム）を装着してリードを軟質系材料で直接押さえることにより、振動の伝播を熱エネルギーに変える方法（振動減衰、制振方法）などが取られている。
【０００６】
しかし、リードの形状は製品によって制限されるため、常に共振周波数を超音波の振動周波数から遠ざけることが困難となっている。有限要素法を用いて解析しても振動数比√２以上とならず、共振現象が再発する恐れもある。また、軟質系材料を装着した押さえでリードを押さえた場合は、リードの狭小化が進むに従い単位面積あたりの加重が増えて軟質系材料の寿命が短くなることから、管理面やコスト面では不利となっている。
【０００７】
本発明の目的は、ボンディング工程において、ワイヤの断線や破断などの変形を防ぐことのできる技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
本発明は、ワイヤボンダを用いて、リードフレームのアイランド上に貼り付けられた半導体チップの回路形成面にあるボンディングパッドと、リードフレームのリードとをワイヤで接続するボンディング工程を有する半導体装置の製造方法であって、ワイヤボンダのステージ上にリードフレームを搭載し、シリコンを基材とするゲル材料を上下金属板で挟んだ構造を有する押さえによりリードを固定する工程と、超音波をワイヤに伝えると同時に、キャピラリの先端に形成されたワイヤの端部のボールをボンディングパッドに押しつけて接合する工程と、ワイヤを繰り出しながらキャピラリをリード上に移動する工程と、超音波をワイヤに伝えると同時に、キャピラリの先端に形成されたワイヤの端部のボールをリードに押しつけて接合する工程と、ワイヤを切り離す工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１２】
シリコンを基材とするゲル材料を上下金属板で挟んだ構造を有する押さえを使用してリードフレームのリードを固定し、リードの振動をゲル材料によって減衰させることにより、他のリードへの共振が抑えられて、ワイヤの断線や破断などの変形を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施の形態においては、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値及び範囲についても同様である。
【００１４】
また、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法を図１〜図３を用いて工程順に説明する。図１は本実施の形態による半導体装置の製造方法の工程図、図２は本実施の形態によるワイヤボンダの構成図、図３は本実施の形態によるボンディングの超音波伝達の制御方法を説明するワイヤボンダの斜視図である。なお、以下の説明では、半導体ウエハ上に回路パターンを形成した後のウエハ検査工程から個片化した半導体チップを樹脂封止するモールド工程までの各工程についてのみ説明する。
【００１６】
まず、半導体ウエハの回路形成面に集積回路を形成する（図１の集積回路形成工程）。半導体ウエハはシリコン単結晶からなり、集積回路は半導体ウエハのチップ単位で形成される。
【００１７】
次に、半導体ウエハに作られた集積回路の検査をチップ単位で行う（図１のウエハ検査工程）。このウエハ検査工程では、種々の装置や手法を用いてパターン欠陥の検出、パーティクルの種類の同定や量の測定、電気的特性の測定などが行われる。例えば電気的な検査では、各チップの集積回路のボンディングパッド（チップの回路形成面に形成された接合面）にプローブ（探針）を接触させて、テスターからプローブに電気信号を送り、チップの動作の良否を判定する。製品として不的確と判断されたチップには、不良のマーキングが打たれる。
【００１８】
次に、半導体ウエハの回路形成面に保護テープを貼り付けた後、半導体ウエハの裏面（回路形成面と反対側の面）を研削して、半導体ウエハの厚さを、例えば５０〜３００μｍの所定の厚さまで薄くする。その後、半導体ウエハの裏面に半導体ウエハ全体をフレームに固定するダイシングテープを貼り付けて、半導体ウエハの回路形成面に貼り付けた保護テープを剥離する。
【００１９】
次に、半導体ウエハをダイシングする（図１のダイシング工程）。このダイシング工程では、ダイヤモンド・ソーと呼ばれるダイヤモンド微粒を貼り付けた極薄の円形刃を用いて、半導体ウエハをスクライブラインに沿って縦、横に切断して、１個１個のチップに切り分ける。
【００２０】
次に、ダイシングテープの裏面側からＵＶを照射して、ダイシングテープの各チップと接する面の粘着力を低下させた後、前記ウエハ検査工程において良品と判断されたチップを裏面から突き上げピンにより押圧してダイシングテープから剥離する。続いて、剥離したチップの回路形成面をコレットにより真空吸着して、ダイシングテープから引き剥がす。コレットは、例えば略円筒形の外形を有し、その底部に位置する吸着部は、例えば軟質の合成ゴムなどで構成されている。
【００２１】
次に、チップをリードフレームに貼り付ける（図１のマウント工程）。このマウンティング工程では、まず、ピックアップされたチップをコレットに吸着、保持して、リードフレーム上の所定位置に搬送する。リードフレームは、例えば銅からなり、長手方向を列とし、これに直交する方向を行とすると、製品が１つ形成される単位フレームが複数行１列または複数行複数列に配置された構成となっている。また、リードフレームの単位フレームは、主としてチップを載せる場所（アイランド）と、チップの電極と繋がる場所（リード）とから構成されている。続いて、リードフレームのメッキされたアイランド上にペースト材を載せて、ここにチップを軽く押し付け、１００〜２００℃程度の温度により硬化処理を行う。これによりチップをリードフレームのアイランド上に貼り付ける。ペースト材はエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂を例示することができる。なお、ペースト材による貼り付けの他、メッキされたアイランドにチップの裏面を軽く擦り付ける、あるいはメッキしたアイランドとチップとの間に金テープの小片を挟み、金とシリコンとの共晶を作って接着してもよい。
【００２２】
次に、チップの回路形成面に配置されたボンディングパッドとリードフレームのリードとを１つずつワイヤにより接続する（図１のボンディング工程）。ボンディングには、種々の方式があるが、本実施の形態では、一定の荷重と熱、さらに超音波振動をワイヤに伝えて圧接する超音波併用熱圧着方式を採用している。
【００２３】
本実施の形態によるワイヤボンダの構成図を図２に示す。
【００２４】
ワイヤボンダ１のヒートステージ２上にリードフレーム３は搭載されており、チップ４が貼り付けられたアイランド３ａが真空吸着によりヒートステージ２に固定され、上部金属板５ａと下部金属板５ｂとの間にゲル材料６を挟んだ構造の押さえ５によってリード３ｂがヒートステージ２に固定されている。ヒートステージ２は、ワイヤが融着しやすくなるように、例えば１００〜２３０℃に加熱される。
【００２５】
ゲル材料６は、網目状になった固体の中に液体を取り込んで形成される物資であり、固体と液体との中間の性質を示し、エラストマー材料（ゴムのように弾性にとむ高分子化合物）よりも低硬度である。本実施の形態では、シリコン（Ｓｉ）を基材とし、例えばフッ素（Ｆ）を含有するゲル材料６を用いた。Ｓｉを基材とするゲル材料６は、２００〜２３０℃の耐熱性及び１５０Ｈｚ以下の共振点を有し、さらに１万回の荷重に対して８０％以上の復元力を有することができる。また、ゲル材料６の厚さを０．３ｍｍよりも薄くすると振動吸収能力が低下し、１．０ｍｍよりも厚くすると変形が大きくなり、荷重がかからない部分が生じることから、ゲル材料６の厚さは０．３〜１．０ｍｍとした。
【００２６】
ワイヤボンダ１に使用される超音波発振子は振動源となるボルト締めランジャバン型振動子８、振動振幅を増大させる金属ホーン９及び圧着子であるキャピラリ１０から構成される。キャピラリ１０は、例えばセラミックからなり、その先端からはワイヤ１１、例えば直径約２５μｍの金細線を繰り出すことができる。
【００２７】
超音波を発振することによりワイヤ１１の塑性変形が補助されて、ワイヤ１１とチップの回路形成面に形成されるボンディングパッド及びワイヤ１１とリード３ｂとの融着が促される。印加する超音波の振動周波数としては、例えば６０〜１２０ｋＨｚを採用することができる。また、キャピラリ１０をボンディングパッドまたはリード３ｂに押しつける際に、押さえ５によって押圧荷重を負荷することで、ワイヤ１１とボンディングパッド及びワイヤ１１とリード３ｂとの融着が促される。荷重としては、例えば５〜１００ｇを採用することができる。
【００２８】
次に、本実施の形態によるボンディングの超音波伝達の制御方法を図３に示すワイヤボンダの斜視図を用いて工程順に説明する。
【００２９】
まず、ワイヤボンダ１の１００〜２３０℃に加熱されたヒートステージ２上にリードフレーム３を搭載し、チップ４が貼り付けられたアイランド３ａを真空吸着によりヒートステージ２に固定する。さらに、所定の荷重を加えて押さえ５によりリード３ｂをヒートステージ２に固定する。
【００３０】
次に、キャピラリ１０の先端に形成されたワイヤ１１の端部のボールを、キャピラリ１０の下降に伴いチップ４の回路形成面に形成されたボンディングパッドに端部のボールを押しつけて接合する。この際、キャピラリ１０を介して超音波発振子の振動エネルギーをワイヤ１１に伝える。続いて、キャピラリ１０からワイヤ１１を繰り出しながらキャピラリ１０をリード３ｂ上に移動して、キャピラリ１０の先端に形成されたワイヤ１１を、キャピラリ１０の下降に伴いリード３ｂに押しつけて接合する。この際、キャピラリ１０を介して超音波発振子８の振動エネルギーをワイヤ１１に伝える。その後、キャピラリ１０は上昇し、その際、クランプが閉じることによりワイヤ１１は切り離される。これにより、チップ４の回路形成面に形成されたボンディングパッドとリード３ｂとがワイヤ１１によって接続される。切り離されたワイヤ１１の端部がトーチより高圧放電されることによって、ワイヤ１１の端部が溶融されて再度ボールが形成される。
【００３１】
リード３ｂ上にキャピラリ１０が着地してリード３ｂに超音波が加わると、共振現象によりリード３ｂの振動が押さえ５を介して他のリード３ｂへ伝わる。しかし、ゲル材料６を挟んだ押さえ５によりリード３ｂを固定しているので、リード３ｂの振動がゲル材料６によって熱エネルギーに変えられて減衰し、他のリード３ｂへの共振を抑えることができる。
【００３２】
次に、チップ４と、ワイヤ１１と、リードフレーム３のアイランド３ａ及びリード３ｂとを、例えばモールド樹脂により封入してゴミや水分なとからチップを保護する（図１のモールド工程）。このモールド工程では、チップ４を搭載したリードフレーム３を金型にセットし、高温で液状化した樹脂を封入する。続いて、モールド樹脂上にレーザビームを用いて品名などを捺印し、さらにリードフレーム３を切断して１個１個のパッケージに分離される。その後、仕上がったチップを製品規格に沿って選別し、検査工程を経て製品が完成する。
【００３３】
このように、本実施の形態によれば、ボンディング工程において、１５０Ｈｚ以下の共振点を有し、Ｓｉを基材とする厚さ０．３〜１．０ｍｍのゲル材料６を上部金属板５ａと下部金属板５ｂとの間に挟んだ押さえ５を用いて、リードフレーム３のリード３ｂを所定の荷重を均一に加えて固定することにより、リード３ｂの振動がゲル材料６によって熱エネルギーに変えられて減衰するので、超音波の振動周波数（例えば６０〜１２０Ｈｚ）から共振周波数を遠ざけることができて、他のリード３ｂへの共振を抑えることができる。これにより、図３に示すような、ワイヤ１１の断線や破断などの不良を防ぐことができる。さらに、ゲル材料６は、リードフレーム３が加熱される温度範囲である２００〜２３０℃の耐熱性を有していることから、従来使用している軟質系材料よりも長寿命化を図ることができる。
【００３４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３５】
例えば前記実施の形態では、超音波併用熱圧着方式に適用した場合について説明したが、その他のボンディング方式、例えば超音波ウエッジ方式などにも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造過程におけるワイヤボンディング工程に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法の工程図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるワイヤボンダの構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるボンディングの超音波伝達の制御方法を説明するワイヤボンダの斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ワイヤボンダ
２  ヒートステージ
３  リードフレーム
３ａ  アイランド
３ｂ  リード
４  チップ
５  押さえ
５ａ  上部金属板
５ｂ  下部金属板
６  ゲル材料
８  振動子
９  金属ホーン
１０  キャピラリ
１１  ワイヤ
【図１】
2008053324.tif 000003
【図２】
2008053324.tif 000004
【図３】
2008053324.tif 000005