(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体チップの電極と接続部材の接合を向上可能な半導体製造装置及びその装置を用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体製造装置は，電極３３を有する半導体チップ３１が載置されるボンディングステージ１２と，電極３３に第１部材の接続部材である銅ワイヤを接合するキャピラリと，前記キャピラリに荷重を与える荷重供給部と，前記接続部材の先端に形成されたボール表面に前記第１部材と異なる第２部材である金を成膜する成膜部４０とを備える。半導体装置は，第１材料の接続部材の先端にボールを形成する工程と，前記ボール表面に第２部材を成膜する工程と，前記第２部材が表面に形成されたボールを半導体チップ３１の電極３３にボンディングするボンディング工程とを備える。【選択図】図２
2013171944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１材料の接続部材の先端にボールを形成する工程と，
前記ボール表面に前記第１部材と異なる第２部材を成膜する工程と，
前記第２部材が表面に形成されたボールを半導体チップの電極にボンディングするボンデ
ィング工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
略半球形の窪みを有する成膜ステージ上に前記第２部材の膜が載置されたのちに，
前記ボールは，前記第２部材の膜を介して前記窪みに係合し，
前記ボール表面に前記第１部材と異なる第２部材を成膜することを特長とする請求項１記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
電極を有する半導体チップが載置されるボンディングステージと，
前記電極に第１部材の接続部材を接合するキャピラリと，
前記接続部材の先端に形成されたボール表面に前記第１部材と異なる第２部材を成膜する
成膜部と
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
前記成膜部は，
複数の略半球形の窪みを有する成膜ステージと，
前記成膜ステージ上に載置された第２部材の膜と
を備えることを特徴とする請求項３記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記窪みの少なくとも一部を覆うように，通電可能な通電機構を設けることを特徴とする
請求項４記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は，半導体製造装置及びその装置を用いた半導体装置の製造方法に関
する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の組立工程では，金ワイヤを使用したワイヤボンディングが主流であるが，金ワ
イヤに比べ材料コストが安い銅ワイヤを使用したボンディングが行われつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４０６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は，半導体チップの電極と接続部材の接合を向上可能な半導体製造装置及びそ
の装置を用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の半導体装置の製造方法は，第１材料の接続部材の先端にボールを形成する工
程と，前記ボール表面に前記第１部材と異なる第２部材を成膜する工程と，前記第２部材
が表面に形成されたボールを半導体チップの電極にボンディングするボンディング工程と
を備える。
【０００６】
実施形態の半導体製造装置は，電極を有する半導体チップが載置されるボンディングス
テージと，前記電極に第１部材の接続部材を接合するキャピラリと，前記キャピラリに荷
重を与える荷重供給部と，前記接続部材の先端に形成されたボール表面に前記第１部材と
異なる第２部材を成膜する成膜部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態にかかる半導体製造装置の概略を示す側面図である。
【図２】第１の実施形態にかかる半導体製造装置のボンディングステージ１２を上面視した図である。
【図３】図２のＸ−Ｘの断面を拡大した図である。
【図４】図４（ａ）は、本実施形態の半導体製造装置を用いたボンディング工程を示すフローチャート図である。図４（ｂ）は，図４のうち，ステップ２を具体的に示したフローチャート図である。
【図５】ステップＳ２の際，ボール２０及び窪み４１を拡大した拡大図
【図６】変形例１の半導体製造装置のうち，窪み４１部分を示す側方断面図である。
【図７】変形例２の半導体製造装置のうち，貫通孔４８の部分を示す側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下，本発明の実施形態について，図面を参照しながら説明する。なお，図面は模式的
または概念的なものであり，各部分の厚みと幅との関係，部分間の大きさの比係数などは
，必ずしも現実のものと同一とは限らない。また，同じ部分を表す場合であっても，図面
により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
【０００９】
また，本願明細書と各図において，既出の図に関して前述したものと同様の要素には同
一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
［半導体製造装置の構成］
まず，第１の実施形態の半導体製造装置について，図１を用いて説明する。図１は第１
の実施形態にかかる半導体製造装置の概略を示す側面図である。
【００１１】
図１に示すように，半導体製造装置は，架台１１と，ボンディングステージ１２と，
キャピラリ１３と，ボンディングアーム１４と，トーチ１５と，カットクランパー１７と
，カメラ１８とを備えている。
【００１２】
架台１１は，ボンディングステージを支える機能を有する。ボンディングステージ１２
は，ボンディング対象物３０である半導体チップ，支持基板またはリードフレム等を載置
するためのステージである。ボンディングステージ１２は，駆動装置（図示略）によりＸ
，Ｙ方向に可動できる。
【００１３】
キャピラリ１３は，ボンディングアーム１４の先端部に取り付けられている。キャピラ
リ１３は，その中心部に貫通孔を有する。金製のワイヤ（接続部材）１９がこの貫通孔に
挿通されている。ここで，ワイヤ１９は，例えば銅（第１材料）で形成される。
【００１４】
キャピラリ１３の先端部から突出したワイヤ１９の先端では，トーチ１５とワイヤ１９
と間に電圧が印加されることで生じるスパークによって，キャピラリ１３の先端から突出
したワイヤ１９が溶融される。その結果，ボール２０がワイヤ１９の先端部に形成される
。
【００１５】
ボンディングアーム１４は，キャピラリ１３をボンディングステージ１２上に載置され
るボンディング対象物３０に対して接離方向であるＺ方向，即ちボンディングステージ１
２に対して上昇，下降できる。または，荷重供給機構（図示略）は，ボンディングアーム
１４に荷重を供給する。その結果，ボンディングアーム１４はＺ方向に上昇，下降できる
。
【００１６】
また，ボンディングアーム１４には，さらに超音波発振機構（図示略）により超音波エ
ネルギーが与えられるが，ボンディングアーム１４自体を，超音波振動させる機能を有す
る超音波トランスデューサとしてもよい。なお，超音波の発振を入切する制御装置（図示
略）が付加されたボンディングアーム１４としてもよい。
【００１７】
カットクランパー１７は，ボンディング工程ののちにワイヤ１９を切断する機能を有す
る。
【００１８】
ボンディング対象物３０は，例えば半導体チップ３１の電極（以下，第１電極という）３
３と支持基板３２の外部取り出し電極(以下，第２電極という)３４である。これらの電極
の材料は，例えば銅（第１材料）を使用する。電極の材料は，銅に限定されることなく，
例えばニッケルやスズ等（第１材料）でもよい。
【００１９】
次に，本実施形態のボンディングステージ１２に設けられた成膜部４０について，図２
を用いて説明する。図２は，第１の実施形態にかかる半導体製造装置のボンディングステ
ージ１２を上面視した図である。図３は，図２のＸ−Ｘの断面を拡大した図である。
【００２０】
図２に示すように，成膜部４０はボンディングステージ１２に形成される。成膜部４０
は，複数の窪み４１と，第１ロール４２と，第２ロールの部分（以下、第２ロールを４３
と説明する場合もある）４３を有する。複数の窪み４１それぞれは，略半球形状の窪みで
ある。なお，窪み４１の形状は略半球形状である場合に限定されることなく，ワイヤ１９
の先端に形成されたボール表面と係合する形状であればよい。
【００２１】
図３に示すように，第１ロール４２は，例えば金材料（第２材料）のシートが巻かれた
ロールである。なお，第２材料として金を用いて説明したが，これに限定されることなく
，第１材料と異なる材料であればよい。
【００２２】
第１ロール４２は，ボンディングテーブル１２に接続するように設けられる。ここで，
第１ロール４２の搬出口は，ボンディングテーブル１２に向けて設けられる。第１ロール
に巻かれた金材料のシート４４が搬出されて，複数の窪み４１を覆うように載置される。
第２ロール４３は，金材料のシート４４を巻き取る機能を有する。具体的には，第１ロー
ル４２の搬出口から搬出された金材料のシート４４を第２ロール４３が巻き取る構成であ
る。
【００２３】
ここで，第１ロール４２と第２ロール４３の動作は，例えば図示せぬカメラを用いて制
御される。
【００２４】
［ボンディング工程］
次に，本実施形態の半導体製造装置を用いたボンディング工程について，図１，図４及
び図５のフローチャート図を用いて説明する。
【００２５】
図４（ａ）は，本実施形態の半導体製造装置を用いたボンディング工程を示すフローチ
ャート図である。図４（ｂ）は，図４のうち，ステップ２を具体的に示したフローチャー
ト図である。図５はステップＳ２の際，ボール２０及び窪み４１を拡大した拡大図である
。
【００２６】
例えばＡｒアルゴンガスの雰囲気中で，図４に示すように，まず，ステップＳ１で，キ
ャピラリ１３の先端部から突出したワイヤ１９の先端では，トーチ１５とワイヤ１９と間
に電圧が印加されることで生じるスパークによって，キャピラリ１３の先端から突出した
ワイヤ１９が溶融される。その結果，ボール２０がワイヤ１９の先端部に形成される。
【００２７】
ステップＳ２で，銅のワイヤ１９に形成されたボール２０表面に金膜を形成する。具体
的には，ワイヤ１９の先端部にボール２０が形成された状態で，キャピラリ１３は駆動装
置（図示略）の制御によって成膜部４０に移動する。駆動装置によって，キャピラリ１３
は，直下に窪み４１がある位置まで移動する。そののち，ボンディングアーム１４の制御
によって，キャピラリ１３は下降する。
【００２８】
その結果，先端のボール２０が直下にある金材料のシート４４を押し圧し，ボール２０
が窪みに係合する。このとき，ボール２０の表面のうち，ボンディングステージ１２側の
表面に金材料のシートが付着する。したがって，ボール２０表面に金膜が形成される（図
４（ｂ）のステップＳ２−１，図５（ａ）参照）。
【００２９】
ボンディングアーム１４の制御によって，キャピラリ１３は上昇する。キャピラリ１３
の上昇する力によって，金材料のシート４４のうち，ボール表面に付着した部分とそれ以
外の金材料のシートに分離される。したがって，図５（ｂ）に示すように，ワイヤ１９の
先端部に形成されたボール２０表面に金膜を形成することができる（図４（ｂ）のステッ
プＳ２−２参照）。
【００３０】
ステップＳ３で，図５（ｂ）の状態で，第１電極３３や第２電極３４をボンディングす
る。
【００３１】
［第１実施形態の効果］
以上より，実施形態は，半導体チップの電極と接続部材の接合を向上可能な半導体製造
装置及びその装置を用いた半導体装置の製造方法を提供できる。以下，具体的に説明する
。説明の便宜上，ワイヤ１９が銅材料で，第１電極３３や第２電極３４が銅材料のときに
金膜を形成せずにワイヤ１９と第１及び第２電極３３，３４を接合する比較例と比較して
，本実施形態の効果を説明する。
【００３２】
ワイヤ１９が銅材料のとき，スパークで形成されるボール２０の形状は，ワイヤが金材
料のときのボールの形状と比較して下方向（ボンディングステージ側）に延びた形状とな
る。これは，銅材料の硬さが金材料よりも高いことにより表面張力によるボール２０の球
状形成に影響があるためである。このため，ワイヤ１９が銅材料のときのボール２０をそ
のまま第１電極３３や第２電極３４に接合すると，ワイヤが金材料のときのボールの形状
と比較して接触面積が少なく接合力が低下する場合がある。
【００３３】
しかし，本実施形態では，ワイヤ１９の先端に形成されたボール２０の表面にワイヤ２
０の材料（第１材料）とは異なる金膜（第２材料）で成膜する。したがって，本実施形態
では，ワイヤ１９と第１及び第２電極３３，３４の接合部分に，ワイヤ１９，第１及び第
２電極３３，３４の第１材料と，ボール２０に成膜された第２材料の合金を形成できる。
その結果，本実施形態は，比較例と比較して，半導体チップの電極と接続部材の接合を向
上可能な半導体製造装置及びその装置を用いた半導体装置の製造方法を提供できる。
【００３４】
（変形例１）
次に本実施形態の変形例について，図６を用いて説明する。図６は，変形例１の半導体
製造装置のうち，窪み４１部分を示す側方断面図である。
【００３５】
変形例１の半導体製造装置は，第１実施形態の半導体製造装置に対して，通電機構４５
，４６と、通電機構４５，４６を制御する制御部４７を設ける点で相違し，その他の構成
は同様であり詳細な説明は省略する。
【００３６】
［変形例１の半導体製造装置の構成］
図６（ａ）に示すように、通電機構４５は、所望の電流を通電する機能を有する。この
通電機構４５は、窪み４１の端部を囲むように配置される。
【００３７】
ボール２０が金材料のシート４４を押し圧し窪み４１と係合するとき、制御部４７は通
電機構４５に所望の電流を通電するように制御する。この通電によって、金材料のシート
４４のうち、窪み４１に押し圧された金材料のシートと、それ以外の金材料のシートを分
離することができる。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、通電機構４５が窪み４１の端部を囲むように配置される場合
に限られず、例えば、図６（ｂ）に示すように、通電機構４６が窪み４１全体を囲むよう
に配置されてもよい。
【００３９】
［変形例１の効果］
変形例１でも、第１実施形態と同様に、半導体チップの電極と接続部材の接合を向上可
能な半導体製造装置及びその装置を用いた半導体装置の製造方法を提供できる。
【００４０】
また、第１実施形態では、キャピラリ１３の上昇する物理的な力を用いて、金材料のシ
ート４４のうち，ボール表面に付着した部分とそれ以外の金材料のシートに分離していた
。このため、ボール表面に付着する金材料のシート４４を所望の範囲に成膜できない場合
がある。
【００４１】
しかし、変形例１の実施形態は、通電機構４５、４６を有する。例えば、図６（ａ）に
示すように、通電機構４５が窪み４１の端部を囲むように配置されて、通電機構４５に通
電されるため、通電機構４５よりも窪み４１内側に形成された金材料のシート４４をより
確実にボール表面に形成することができる。図６（ｂ）に示すように、通電機構４６が窪
み４１を囲むように配置されて、通電機構４５に通電されるため、窪み４１に形成された
金材料のシート４４が、ボール２０表面に成膜され、より確実にボール表面に金膜を形成
することができる。
【００４２】
（変形例２）
次に本実施形態の変形例について，図７は、変形例２の半導体製造装置のうち，貫通孔
４８の部分を示す側方断面図である。
【００４３】
変形例１の半導体製造装置は，第１実施形態の半導体製造装置に対して，複数の貫通孔
４８とレーザー発生器４９を設ける点で相違し，その他の構成は同様であり詳細な説明は
省略する。
【００４４】
［変形例１の半導体製造装置の構成］
図７に示すように、複数の貫通孔４８は、ボンディングステージ１２を貫通する孔であ
る。複数の貫通孔４８それぞれは、複数の窪み４１それぞれと同一の位置に配置される。
レーザー発生器４９は、貫通孔４８に照射するレーザーを発生し、貫通孔４８に発生した
レーザーを、貫通孔４８を介して、照射する機能を有する。
【００４５】
ボール２０が金材料のシート４４を押し圧し、ボール２０の一部が貫通孔４８に入ると
き、レーザー発生器４９からレーザー光が照射される。このレーザー光によって、金材料
のシート４４のうち、窪み４１に押し圧された金材料のシートと、それ以外の金材料のシ
ートを分離することができる。
【００４６】
［変形例２の効果］
変形例２でも、第１実施形態と同様に、半導体チップの電極と接続部材の接合を向上可
能な半導体製造装置及びその装置を用いた半導体装置の製造方法を提供できる。
【００４７】
また、第１実施形態では、キャピラリ１３の上昇する物理的な力を用いて、金材料のシ
ート４４のうち，ボール表面に付着した部分とそれ以外の金材料のシートに分離していた
。このため、ボール表面に付着する金材料のシート４４を所望の範囲に成膜できない場合
がある。
【００４８】
しかし、変形例２の実施形態は、レーザー発生器４９を有する。例えば、図７に示すよ
うに、ボール２０が金材料のシート４４を押し圧し、ボール２０の一部が貫通孔４８に入
るとき、レーザー発生器４９からレーザー光が照射される。このレーザー光によって、金
材料のシート４４のうち、窪み４１に押し圧された金材料のシートと、それ以外の金材料
のシートを分離することができる。
【００４９】
以上，本発明の実施形態を説明したが，本発明は上記実施形態に限定されるものではな
く，その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さら
に，上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており，開示された構成要件を適宜組み
合わせることによって種々の発明が抽出される。例えば，開示された構成要件からいくつ
かの構成要件が削除されても，所定の効果が得られるものであれば，発明として抽出され
得る。
【符号の説明】
【００５０】
１１…架台
１２…ボンディングステージ
１３…キャピラリ
１４…ボンディングアーム
１５…トーチ
１７…カットクランパー
１８…カメラ
２０…ボール
３０…ボンディング対象物
４０…成膜部
４１…窪み
４２…第１ロール
４３…第２ロール
４４…金材料のシート
【図１】
2013171944.tif 000003
【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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