(57)【要約】【課題】ボンディングパッド部と金ワイヤのボール部との接着性を向上させ、半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】配線基板上の電極パッドと半導体チップの電極パッド１３（Ａｌ等よりなる最上層配線の露出部）とを接続する金ワイヤ中に１ｗｔ．％程度のＰｄを含有させることにより、電極パッド１３と金ワイヤのボール部１５ａとの接合部（１４）において、ＡｕとＡｌの相互拡散を抑制し、ＰＣＴ（プレッシャークッカー  テスト）後のＡｕ４Ａｌの生成を防止する。腐食しやすいＡｕ４Ａｌの生成を防止することで、電極パッド１３のピッチが６５μｍ未満、ボール部１５ａの直径が５５μｍ未満もしくはワイヤ部１５ｃの直径が２５μｍ以下となるような場合でも金ワイヤの接合強度を得られる。また、最上層配線Ｍの厚膜化や薄膜化にも対応できる。また、ボンディング温度の低温化にも対応できる。【選択図】    図１８
2004303861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）その主面に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜の露出領域である第１電極パッドが複数形成された半導体チップと、
（ｂ）前記半導体チップが搭載され、その主面に第２電極パッドが複数形成された配線基板と、
（ｃ）前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとを接続する金（Ａｕ）を主成分とする導電性ワイヤであって、前記第１電極パッド上に形成されたボール部と、前記第２電極パッド上に形成された接着部と、前記ボール部と前記接着部とを接続するワイヤ部とを有し、前記ボール部がＡｌとＡｕとの合金層により前記第１電極パッドと接合された導電性ワイヤと、
を有し、
（ｄ）前記導電性ワイヤ中にはパラジウム（Ｐｄ）が含まれ、
（ｅ）前記第１電極パッドの中心部間の距離は、６５μｍ未満であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１電極パッドの中心部間の距離は、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
（ａ）その主面に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜の露出領域である第１電極パッドが複数形成された半導体チップと、
（ｂ）前記半導体チップが搭載され、その主面に第２電極パッドが複数形成された配線基板と、
（ｃ）前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとを接続する金（Ａｕ）を主成分とする導電性ワイヤであって、前記第１電極パッド上に形成されたボール部と、前記第２電極パッド上に形成された接着部と、前記ボール部と前記接着部とを接続するワイヤ部とを有し、前記ボール部がＡｌとＡｕとの合金層により前記第１電極パッドと接合された導電性ワイヤと、
を有し、
（ｄ）前記導電性ワイヤ中にはパラジウム（Ｐｄ）が含まれ、
（ｅ）前記ボール部の最大外形の径は、５５μｍ未満であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記ボール部の最大外形の径は、４０μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
（ａ）その主面に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜の露出領域である第１電極パッドが複数形成された半導体チップと、
（ｂ）前記半導体チップが搭載され、その主面に第２電極パッドが複数形成された配線基板と、
（ｃ）前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとを接続する金（Ａｕ）を主成分とする導電性ワイヤであって、前記第１電極パッド上に形成されたボール部と、前記第２電極パッド上に形成された接着部と、前記ボール部と前記接着部とを接続するワイヤ部とを有し、前記ボール部がＡｌとＡｕとの合金層により前記第１電極パッドと接合された導電性ワイヤと、
を有し、
（ｄ）前記導電性ワイヤ中にはパラジウム（Ｐｄ）が含まれ、
（ｅ）前記ワイヤ部の径は、２５μｍ未満であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記ワイヤ部の径は、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属膜の膜厚は、１０００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項８】
前記金属膜の膜厚は、４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項９】
（ａ）その主面に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜の露出領域である第１電極パッドが複数形成された半導体チップと、
（ｂ）前記半導体チップが搭載され、その主面に第２電極パッドが複数形成された配線基板と、
（ｃ）前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとを接続する金（Ａｕ）を主成分とする導電性ワイヤであって、前記第１電極パッド上に形成されたボール部と、前記第２電極パッド上に形成された接着部と、前記ボール部と前記接着部とを接続するワイヤ部とを有し、前記ボール部がＡｌとＡｕとの合金層により前記第１電極パッドと接合された導電性ワイヤと、
を有し、
（ｄ）前記導電性ワイヤ中にはパラジウム（Ｐｄ）が含まれ、
（ｅ）前記金属膜の膜厚は、１０００ｎｍ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
（ａ）その主面に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜の露出領域である第１電極パッドが複数形成された半導体チップと、
（ｂ）前記半導体チップが搭載され、その主面に第２電極パッドが複数形成された配線基板と、
（ｃ）前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとを接続する金（Ａｕ）を主成分とする導電性ワイヤであって、前記第１電極パッド上に形成されたボール部と、前記第２電極パッド上に形成された接着部と、前記ボール部と前記接着部とを接続するワイヤ部とを有し、前記ボール部がＡｌとＡｕとの合金層により前記第１電極パッドと接合された導電性ワイヤと、
を有し、
（ｄ）前記導電性ワイヤ中にはパラジウム（Ｐｄ）が含まれ、
（ｅ）前記金属膜の膜厚は、４００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記配線基板は、ガラスエポキシ樹脂よりなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記配線基板は、ガラスエポキシ樹脂よりなり、前記半導体チップおよび導電性ワイヤは、モールド樹脂で封止されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記配線基板は、テープ状の樹脂よりなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１４】
（ｄ）前記導電性ワイヤ中の前記パラジウム（Ｐｄ）の濃度は１ｗｔ．％程度であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１５】
（ａ）その主面に第２電極パッドが複数形成された配線基板を準備する工程と、
（ｂ）その主面に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜の露出領域である第１電極パッドが複数形成された半導体チップを前記配線基板上に搭載する工程と、
（ｃ）前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとを金（Ａｕ）を主成分とする導電性ワイヤで接続する工程であって、
（ｃ１）前記第１電極パッド上に前記導電性ワイヤの一端を溶融し、溶融ボールを前記第１電極パッド上に接着し、
（ｃ２）前記導電性ワイヤの他端を前記第２電極パッド上に接着することによって、
（ｃ３）前記第１電極パッド上に形成されたボール部と、前記第２電極パッド上に形成された接着部と、前記ボール部と前記接着部とを接続するワイヤ部とを有し、前記ボール部がＡｌとＡｕとの合金層により前記第１電極パッドと接合された導電性ワイヤを形成する工程と、
を有し、
（ｄ）前記導電性ワイヤ中にはパラジウム（Ｐｄ）が含まれ、
（ｅ）前記（ｃ１）工程は、前記半導体チップの主表面が２００℃以下の状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記配線基板は、ガラスエポキシ樹脂よりなることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
（ｆ）前記半導体チップおよび前記導電性ワイヤを、モールド樹脂で封止する工程を有することを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記配線基板は、テープ状の樹脂よりなることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１電極パッドの中心部間の距離は、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第１電極パッドの中心部間の距離は、６５μｍ未満であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記ボール部の最大外形の径は、５５μｍ未満であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記ボール部の最大外形の径は、４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記ワイヤ部の径は、２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記ワイヤ部の径は、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記金属膜の膜厚は、１０００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
前記金属膜の膜厚は、４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
前記導電性ワイヤ中の前記パラジウム（Ｐｄ）の濃度は１ｗｔ．％程度であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、半導体チップと配線基板とをワイヤを用いて接続した半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップを機能させるためには、電気信号の入出力を外部へ取り出す必要がある。そのため、ＩＣチップ（半導体チップ）のボンディングパッド部と配線基板等の外部接続用端子とを金線（ボンディングワイヤ）で接続し、その後、ＩＣチップや金線等を樹脂で封止するという実装方法がある。
【０００３】
このような実装方法の場合には、金線とボンディングパッド部との接着強度の確保が重要となる。
【０００４】
例えば、特許文献１（特開平８−１２７８２８号公報）には、接着面積（圧着径）を小さくしても所定の剪断強度を得るため、高純度金にＰｄ（パラジウム）やＰｔ（白金）等を含有した母合金を用いて細線を形成する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２（特開平７−３３５６８６号公報）には、ワイヤボンディング用金合金細線に純度９９．９９５％以上の金を用い、ＣａやＢｅ等の金属を含有せしめヤング率の向上を図るとともに、必要に応じて銀と銅の他にＰｄまたはＰｔを含有させ接合強度を向上させる技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、半導体装置の研究・開発に従事しており、前述の金線や樹脂を用いた半導体装置の実装方法を採用している。
【０００７】
例えば、ＩＣチップの最上層のＡｌ膜（Ａｌ配線）の露出部であるボンディングパッド部上に、金線の一端を溶融させ超音波を印加しながら熱圧着（第１ボンド）することにより、ＩＣチップと金線とを接続し、金線の他端を配線基板上の外部接続用端子上に超音波を印加しながら熱圧着（第２ボンド）する。さらに、ＩＣチップや金線等を樹脂等で封止することによりパッケージを完成させる。
【０００８】
このような実装工程においては、ボンディングパッド部にＡｌとＡｕとの合金が形成されることによりＡｌ膜と金線の先端（ボール部）とが接続される。
【０００９】
一方、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の多機能化に伴い、ボンディングパッドの数（ピン数）が増加するとともに、そのピッチが狭くなり、また、ボンディングパッドの面積が減少する傾向にある。さらに、小面積のボンディングパッドに金線を接続するには、より細い金線を使用する必要がある。
【００１０】
また、ＬＳＩの微細化に伴い、最上層のＡｌ膜の薄膜化が要求される場合がある。また、逆に、電源配線等の低抵抗化を図るため、最上層のＡｌ膜が厚膜化する場合がある。
【００１１】
さらに、チップを搭載する配線基板の歪みを防止し、また、配線基板として樹脂基板（例えば、ガラスエポキシ樹脂基板やポリイミド樹脂フィルム等）を用いる場合には、ワイヤボンディング時の熱による脱ガスを防止するため、ボンディング温度を低下させる必要がある。
【００１２】
このような種々の要求を満たすべく、本発明者らが検討したところ、追って詳細に説明するように、ＰＣＴ（プレッシャー  クッカー  テスト）において断線不良が発生した。
【００１３】
本発明の目的は、ボンディングパッド部とボール部との接着性を向上させることにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、ボンディングパッド部とボール部との接着性を向上させることにより半導体装置の信頼性を向上させることにある。また、半導体装置の歩留まりを向上させることにある。
【００１５】
本発明の前記目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１７】
本発明の半導体装置は、（ａ）その主面に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜の露出領域である第１電極パッドが複数形成された半導体チップと、（ｂ）前記半導体チップが搭載され、その主面に第２電極パッドが複数形成された配線基板と、（ｃ）前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとを接続する金（Ａｕ）を主成分とする導電性ワイヤであって、前記第１電極パッド上に形成されたボール部と、前記第２電極パッド上に形成された接着部と、前記ボール部と前記接着部とを接続するワイヤ部とを有し、前記ボール部がＡｌとＡｕとの合金層により前記第１電極パッドと接合された導電性ワイヤと、を有し、（ｄ）前記導電性ワイヤ中にはパラジウム（Ｐｄ）が含まれ、（ｅ）前記第１電極パッドの中心部間の距離は、６５μｍ未満である。また、前記ボール部の最大外形の径を、５５μｍ未満としてもよい。また、前記ワイヤ部の径を、２５μｍ以下としてもよい。また、前記金属膜の膜厚を、１０００ｎｍ以上としてもよい。また、前記金属膜の膜厚を、４００ｎｍ以下としてもよい。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）その主面に第２電極パッドが複数形成された配線基板を準備する工程と、（ｂ）その主面に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜の露出領域である第１電極パッドが複数形成された半導体チップを前記配線基板上に搭載する工程と、（ｃ）前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとを金（Ａｕ）を主成分とする導電性ワイヤで接続する工程であって、（ｃ１）前記第１電極パッド上に前記導電性ワイヤの一端を溶融し、溶融ボールを前記第１電極パッド上に接着し、（ｃ２）前記導電性ワイヤの他端を前記第２電極パッド上に接着することによって、（ｃ３）前記第１電極パッド上に形成されたボール部と、前記第２電極パッド上に形成された接着部と、前記ボール部と前記接着部とを接続するワイヤ部とを有し、前記ボール部がＡｌとＡｕとの合金層により前記第１電極パッドと接合された導電性ワイヤを形成する工程と、を有し、（ｄ）前記導電性ワイヤ中にはパラジウム（Ｐｄ）が含まれ、（ｅ）前記（ｃ）工程は、前記半導体チップの主表面が２００℃以下の状態で行われるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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。なお、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。
【００２０】
（実施の形態１）
本実施の形態の半導体装置を図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態の半導体装置の要部平面図であり、図２は、要部断面図である。図２は、例えば図１のＡ−Ａ断面部に対応する。
【００２１】
図１および図２に示すように、配線基板１上には、半導体チップ３が搭載されている。
【００２２】
配線基板１は、コア部、その表面部および裏面部よりなる。表面部には、複数の電極パッド５が形成され、電極パッド５以外の領域は絶縁性の膜（保護膜）で覆われている。また、裏面部には、電極パッド７が形成され、その上には半田等よりなるバンプ電極９が形成されている。この電極パッド７以外の領域も絶縁性の膜（保護膜）で覆われている。
【００２３】
コア部は、その表面に銅（Ｃｕ）等よりなる配線が形成された樹脂基板が複数積層された構造となっており、バンプ電極９と電極パッド５とは各層の配線や層間のビア（接続部）を介して接続される。
【００２４】
コア部を構成する樹脂基板は、例えば、ガラス繊維にエポキシ系の樹脂を含浸させた高弾性樹脂基板である。このような基板もしくはこのような基板を有する配線基板をガラスエポキシ基板という。また、配線基板１の表面および裏面の保護膜は、例えば、二液性アルカリ現像液型ソルダーレジストインキもしくは熱硬化型一液性ソルダーレジストインキ等よりなる。また、電極パッド５および７は、例えば、Ｃｕ等よりなる配線の露出部である。
【００２５】
また、配線基板１は、例えば１３ｍｍ×１３ｍｍの矩形状であり、電極パッド５は、各辺に沿って２列に形成されている。また、２列の電極パッド５は、千鳥配置されている。また、バンプ電極９（電極パッド７）は、配線基板１の裏面に、例えばエリア配置される。
【００２６】
この配線基板１は、半導体チップ３をマザーボード等に実装する際のインターポーザとしての役割を果たす。
【００２７】
半導体チップ３は、配線基板１上に接着剤１１を用いて固定されている。また、半導体チップ３は、半導体基板上に形成された半導体素子、絶縁膜および配線等を有し、その表面（素子形成面）には、複数の電極パッド（「ボンディングパッド」、単に「パッド」とも言う）１３が形成されている。この電極パッド１３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等よりなる最上層配線（金属膜）の露出部である。最上層配線の膜厚は例えば２０００ｎｍ程度である。この電極パッド１３以外の領域は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜等よりなる無機系の絶縁膜やポリイミド樹脂膜等の有機系絶縁膜で覆われている。なお、最上層配線としてＡｌ合金が用いられることもある。
【００２８】
また、半導体チップ３は、例えば５ｍｍ×５ｍｍの矩形状であり、電極パッド１３は、各辺に沿って形成されている。この電極パッド１３のピッチは、５０μｍ程度である。ここで、ピッチとは複数の電極パッド１３の中心部間の距離Ｐ１をいう。
【００２９】
配線基板１の電極パッド５と半導体チップ３の電極パッド１３は、金（Ａｕ）等の導電性材料よりなるワイヤ（以下、「金ワイヤ」という）１５によって電気的に接続される。
【００３０】
この金ワイヤ１５は、９９．９９％（４Ｎ）の金にＰｄ（パラジウム）を含有させたものである。Ｐｄの濃度は、１ｗｔ．％（重量パーセント）程度で、金の濃度は約９９％である。
【００３１】
電極パッド１３との間の金ワイヤ１５による接続（第１ボンディング）は、いわゆるネイルヘッドボンディング（ｎａｉｌ  ｈｅａｄ  ｂｏｎｄｉｎｇ）により行われる。このボンディング工程は、キャピラリと呼ばれる中央に金ワイヤを通すために穴を開けたワイヤボンディングツールに金ワイヤを通し、金ワイヤの先端を電気トーチ等により溶融して球状にし、その先端を半導体チップの電極パッド１３上に置き、キャピラリにより一定の荷重を加え、部分的に熱溶着させて接合を行うものである。なお、接合の際、キャピラリに超音波エネルギーを加える。
【００３２】
このような方式によれば、釘（ｎａｉｌ）を逆さまにして頭（ｈｅａｄ）の部分で接合しているように見えることからネイルヘッドボンディングと呼ばれる。
【００３３】
その後、金ワイヤ１５は、電極パッド５上まで引っ張られ、電極パッド５上に超音波を印加しながら熱溶着された後、切断される（第２ボンディング）。なお、このボンディング工程の間、半導体チップ３および配線基板１は、ヒートブロックにより加熱されている。なお、ボンディング工程については、製造方法の説明において詳細に説明する。
【００３４】
従って、この金ワイヤ１５は、電極パッド１３上に位置するボール部１５ａと、第２電極パッド上に形成された接着部（圧着部）１５ｂと、ボール部１５ａと接着部１５ｂとを接続するワイヤ部１５ｃとからなる（図３、図６等参照）。
【００３５】
図３は、半導体チップ３の電極パッド１３部近傍の部分拡大図（断面図）であり、図４は、要部平面図である。図３は、図４のＢ−Ｂ断面部に対応する。なお、Ｍは、最上層配線を示し、この露出部が電極パッド１３となる。最上層配線Ｍの幅は、４５μｍ程度である。また、１２ａおよび１２ｂは、絶縁膜であり、１２ｂは、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜である。
【００３６】
図示するように、電極パッド１３は、短辺が約４０μｍの長方形状である。なお、本実施の形態においては、第１ボンディングの位置を千鳥配置するため、電極パッド１３を長方形状としているが、例えば図５に示すように約４０μｍ角の正方形状としてもよい。
【００３７】
また、前述したように電極パッド１３のピッチは、約５０μｍである。このように狭ピッチで配置された微細な電極パッド１３上のボンディングには、その直径が２０μｍ程度の細い金ワイヤ１５が用いられる。
【００３８】
即ち、ワイヤ部１５ｃの直径は、約２０μｍであり、ボール部１５ａの最大径は約４０μｍ（この場合３６μｍ）である。
【００３９】
なお、後述するように、ボール部１５ａと電極パッド１３の接合部には、ＡｌとＡｕの合金層が形成され、この合金層により接合する。
【００４０】
図６は、配線基板１の電極パッド５部近傍の部分拡大図（断面図）であり、図７は、要部平面図である。図６は、図７のＣ−Ｃ断面部に対応する。なお、電極パッド５は、銅膜５ａ、Ｎｉ膜５ｂおよびＡｕメッキ膜５ｃよりなり、Ａｕメッキ膜５ｃが金ワイヤ１５と接合する。これらの接合部（圧着部、接着部）を１５ｂとする。６は、ソルダーレジストインキである。
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、Ｐｄを含有する金ワイヤを用いたので、微細な電極パッド１３とボール部（圧着ボール部）１５ａとの接合強度を確保することができる。また、金ワイヤ１５（ワイヤ部１５ｃ）の直径が小さくなり、ボール部１５ａの最大径が小さくなっても接合強度を確保することができる。
【００４２】
また、金ワイヤ中のＰｄの含有率は１ｗｔ．％程度であるため、Ａｕメッキ膜５ｃと金ワイヤ１５（接着部１５ｂ）との接合面積に影響を与えず、接合強度を確保できる。例えば、図７の場合の接着面積は、Ｐｄを含有しない金ワイヤを用いた場合と同等である。なお、Ｐｄの含有率は１ｗｔ．％に限定されず、０．５〜１．５ｗｔ．％程度が望ましい。
【００４３】
また、図２に示すように、半導体チップ３および金ワイヤ１５は、モールド樹脂１７によって封止されている。このモールド樹脂１７は、例えばエポキシ系の熱硬化性絶縁樹脂よりなり、応力を低減するため、フェノール系硬化剤、シリコンゴムやフィラー（例えばシリカ）等が添加される。半導体チップ３等の封止には、後述するようにトランスファーモールディング法が用いられる。
【００４４】
次いで、本実施の形態の半導体装置の製造工程を図８〜図１８を参照しながら説明する。これらの図のうち図８〜図１１および図１３〜図１５は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す基板の要部平面図もしくは要部断面図である。
【００４５】
図８に示すように、複数の配線基板１が繋がったパネルＰＡおよび複数の半導体チップを準備する。なお、この時点では配線基板１の裏面にはバンプ電極９は形成されておらず、例えば電極パッド７が露出している。
【００４６】
次いで、図９に示すように、各配線基板１のチップ搭載領域（図８の破線）に接着剤１１を塗布し、その上部に半導体チップ３を搭載し、熱処理を施すことにより接着剤１１を硬化させ、半導体チップ３を固定する。
【００４７】
次いで、図１０に示すように、パネルＰＡ（配線基板１）をヒートブロック１９上の金属等よりなるヒートステージ１９ａとウインドクランパ２３との間で固定する。また、パネルＰＡは、その側部がシュート２５によって固定される。ヒートブロック１９内には、ヒーター２１が内蔵され、図示しない制御部によって所定の温度に保持される。
【００４８】
次いで、Ｐｄを含有する金ワイヤ１５を用いてネイルヘッドボンディングを行う。
【００４９】
即ち、図１１に示すように、キャピラリ２７に金ワイヤ１５を通し、金ワイヤの先端を電気トーチ等により溶融して球状にする。次いで、その先端を半導体チップの電極パッド１３上に置き、キャピラリにより一定の荷重および超音波を加えながら熱圧着させる（超音波併用熱圧着方式）。
【００５０】
図１２にキャピラリの動作を示す。図示するように、キャピラリ２７は電極パッド１３上に下降し、着地の検出後、一定の期間（発振前タイマ）をおいて荷重が加わると同時に超音波の発振が開始する。発振は徐々に大きくなり所定の発振パワーとなった後、一定の期間（発振時間）加えられる。その後、発振を終了し、荷重のみとなる。例えば、荷重は７８．４ｍＮ、超音波の発振出力は５０ｍＷ、発振時間は８ｍｓｅｃである。
【００５１】
なお、電極パッドのピッチやボール部の最大径が大きい場合には、荷重や出力が大きくなる。例えば、ピッチが８０μｍ、ボール径が５８μｍの場合には、荷重は１９６ｍＮ、超音波の発振出力は１００ｍＷ、発振時間は１５ｍｓｅｃ程度であり、また、ピッチが６５μｍ、ボール径が５０μｍの場合には、荷重は１４７ｍＮ、超音波の発振出力は１００ｍＷ、発振時間は１５ｍｓｅｃ程度である。
【００５２】
次いで、キャピラリ２７を配線基板１の電極パッド５まで移動し、電極パッド５上に金ワイヤ１５を超音波を印加しながら熱圧着するとともに金ワイヤ１５を切断する。
【００５３】
この動作を繰り返すことによって電極パッド１３と５との間を金ワイヤ１５で接続して行く。なお、図１３に示すように、第１ボンディングの位置を千鳥状態としてもよい。また、隣接する金ワイヤ１５のループ高さを変え、距離が大きいパッド間を高ループで、距離が小さいパッド間を低ループで接続してもよい。この際、例えば、距離が小さいパッド間をすべてボンディングした後、残りの距離が大きいパッド間をボンディングする。
【００５４】
次いで、図１４に示すように、パネルＰＡを成型金型の上型２９ａと下型２９ｂとで挟持し、上型と下型間の空洞であるキャビティー３１内に注入ゲート３３から溶融樹脂を注入する（トランスファーモールディング法）。この樹脂は、前述したように例えばエポキシ系の熱硬化性の樹脂である。その後、この樹脂を硬化させ、半導体チップ３の上部等をモールド樹脂１７で覆う（図２参照）。
【００５５】
次いで、パネルＰＡ（配線基板１）の裏面の電極パッド７上に半田等よりなるバンプ電極９を形成する（図２参照）。このバンプ電極９は、例えばボール状の半田を電極パッド７上に供給し、熱処理を施すことにより形成される。
【００５６】
次いで、パネルＰＡを配線基板１個毎に切断（ダイシング）することにより複数の半導体装置が形成される（図２参照）。
【００５７】
その後、製品の開発工程においては、製造された装置の寿命等、その特性の良否を判断するためＰＣＴ（プレッシャー  クッカー  テスト）が行われる。この試験は、半導体装置を例えば２気圧、１２１℃の高温多湿下に所定の時間放置する加速試験である。
【００５８】
本実施の形態の半導体装置にＰＣＴ試験を施したところ、断線不良等の発生はなかった。
【００５９】
このように、本実施の形態によれば、Ｐｄを含有する金ワイヤを用いたので、狭ピッチで配置された微細な電極パッドにボンディングしても所望の接合強度が得られる。また、ワイヤの直径が小さくても所望の接合強度が得られる。
【００６０】
これに対し、Ｐｄを含有させていない金ワイヤを用いた場合は、断線不良が確認された（比較試験１）。
【００６１】
また、比較的広ピッチで配置された大きな電極パッド、例えば、その短辺が６０μｍの長方形状で、そのピッチが６５μｍの電極パッドに、直径が２５μｍのＰｄを含有させていない金ワイヤを用いた場合には、断線不良が生じなかった（比較試験２）。この場合のボール部１５ａの最大径は５５μｍであった。
【００６２】
これは、図１５に示すように、狭ピッチで配置された微細な電極パッドにその直径が小さいＰｄを含有する金ワイヤを用いてボンディングした場合、その接合面積が小さくなる。また、ＡｌとＡｕが合金化し難く、合金層１４が不均一となる。また、ボール部１５ａに対しワイヤ部１５ｃが大きくなるため、特に、ボール部１５ａの中心付近においてＡｌとＡｕの合金層１４が形成し難くなる。図１６に、電極パッドが大きい場合（例えば上記比較試験２の場合）の合金層１４の生成状態を示す。
【００６３】
また、合金層１４が均一に形成された場合（例えば上記比較試験１の場合）であっても、図１７に示すように、ＰＣＴ時に合金層１４が成長し、金（Ａｕ）の割合が大きい合金であるＡｕ４Ａｌが形成されることが確認された。
【００６４】
即ち、図１７に示すように、ボンディング直後においては、最上層配線Ｍ（Ａｌ）側からＡｕ２ＡｌおよびＡｕ５Ａｌ２が合金層１４として形成され、その上部に金ワイヤのボール部１５ａ（Ａｕ）が位置するが、ＰＣＴ後には、合金化が進み、ボール部１５ａ（Ａｕ）とＡｕ５Ａｌ２との間にＡｕ４Ａｌ（Ａｌに対するＡｕの組成が大きい合金層）が生成している。
【００６５】
このＡｕ４Ａｌは、Ａｕ５Ａｌ２より接着性が悪く、このＡｕ４Ａｌ部で剥離が起こると考えられる。また、Ａｕ４Ａｌは、腐食しやすく、モールド樹脂１７から出る臭素により腐食しやすい。このような外的要因から腐食が進む場合は、さらに剥離しやすく、断線しやすくなる。なお、モールド樹脂１７中には、難燃剤として臭素を発生しやすい溶剤が用いられる。
【００６６】
このように、接合面積の縮小化に加え、Ａｕ４Ａｌの生成による接合強度の劣化が起こる。
【００６７】
また、配線基板１にガラスエポキシ樹脂を用いる場合には、ボンディング時等に発ガスしやすく、そのガスによって電極パッド１３の表面が荒らされ、また、異物が付着し、接合強度を弱める原因となる。なお、ガラス繊維にポリイミド系の樹脂を含浸させた高弾性樹脂基板を用いた場合も発ガスしやすい。また、ポリイミド系の樹脂を用いたテープ（フィルム）基板を用いた場合も同様の問題が生じやすい。
【００６８】
これに対して、本実施の形態においては、金ワイヤにＰｄを含有させたので、図１８に示すように、ＰＣＴ後においても、ＡｕとＡｌの相互拡散が抑制されＡｕ４Ａｌが形成され難くなる。図１８は、本実施の形態の半導体装置のボンディング直後およびＰＣＴ後の半導体チップ３の電極パッド１３部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【００６９】
このように、本実施の形態は、（１）そのピッチが６５μｍ未満、（２）ボール部の直径が５５μｍ未満もしくは（３）ワイヤ部の直径が２５μｍ以下となるような場合でも金ワイヤの接合強度を得られる。即ち、Ａｕ４Ａｌの生成を抑え、耐腐食性が向上し、Ａｕ５Ａｌ２の腐食による断線を防止できる。
【００７０】
また、さらに、微細化が進み、（１）そのピッチが５０μｍ以下、（２）ボール部の直径が４０μｍ以下もしくは（３）ワイヤ部の直径が２０μｍ以下となるような場合でも金ワイヤの接合強度を得られる。即ち、Ａｕ４Ａｌの生成を抑え、耐腐食性が向上し、Ａｕ５Ａｌ２の腐食による断線を防止できる。
【００７１】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、電極パッド１３の膜厚（最上層配線Ｍの膜厚）が１０００ｎｍ以上の場合について説明する。例えば、最上層配線Ｍは電源配線等として用いられることが多く、配線抵抗を低減する等の目的のために、厚膜化する場合がある。
【００７２】
なお、本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１で説明したの半導体装置の構成と同様であり、また、その製造方法も同様であるため、これらの詳細な説明を省略する。
【００７３】
図１９は、Ｐｄを含有しない金ワイヤ１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を用いた場合の電極パッド１３部近傍の部分拡大図（断面図）であり、図２０は、Ｐｄを含有した金ワイヤ１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を用いた場合の電極パッド１３部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【００７４】
図１９に示すように、電極パッド１３の膜厚が１０００ｎｍ以上の場合に、Ｐｄを含有しない金ワイヤを用いると、図１９に示すように接合面積が小さくなる。これは、電極パッド１３の膜厚が厚い場合には、見かけ上パッドが柔らかく見えること（いわゆる座布団効果）により、キャピラリ２７で抑えていないボール部の中心には合金層１４が形成しずらくなるためと考えられる。
【００７５】
さらに、実施の形態１で説明したように、ＰＣＴ後にはＡｕ４Ａｌが生じやすく、接合強度を確保することができない。即ち、Ａｕ４Ａｌの腐食により、断線しやすくなる。
【００７６】
また、形成される合金層１４のうちＡｕ５Ａｌ２は、電極パッド１３、即ちＡｌの供給源から遠くなるため、Ａｕ５Ａｌ２からＡｌが奪われやすく、Ａｕ４Ａｌに変化しやすい。
【００７７】
そこで、図２０に示すように、電極パッド１３の膜厚が１０００ｎｍ以上の場合は、金ワイヤ１５（ボール部１５ａ）の接合強度を確保するためＰｄを含有させる。この場合、ＡｕとＡｌの相互拡散が抑制され、ＰＣＴ後においても、Ａｕ４Ａｌが形成され難くなる。その結果、接合面積が小さくなっても、接合強度を確保することができる。即ち、Ａｕ４Ａｌの生成を抑え、耐腐食性が向上し、Ａｕ５Ａｌ２の腐食による断線を防止できる。
【００７８】
また、形成される合金層１４のうちＡｕ５Ａｌ２は、電極パッド１３、即ちＡｌの供給源から近いため、Ａｕ４Ａｌに変化しずらくなる。
【００７９】
このように、本実施の形態は、電極パッド１３の膜厚が１０００ｎｍ以上の場合でも接合強度を得られる。即ち、Ａｕ４Ａｌの生成を抑え、耐腐食性が向上し、Ａｕ５Ａｌ２の腐食による断線を防止できる。
【００８０】
なお、本実施の形態においては、電極パッドの形状は実施の形態１のものに限定されない。また、実施の形態１のように狭ピッチで微細な電極パッドであり、かつその膜厚が１０００ｎｍ以上のものに適用してより効果的である。
【００８１】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、電極パッド１３の膜厚が４００ｎｍ以下の場合について説明する。半導体装置の微細化に伴って、半導体素子間を繋ぐ配線も微細化の傾向にある。配線幅を細くする等、微細加工を行うには、配線が薄いことが望ましい。
【００８２】
なお、本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１で説明したの半導体装置の構成と同様であり、また、その製造方法も同様であるため、これらの詳細な説明を省略する。
【００８３】
図２１は、Ｐｄを含有しない金ワイヤ１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を用いた場合の電極パッド１３部近傍の部分拡大図（断面図）であり、図２２は、Ｐｄを含有した金ワイヤ１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を用いた場合の電極パッド１３部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【００８４】
図２１に示すように、電極パッド１３の膜厚が４００ｎｍ以下の場合に、Ｐｄを含有しない金ワイヤを用いると、ＰＣＴ後に電極パッド１３を構成する最上層配線Ｍの下部まで合金層１４が成長する。即ち、ボール部１５ａの下にＡｌが存在しなくなる。その結果、Ａｌの供給が停止し、Ａｕ５Ａｌ２からＡｌが奪われやすく、Ａｕ５Ａｌ２上にＡｕ４Ａｌが形成されやすくなる。
【００８５】
これに対し、図２２に示すように、電極パッド１３の膜厚が４００ｎｍ以上の場合に、金ワイヤの接合強度を確保するためＰｄを含有させた金ワイヤを用いると、ＡｕとＡｌの相互拡散が抑制され、ＰＣＴ後においても、Ａｕ４Ａｌが形成され難くなる。即ち、耐腐食性が向上し、Ａｕ５Ａｌ２の腐食による断線を防止できる。
【００８６】
また、合金化が抑制され、ボール部１５ａの下にＡｌが存在し、接合強度を確保することができる。
【００８７】
このように、本実施の形態は、電極パッド１３の膜厚が４００ｎｍ以下の場合でも接合強度を得られる。即ち、Ａｕ４Ａｌの生成を抑え、耐腐食性が向上し、Ａｕ５Ａｌ２の腐食による断線を防止できる。
【００８８】
なお、本実施の形態においては、電極パッドの形状は実施の形態１のものに限定されない。また、実施の形態１のように狭ピッチで微細な電極パッドであり、かつその膜厚が４００ｎｍ以下のものに適用してより効果的である。
【００８９】
（実施の形態４）
本実施の形態においては、ボンディング温度が低温（２００℃以下）の場合について説明する。ボンディング温度とは、半導体チップの表面温度もしくは電極パッド１３の表面温度を示す。
【００９０】
実施の形態１において説明したように、ガラスエポキシ樹脂は、高温雰囲気に晒すと脱ガスする。
【００９１】
このガスが、電極パッド１３の表面を荒らし、また、異物発生の原因となる。また、熱応力によるパネルＰＡ（配線基板１）の歪みを防止するため、ボンディング温度は低温化する傾向にある。
【００９２】
なお、本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１で説明したの半導体装置の構成と同様であり、また、その製造方法も同様であるため、これらの詳細な説明を省略する。
【００９３】
図２３は、ボンディング温度が低温の場合の電極パッド１３部近傍の部分拡大図（断面図）であり、図２４は、ボンディング温度が高温の場合の電極パッド１３部近傍の部分拡大図（断面図）である。なお、これらの図においてはヒートステージの図示を省略する。
【００９４】
図２３に示すように、ボンディング温度が２００℃以下、例えばヒートブロック１９の温度が１９０℃、半導体チップ３の表面温度が１５０℃〜１７０℃の場合に、Ｐｄを含有しない金ワイヤ１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を用いると、合金反応が進みにくくなり、接合面積が小さくなる。言い換えれば、合金層１４が電極パッド１３とボール部１５ａとの接触部全面に形成されず、不連続（不均一）となる。
【００９５】
さらに、実施の形態１で説明したように、ＰＣＴ後にＡｕ４Ａｌが生じると、接合強度を確保することが益々困難となる。即ち、Ａｕ４Ａｌの腐食により断線しやすくなる。
【００９６】
なお、図２４に示すように、ボンディング温度を高温、例えばヒートブロック１９の温度が２６０℃、半導体チップの表面温度が２４０℃程度であれば、合金反応が進み、接合面積を確保することができる。
【００９７】
そこで、本実施の形態においては、ボンディング温度が２００℃以下、例えばヒートブロックの温度が１９０℃、半導体チップの表面温度が１５０℃〜１７０℃の場合に、金ワイヤの接合強度を確保するためＰｄを含有させた。即ち、金ワイヤにＰｄを含有させ、Ａｕ４Ａｌの生成を抑えた。その結果、耐腐食性が向上し、Ａｕ５Ａｌ２の腐食による断線を防止できる。
【００９８】
即ち、ＡｕとＡｌの相互拡散が抑制され、ＰＣＴ後においても、Ａｕ４Ａｌが形成され難くなる。よって、接合強度を確保することができる。
【００９９】
なお、実施の形態１で断線不良が生じなかった場合として説明した、その短辺が６０μｍの長方形状で、そのピッチが６５μｍの電極パッドに、直径が２５μｍのＰｄを含有させていない金ワイヤを用いてボンディングした時のボンディング温度は、例えばヒートブロックの温度が２３０℃、半導体チップの表面温度が２００℃である。
【０１００】
このように、本実施の形態は、ボンディング温度が２００℃以下の場合でも接合強度を得られる。即ち、Ａｕ４Ａｌの生成を抑え、耐腐食性が向上し、Ａｕ５Ａｌ２の腐食による断線を防止できる。
【０１０１】
なお、本実施の形態においては、電極パッドの形状は実施の形態１のものに限定されない。また、実施の形態１のように狭ピッチで微細な電極パッドであり、かつボンディング温度（半導体チップの表面温度）が２００℃以下のものに適用してより効果的である。
【０１０２】
また、電極パッドの膜厚が１０００ｎｍ以上もしくは４００ｎｍ以下であるという条件が加わる場合には、接合強度を確保することがかなり困難になることが予想されるため、そのような場合に本実施の形態を適用すればより効果的である。
【０１０３】
なお、実施の形態２〜４において用いられる金ワイヤのＰｄの濃度は、実施の形態１の場合と同程度が好ましい。
【０１０４】
また、前記実施の形態においては、配線基板１としてガラスエポキシ樹脂を用いる場合について詳しく説明したが、本発明は、ガラス繊維にポリイミド系の樹脂を含浸させた高弾性樹脂基板を用いた場合やポリイミド系の樹脂を用いたテープ（フィルム）基板を用いた場合にも適用可能である。
【０１０５】
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。
【０１０６】
また、前記実施の形態の各条件は、矛盾しない限り適宜組合せ可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
本願によっ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、以下の通りである。
【０１０８】
半導体チップの主表面に形成されたＡｌを主成分とする金属膜の露出領域である第１電極パッドと配線基板の第２電極パッドとを接続する金（Ａｕ）を主成分とする導電性ワイヤにＰｄを含有させることにより、第１電極パッドの中心部間の距離が６５μｍ未満、ボール部の最大外形の径が５５μｍ未満もしくはワイヤ部の径が２５μｍ以下の場合でも第１電極パッドと導電性ワイヤとの接合強度を確保できる。また、金属膜の膜厚が１０００ｎｍ以上もしくは４００ｎｍ以下の場合でも接合強度を確保できる。また、ボンディング温度が２００℃以下の場合でも接合強度を確保できる。即ち、Ａｕ４Ａｌの生成を抑え、耐腐食性が向上し、Ａｕ５Ａｌ２の腐食による断線を防止できる。
【０１０９】
また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体装置の要部平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１である半導体装置の要部断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１である半導体装置の半導体チップの電極パッド部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【図４】本発明の実施の形態１である半導体装置の半導体チップの電極パッド部近傍の要部平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１である半導体装置の他の電極パッドの形状を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１である半導体装置の配線基板の電極パッド部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【図７】本発明の実施の形態１である半導体装置の配線基板の電極パッド部近傍の要部平面図である。
【図８】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程を示す基板の要部平面図である。
【図９】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程を示す基板の要部平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程を示す基板の要部断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程を示す基板の要部断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態である半導体装置の製造工程に用いられるキャピラリの動作を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程を示す基板の要部平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程を示す基板の要部断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程を示す基板の要部断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態１の効果を説明するための半導体装置の要部断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態１の効果を説明するための半導体装置の要部断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態１である半導体装置のボンディング直後およびＰＣＴ後の半導体チップの電極パッド部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【図１９】本発明の実施の形態２においてＰｄを含有しない金ワイヤを用いた場合の電極パッド部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【図２０】本発明の実施の形態２である半導体装置のボンディング直後およびＰＣＴ後の半導体チップの電極パッド部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【図２１】本発明の実施の形態３においてＰｄを含有しない金ワイヤを用いた場合の電極パッド部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【図２２】本発明の実施の形態３である半導体装置のボンディング直後およびＰＣＴ後の半導体チップの電極パッド部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【図２３】ボンディング温度が低温の場合の電極パッド部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【図２４】ボンディング温度が高温の場合の電極パッド部近傍の部分拡大図（断面図）である。
【符号の説明】
１    配線基板
３    半導体チップ
５    電極パッド
５ａ    銅膜
５ｂ    積層膜
５ｃ    Ａｕメッキ膜
６    ソルダーレジスト
７    電極パッド
９    バンプ電極
１１    接着剤
１２ａ  絶縁膜
１２ｂ  絶縁膜
１３    電極パッド
１４    合金層
１５    金ワイヤ
１５ａ    ボール部
１５ｂ    接着部
１５ｃ    ワイヤ部
１７    モールド樹脂
１９    ヒートブロック
１９ａ  ヒートステージ
２１    ヒーター
２３    ウインドクランパ
２５    シュート
２７    キャピラリ
２９ａ    上型
２９ｂ    下型
３１    キャビティー
３３    注入ゲート
Ｍ    最上層配線
Ｐ１    ピッチ（パッドの中心間距離）
ＰＡ    パネル
【図１】
2004303861.tif 000003
【図２】
2004303861.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004303861.tif 000006
【図５】
2004303861.tif 000007
【図６】
2004303861.tif 000008
【図７】
2004303861.tif 000009
【図８】
2004303861.tif 000010
【図９】
2004303861.tif 000011
【図１０】
2004303861.tif 000012
【図１１】
2004303861.tif 000013
【図１２】
2004303861.tif 000014
【図１３】
2004303861.tif 000015
【図１４】
2004303861.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2004303861.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2004303861.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2004303861.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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