(57)【要約】【課題】超音波ボンディング法において、半導体チップの全てのボンディングパッドと基板側の電極を良好に接続する。【解決手段】長方形の半導体チップ１を各辺１１〜１４毎のバンプ２１〜２４を含む四つの領域１１０〜１４０に分割し、各領域１１０〜１４０に、半導体チップ１のボンディングパッド形成面と平行で各辺１１〜１４に対して垂直な向きの超音波振動を付与する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長方形の半導体チップの周辺部にこの長方形の各辺に沿って複数のボンディングパッドが配置され、前記各ボンディングパッドと基板側に形成された各電極とを、超音波振動のエネルギーを利用して、突起状電極により接続する超音波ボンディング方法において、
前記半導体チップを前記各辺に配置される突起状電極を含む複数の領域に分割し、各領域に、前記半導体チップのボンディングパッド形成面と平行で前記各辺に対して垂直な向きの超音波振動を付与することを特徴とする超音波ボンディング方法。
【請求項２】
前記突起状電極の形状は長辺と短辺とからなる長方形であり、この長方形の長辺方向は各突起状電極が配置される辺に対して垂直な方向である請求項１記載の超音波ボンディング方法。
【請求項３】
半導体チップの周辺部に複数のボンディングパッドが配置され、前記各ボンディングパッドと基板側に形成された各電極とを、超音波振動のエネルギーを利用して、突起状電極により接続する超音波ボンディング方法において、
前記基板側の電極は長辺と短辺とからなる長方形のリードであり、前記半導体チップを、前記リードの長辺方向が異なる複数の領域に分割し、各領域に、前記半導体チップのボンディングパッド形成面と平行で前記リードの長辺方向と平行な向きの超音波振動を付与することを特徴とする超音波ボンディング方法。
【請求項４】
半導体チップの周辺部に複数のボンディングパッドが配置され、前記各ボンディングパッドと基板側に形成された各電極とを、超音波振動のエネルギーを利用して、突起状電極により接続する超音波ボンディング方法において、
前記突起状電極の形状は長辺と短辺とからなる長方形であり、前記半導体チップを、前記突起状電極の長辺方向が異なる複数の領域に分割し、各領域に、前記半導体チップのボンディングパッド形成面と平行で前記突起状電極の長辺方向と平行な向きの超音波振動を付与することを特徴とする超音波ボンディング方法。
【請求項５】
基板を載せるステージと、長方形の半導体チップを支持し、基板上に突起状電極を介して配置された前記半導体チップに対して荷重を付与するボンディングツールと、超音波振動付与装置と、を備えた超音波ボンディング装置において、
前記ステージの半導体チップの下側となる位置に、前記半導体チップを前記長方形の各辺に配置される突起状電極を含む複数の領域に分割する領域分割部材が、前記基板と接触するように配置され、
前記超音波振動付与装置は、前記領域分割部材を構成する各領域用の部材に、前記半導体チップのボンディングパッド形成面と平行で対応する各辺に対して垂直な向きの超音波振動を付与するものであることを特徴とする超音波ボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップと基板とを接続するための超音波ボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップを基板上に取り付けて電気的に接続する方法として、従来より「バンプ」と称される突起状電極を用いた方法が行われている。この方法では、半導体チップ上に複数の電極（ボンディングパッド）を形成するとともに、これに対応する複数の電極を基板側に形成する。そして、いずれかの電極上にバンプを形成した後、両電極間の位置を合わせてバンプを熱圧着する。これにより、両電極間がバンプにより接着固定されて、電気的に接続される。
【０００３】
従来より、このような熱圧着法に代えて、超音波振動のエネルギーを利用して接続する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、下記の特許文献２には、基板を載せるステージと、半導体チップを支持し、基板上に突起状電極を介して配置された前記半導体チップに対して荷重を付与するボンディングツールと、超音波振動付与装置と、を備えた超音波ボンディング装置について記載されている。この特許文献２に記載された技術では、ステージとボンディングツールの両方に、超音波振動装置と加熱・冷却温度プロファイル制御装置が設けてある。
【０００４】
一方、近年の半導体素子の小型・高集積化に伴い、半導体チップ上に多数のボンディングパッドを高密度で形成することが要求されている。この要求に応えるために、例えば、半導体チップ上に短冊状（細長い長方形、例えば長辺が短辺の２倍以上長い長方形）のボンディングパッドを形成し、その直上に略同一形状のバンプを形成することが行われている。
【０００５】
この場合には、長方形の半導体チップの周辺部に、この長方形の各辺に沿って複数の短冊状の（狭義の長方形）のバンプが配置され、このバンプの長辺方向が半導体チップの前記各辺に対して垂直な方向に合わせてある。すなわち、長方形の半導体チップの互いに垂直な辺に配置されているバンプ間で、両長辺方向が互いに垂直な配置となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−２０８８４４号公報
【特許文献２】
特開平７−１１５１０９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の半導体チップと基板を、超音波ボンディング方法によりバンプ（突起状電極）を介して接続する際には、以下の課題がある。
通常の超音波振動付与装置は超音波振動の向きが一方向であるため、超音波振動の向きを一方のバンプの長辺方向に合わせると、他方の（長辺方向が一方のバンプの長辺方向に対して垂直な）バンプに対しては、超音波振動の向きがその短辺方向（長辺方向に垂直な方向）になる。そして、超音波振動の向きが短冊状のバンプの短辺方向であると、そのバンプが短辺方向（超音波振動方向）に傾き易い。
【０００８】
また、バンプが正方形の場合でも、基板側の電極がリード（帯状電極）である場合には、付与されている超音波振動の方向がリードの長手方向に対して垂直な部分では、超音波振動の方向にリードが傾いたり、バンプがリードの位置から外れたりし易い。
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、長方形の半導体チップの周辺部にこの長方形の各辺に沿って複数のボンディングパッドが配置され、前記各ボンディングパッドと基板側に形成された各電極とを、超音波振動のエネルギーを利用して、突起状電極により接続する超音波ボンディング方法において、全てのボンディングパッドと基板側の電極とが良好に接続されるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、長方形（広義の長方形であり、正方形も含む）の半導体チップの周辺部にこの長方形の各辺に沿って複数のボンディングパッドが配置され、前記各ボンディングパッドと基板側に形成された各電極とを、超音波振動のエネルギーを利用して、突起状電極により接続する超音波ボンディング方法において、前記半導体チップを前記各辺に配置される突起状電極を含む複数の領域に分割し、各領域に、前記半導体チップのボンディングパッド形成面と平行で前記各辺に対して垂直な向きの超音波振動を付与することを特徴とする超音波ボンディング方法を提供する。
【００１０】
本発明の方法によれば、例えば、基板側の電極として、半導体チップをなす長方形の各辺に対して垂直に延びるリードが形成されている場合に、半導体チップをなす長方形の全ての辺において超音波振動の向きがリードの長手方向と同じになるため、全てのボンディングパッドと基板側の電極とが良好に接続されるようになる。
【００１１】
本発明の方法は、前記突起状電極の形状が長辺と短辺とからなる長方形（狭義の長方形であって、正方形を含まない）であり、この長方形の長辺方向は各突起状電極が配置される辺に対して垂直な方向である場合に特に好適である。この場合には、超音波振動の向きが全ての突起状電極の長辺方向になる。
本発明はまた、半導体チップの周辺部に複数のボンディングパッドが配置され、前記各ボンディングパッドと基板側に形成された各電極とを、超音波振動のエネルギーを利用して、突起状電極により接続する超音波ボンディング方法において、前記基板側の電極は長辺と短辺とからなる長方形のリードであり、前記半導体チップを、前記リードの長辺方向が異なる複数の領域に分割し、各領域に、前記半導体チップのボンディングパッド形成面と平行で前記リードの長辺方向と平行な向きの超音波振動を付与することを特徴とする超音波ボンディング方法を提供する。この方法によれば、超音波振動の向きが全てのリードの長辺方向になるため、全てのボンディングパッドとリード（基板側の電極）とが良好に接続されるようになる。
【００１２】
本発明はまた、半導体チップの周辺部に複数のボンディングパッドが配置され、前記各ボンディングパッドと基板側に形成された各電極とを、超音波振動のエネルギーを利用して、突起状電極により接続する超音波ボンディング方法において、前記突起状電極の形状は長辺と短辺とからなる長方形であり、前記半導体チップを、前記突起状電極の長辺方向が異なる複数の領域に分割し、各領域に、前記半導体チップのボンディングパッド形成面と平行で前記突起状電極の長辺方向と平行な向きの超音波振動を付与することを特徴とする超音波ボンディング方法を提供する。この方法によれば、超音波振動の向きが全ての突起状電極の長辺方向になるため、全てのボンディングパッドと基板側の電極とが良好に接続されるようになる。
【００１３】
本発明はまた、基板を載せるステージと、長方形の半導体チップを支持し、基板上に突起状電極を介して配置された前記半導体チップに対して荷重を付与するボンディングツールと、超音波振動付与装置と、を備えた超音波ボンディング装置において、前記ステージの半導体チップの下側となる位置に、前記半導体チップを前記長方形の各辺に配置される突起状電極を含む複数の領域に分割する領域分割部材が、前記基板と接触するように配置され、前記超音波振動付与装置は、前記領域分割部材を構成する各領域用の部材に、前記半導体チップのボンディングパッド形成面と平行で対応する各辺に対して垂直な向きの超音波振動を付与するものであることを特徴とする超音波ボンディング装置を提供する。
【００１４】
本発明の超音波ボンディング装置によれば、本発明の方法を容易に実施することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の超音波ボンディング方法の一例（一実施形態）を説明するための平面図である。図２は、この超音波ボンディング装置を示す部分断面側面図である。
【００１６】
図１に示すように、この実施形態の方法では、長方形の半導体チップ１の周辺部に、この長方形をなす四つの辺１１〜１４に沿って、それぞれ複数のボンディングパッドが配置され、その直上にバンプ（突起状電極）２１〜２４が形成されている。各バンプ２１〜２４は、長辺と短辺とからなる同じ大きさの長方形である。
【００１７】
バンプ２１をなす長方形の長辺方向は、バンプ２１が配置されている辺１１に対して垂直な方向である。バンプ２２をなす長方形の長辺方向は、バンプ２２が配置されている辺１２に対して垂直な方向である。バンプ２３をなす長方形の長辺方向は、バンプ２１が配置されている辺１３に対して垂直な方向である。バンプ２４をなす長方形の長辺方向は、バンプ２４が配置されている辺１４に対して垂直な方向である。
【００１８】
この半導体チップ１は、板状体（各領域用の部材）３１〜３４からなる領域分割部材３により、四つの領域１１０〜１４０に分割されている。第１の領域１１０は、半導体チップ１をなす長方形の辺１１に沿って配置されたバンプ２１を含む領域である。
第２の領域１２０は、半導体チップ１をなす長方形の辺１２に沿って配置されたバンプ２２を含む領域である。第３の領域１３０は、半導体チップ１をなす長方形の辺１３に沿って配置されたバンプ２３を含む領域である。第４の領域１４０は、半導体チップ１をなす長方形の辺１４に沿って配置されたバンプ２４を含む領域である。
【００１９】
そして、各領域１１０〜１４０毎の板状体３１〜３４と、各板状体３１〜３４に独立に取り付けられた超音波振動付与装置４１〜４４とにより、各領域１１０〜１４０毎に、半導体チップ１のボンディングパッド形成面（図１の紙面と平行な面）と平行で各辺１１〜１４に対して垂直な向き（Ｙ方向またはＸ方向）の超音波振動を付与している。なお、各超音波振動付与装置４１〜４４は超音波振動子と超音波ホーンとからなり、各超音波ホーンが各板状体３１〜３４に取り付けられている。
【００２０】
超音波振動付与装置４１は、領域１１０に対して、半導体チップ１のボンディングパッド形成面と平行で辺１１に対して垂直な向き（Ｙ方向）の超音波振動を付与するものである。超音波振動付与装置４２は、領域１２０に対して、半導体チップ１のボンディングパッド形成面と平行で辺１２に対して垂直な向き（Ｘ方向）の超音波振動を付与するものである。
【００２１】
超音波振動付与装置４３は、領域１３０に対して、半導体チップ１のボンディングパッド形成面と平行で辺１３に対して垂直な向き（Ｙ方向）の超音波振動を付与するものである。超音波振動付与装置４４は、領域１４０に対して、半導体チップ１のボンディングパッド形成面と平行で辺１４に対して垂直な向き（Ｘ方向）の超音波振動を付与するものである。
【００２２】
図２に示すように、この超音波ボンディング装置は、基板５を載せるステージ６と、半導体チップ１を支持して荷重を付与するボンディングツール７と、超音波振動付与装置４１〜４４とで構成されている。なお、図２では超音波振動付与装置４１〜４４が表示されない。
ステージ６の上部には、半導体チップ１の真下となる位置に凹部６１が形成され、その中に各板状体（各領域用の部材）３１〜３４が、基板５と接触するように配置されている。ボンディングツール７は、半導体チップ１を固定する人造ダイヤモンド製の固定部７１と、ヒータを内蔵する金属体７２とが一体化されたものである。この超音波ボンディング装置は、さらに、ボンディングツール７の金属体７２に荷重Ｐを付与するエアピストンを備えている。
【００２３】
この超音波ボンディング装置は、以下のようにして使用する。
先ず、ステージ６の上に基板５を載せ、この基板５の半導体チップ１を接続する領域を凹部６１上に配置する。その際に、半導体チップ１と凹部６１内の板状体３１〜３４とが図１に示す配置となるようにする。この半導体チップ１の各ボンディングパッド上にはバンプ２１〜２４が形成されている（図２には８２と８４のみを表示した）。
【００２４】
なお、基板５にはリード５０が形成されている（図２には５２と５４のみを表示した）。各リード５０の長手方向は、接続相手である各バンプ２１〜２４の長辺方向と合わせてある。
次に、この半導体チップ１をボンディングツール７の固定部７１に固定し、このボンディングツール７を、半導体チップ１側を基板５側に向けて基板５の上に配置する。その際に、基板５側の各リード５０の先端部分と、これに対応する半導体チップ１の各バンプ２１〜２４とを合わせる。
【００２５】
この状態で、金属体７２を内蔵ヒータで１５０℃程度に加熱し、エアピストンによりボンディングツール７の金属体７２に荷重Ｐを付与するとともに、各超音波振動付与装置４１〜４４を稼働させる。これにより、バンプ２１〜２４とリード５０が、主に超音波振動のエネルギーで溶着される。すなわち、超音波ボンディングされる。その結果、リード５０とボンディングパッドがバンプ２１〜２４により接着固定されて電気的に接続される。
【００２６】
そして、この超音波ボンディングで付与される超音波振動の向きが、全てのバンプ２１〜２４の長辺方向および全てのリード５０の長手方向であるため、全てのバンプ２１〜２４およびリード５０が傾くことが防止されて、半導体チップ１の全てのボンディングパッドと基板５のリード５０とが良好に接続できる。このことを、バンプ２４を例に挙げて、以下に説明する。
【００２７】
この実施形態では、図３に示すように、バンプ２４の長辺方向（およびリード５４の長手方向）に沿った向き（Ｘ方向）の超音波振動を付与しているため、バンプ２４が傾くことが防止されて、図４（ａ）に示すようになる。図４（ａ）は図３のＡ矢視図に相当する。
これに対して、半導体チップ１を四つの領域１１０〜１４０に分割しないで、全体に例えばＹ方向の超音波振動が付与されると、バンプ２４には短辺方向（およびリード５４の幅方向）に沿った向きの超音波振動が付与されるため、バンプ２４およびリード５４に傾きが生じ易くなって、接続不良が生じ易くなる。例えば図４（ｂ）に示すようにバンプ２４が傾いたり、図４（ｃ）に示すようにリード５４からバンプ２４が滑り落ちたりする場合がある。
【００２８】
なお、上記実施形態では、半導体チップ１を各辺１１〜１４に配置されるバンプ２１〜２４を含む四つの領域１１０〜１４０に分割しているが、これに限定されず、例えば図１で第１の領域１１０と第３の領域１３０を分割しないで一体にしてもよい。ただし、その場合にはこの一体化した領域と、それ以外の第２の領域１２０および第４の領域とが、超音波振動時に互いに干渉しないようにする必要がある。また、第１〜第４の領域１１０〜１４０をさらに分割してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の超音波ボンディング方法を説明する平面図。
【図２】実施形態の超音波ボンディング装置を示す部分断面側面図。
【図３】ボンディングパッドとリードのバンプによる接続部分を示す図。
【図４】図３のＡ矢視図であって、本発明の場合（ａ）と比較例の場合（ｂ），（ｃ）を示す。
【符号の説明】
１…半導体チップ、１１〜１４…半導体チップをなす長方形の四つの辺、２１〜２４…バンプ（突起状電極）、１１０〜１４０…領域、３…領域分割部材、３１〜３４…板状体（各領域用の部材）、４１〜４４…超音波振動付与装置、５…基板、６…ステージ、６１…凹部、７…ボンディングツール、７１…固定部、７２…金属体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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