JP2000286287A - ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ボンディングワイヤのボンディング時に印加
される加重と超音波エネルギーのエネルギー不足によ
り、Al電極1表面の自然酸化膜3が除去されずに残っ
てしまった場合に生じる接合(絶縁)不良を防止する。 【解決手段】 半導体製品のチップ上のAl電極1にボ
ンディングワイヤをボンディングする装置に、レーザ8
を配置し、ボンディングに先立ってレーザ光を照射して
Al電極1上の自然酸化膜3を除去する(a)。その後
に、ワイヤボンディングを行う[(b)、(c)、
(d)]。
される加重と超音波エネルギーのエネルギー不足によ
り、Al電極1表面の自然酸化膜3が除去されずに残っ
てしまった場合に生じる接合(絶縁)不良を防止する。 【解決手段】 半導体製品のチップ上のAl電極1にボ
ンディングワイヤをボンディングする装置に、レーザ8
を配置し、ボンディングに先立ってレーザ光を照射して
Al電極1上の自然酸化膜3を除去する(a)。その後
に、ワイヤボンディングを行う[(b)、(c)、
(d)]。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のチッ
プ上の電極とボンディングワイヤとを接合するワイヤボ
ンディング装置とワイヤボンディング方法に関し、特
に、その接合強度を向上させるための改良に関する。
プ上の電極とボンディングワイヤとを接合するワイヤボ
ンディング装置とワイヤボンディング方法に関し、特
に、その接合強度を向上させるための改良に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体チップ上の電極との接続のため
に、電極に金細線などからなるボンディングワイヤを接
触させ、超音波振動を与えて接合する超音波熱圧着方式
によるワイヤボンディング方法が広く用いられている。
超音波熱圧着方式では、ボンディングワイヤを被接合物
に加重をかけて押し付け、加熱しつつ超音波振動を加え
てワイヤを電極およびインナーリードなどの被接合物に
接合する。
に、電極に金細線などからなるボンディングワイヤを接
触させ、超音波振動を与えて接合する超音波熱圧着方式
によるワイヤボンディング方法が広く用いられている。
超音波熱圧着方式では、ボンディングワイヤを被接合物
に加重をかけて押し付け、加熱しつつ超音波振動を加え
てワイヤを電極およびインナーリードなどの被接合物に
接合する。
【0003】図2は、従来の超音波熱圧着方式のワイヤ
ボンディング方法の工程を説明する工程順の断面図であ
る。現在、電極とボンディングワイヤの材質としては、
それぞれアルミニウムと金が多く用いられている。電極
の材料をAl(アルミニウム)、ボンディングワイヤの
材質を金として、従来の超音波熱圧着方式のワイヤボン
ディング方法について説明する。図2に示すように、半
導体チップ(図示なし)の表面に形成されたAl電極1
上には、自然酸化膜3が形成されている。このAl電極
1上にワイヤボンディングを施すに当たって、ボンディ
ングワイヤである金線2の先端部には金ボール5が形成
される。金ボール5が形成された金線2はキャピラリ4
に保持され、Al電極1上に待機している〔図2
(a)〕。このとき、半導体チップは予め所定の温度に
加熱されている。
ボンディング方法の工程を説明する工程順の断面図であ
る。現在、電極とボンディングワイヤの材質としては、
それぞれアルミニウムと金が多く用いられている。電極
の材料をAl(アルミニウム)、ボンディングワイヤの
材質を金として、従来の超音波熱圧着方式のワイヤボン
ディング方法について説明する。図2に示すように、半
導体チップ(図示なし)の表面に形成されたAl電極1
上には、自然酸化膜3が形成されている。このAl電極
1上にワイヤボンディングを施すに当たって、ボンディ
ングワイヤである金線2の先端部には金ボール5が形成
される。金ボール5が形成された金線2はキャピラリ4
に保持され、Al電極1上に待機している〔図2
(a)〕。このとき、半導体チップは予め所定の温度に
加熱されている。
【0004】キャピラリ4が金ボール5を伴って降下
し、金ボール5をAl電極1上に加重をもって接触させ
る。金ボール5はキャピラリ4の先端内壁の形状に沿っ
て変形され圧着ボール6が形成される。この工程で、金
ボール5とAl電極1との間にずれが発生し、Al電極
1上の自然酸化膜3を破壊し、アルミニウムの新生面が
生じる〔図2(b)〕。キャピラリ4が超音波振動し、
このときの加重や超音波によるエネルギーで圧着ボール
6とAl電極1との接触面にアルミニウムと金との共晶
合金層7が生じ始める〔図2(c)〕。加重と超音波エ
ネルギーにより、Al電極1と圧着ボール6との間の共
晶合金層7が形成され接合がなされる。キャピラリ4は
上昇し、Al電極1とボンディングワイヤとのボンディ
ングが完了する〔図2(d)〕。
し、金ボール5をAl電極1上に加重をもって接触させ
る。金ボール5はキャピラリ4の先端内壁の形状に沿っ
て変形され圧着ボール6が形成される。この工程で、金
ボール5とAl電極1との間にずれが発生し、Al電極
1上の自然酸化膜3を破壊し、アルミニウムの新生面が
生じる〔図2(b)〕。キャピラリ4が超音波振動し、
このときの加重や超音波によるエネルギーで圧着ボール
6とAl電極1との接触面にアルミニウムと金との共晶
合金層7が生じ始める〔図2(c)〕。加重と超音波エ
ネルギーにより、Al電極1と圧着ボール6との間の共
晶合金層7が形成され接合がなされる。キャピラリ4は
上昇し、Al電極1とボンディングワイヤとのボンディ
ングが完了する〔図2(d)〕。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の超音波
熱圧着方式のワイヤボンディング方法では、正常なボン
ディングがされず、接合不良となることがある。図3
は、接合不良が発生する過程を説明する断面図である。
図3に示されるように、キャピラリ4により、金線2に
接した圧着ボール6に加重を加えたときに、Al電極1
上の自然酸化膜3が加重の不足や自然酸化膜の個体差に
より除去されないことがある〔図3(a)〕。
熱圧着方式のワイヤボンディング方法では、正常なボン
ディングがされず、接合不良となることがある。図3
は、接合不良が発生する過程を説明する断面図である。
図3に示されるように、キャピラリ4により、金線2に
接した圧着ボール6に加重を加えたときに、Al電極1
上の自然酸化膜3が加重の不足や自然酸化膜の個体差に
より除去されないことがある〔図3(a)〕。
【0006】この状態で、次の工程である加重と超音波
を圧着ボール6に加えても、自然酸化膜3の介在によ
り、Al電極1と圧着ボール6の接合面にAu−Alの
共晶合金層が形成されない〔図3(b)〕。このよう
に、自然酸化膜が破壊されないことにより接合強度が弱
く接合不良となることがある。本発明の課題は、上記従
来技術の問題点を解決し、ワイヤボンディングにおける
接合強度を向上させ接合の信頼性を向上させることであ
る。
を圧着ボール6に加えても、自然酸化膜3の介在によ
り、Al電極1と圧着ボール6の接合面にAu−Alの
共晶合金層が形成されない〔図3(b)〕。このよう
に、自然酸化膜が破壊されないことにより接合強度が弱
く接合不良となることがある。本発明の課題は、上記従
来技術の問題点を解決し、ワイヤボンディングにおける
接合強度を向上させ接合の信頼性を向上させることであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の課題を達成するた
めに、半導体チップ上の電極にボンディングワイヤをボ
ンディングする装置に、電極上に形成される自然酸化膜
を除去するためのレーザを配置する。そして、ボンディ
ングを行う前に、レーザ光を照射して電極上の自然酸化
膜を除去する工程を設ける。
めに、半導体チップ上の電極にボンディングワイヤをボ
ンディングする装置に、電極上に形成される自然酸化膜
を除去するためのレーザを配置する。そして、ボンディ
ングを行う前に、レーザ光を照射して電極上の自然酸化
膜を除去する工程を設ける。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は、この発明にかかるワイヤ
ボンディング方法の一実施例を示す工程順の断面図であ
る。図1(a)に示されるように、ボンディング装置に
は、レーザ8が設けられている。図1(a)は、半導体
チップ(図示なし)がボンディング装置にセットされ、
半導体チップ上のAl電極1上にキャピラリ4が移動
し、レーザ8がその放射ビームがAl電極1上に照射さ
れる位置に移動してきた状態を示す。この状態で、レー
ザ8より、レーザビームがAl電極1上に照射され、A
l電極1上の自然酸化膜3を除去し、Alの新生面を生
じさせる。この後、レーザ8は、次のボンディング位置
に移動する。
ボンディング方法の一実施例を示す工程順の断面図であ
る。図1(a)に示されるように、ボンディング装置に
は、レーザ8が設けられている。図1(a)は、半導体
チップ(図示なし)がボンディング装置にセットされ、
半導体チップ上のAl電極1上にキャピラリ4が移動
し、レーザ8がその放射ビームがAl電極1上に照射さ
れる位置に移動してきた状態を示す。この状態で、レー
ザ8より、レーザビームがAl電極1上に照射され、A
l電極1上の自然酸化膜3を除去し、Alの新生面を生
じさせる。この後、レーザ8は、次のボンディング位置
に移動する。
【0009】キャピラリ4が金線1の先端に形成された
金ボール5を押圧しつつ降下し、Al電極1上に金ボー
ル5を加重をもって接触させる。金ボール5はキャピラ
リ4の先端内壁の形状に沿って変形され、圧着ボール6
が形成される。前工程で自然酸化膜3が除去されている
ので、圧着ボール6は必ず新生Al面に接触される〔図
1(b)〕。
金ボール5を押圧しつつ降下し、Al電極1上に金ボー
ル5を加重をもって接触させる。金ボール5はキャピラ
リ4の先端内壁の形状に沿って変形され、圧着ボール6
が形成される。前工程で自然酸化膜3が除去されている
ので、圧着ボール6は必ず新生Al面に接触される〔図
1(b)〕。
【0010】キャピラリ4が超音波振動し、このときの
加重や超音波によるエネルギーでAl電極1と圧着ボー
ル6との接触面にアルミニウムと金とからなる共晶合金
層7が生じ始める〔図1(c)〕。さらに加重と超音波
エネルギーが加えられることにより、Al電極1と圧着
ボール6の接触面に接合に充分な共晶合金層7が形成さ
れる。Al電極1とボンディングワイヤとのボンディン
グ(第1ボンディング)が完了し、キャピラリ4は超音
波振動を停止し上昇を開始する〔図1(d)〕。
加重や超音波によるエネルギーでAl電極1と圧着ボー
ル6との接触面にアルミニウムと金とからなる共晶合金
層7が生じ始める〔図1(c)〕。さらに加重と超音波
エネルギーが加えられることにより、Al電極1と圧着
ボール6の接触面に接合に充分な共晶合金層7が形成さ
れる。Al電極1とボンディングワイヤとのボンディン
グ(第1ボンディング)が完了し、キャピラリ4は超音
波振動を停止し上昇を開始する〔図1(d)〕。
【0011】その後、キャピラリ4は第2ボンディング
点であるインナーリード(図示なし)上に到達し、降下
して荷重・超音波エネルギーを加えて、金線をインナー
リードにボンディングする(第2ボンディング)。キャ
ピラリは上昇し、トーチ(図示なし)が金線に近づいて
新たに金ボールを形成するとともに金線を切断する。そ
の後、キャピラリ4は次のボンディング点に移動して、
図1(a)に示す状態に戻る。
点であるインナーリード(図示なし)上に到達し、降下
して荷重・超音波エネルギーを加えて、金線をインナー
リードにボンディングする(第2ボンディング)。キャ
ピラリは上昇し、トーチ(図示なし)が金線に近づいて
新たに金ボールを形成するとともに金線を切断する。そ
の後、キャピラリ4は次のボンディング点に移動して、
図1(a)に示す状態に戻る。
【0012】
【実施例】具体的な実施例としては、半導体装置のチッ
プ上のAl電極1とボンディングワイヤ2のボンディン
グ時に、Al電極1上に形成される自然酸化膜3を窒素
雰囲気中にて波長248nm、エネルギー15J/cm
2 以下のレーザ8で除去する。ここで、窒素雰囲気中に
て行うのは、レーザの熱によるアルミニウムの酸化を防
ぐためである。自然酸化膜が除去され、アルミニウムが
露出したAl電極1と金線2の先端に形成された金ボー
ル5が接し、圧着ボール6が形成し始めると同時に、加
重と超音波エネルギーにて、Al電極1上のアルミニウ
ムと圧着ボール6の金の共晶合金が進行して、共晶合金
層7ができることにより、Al電極1とボンディングワ
イヤが接合する。
プ上のAl電極1とボンディングワイヤ2のボンディン
グ時に、Al電極1上に形成される自然酸化膜3を窒素
雰囲気中にて波長248nm、エネルギー15J/cm
2 以下のレーザ8で除去する。ここで、窒素雰囲気中に
て行うのは、レーザの熱によるアルミニウムの酸化を防
ぐためである。自然酸化膜が除去され、アルミニウムが
露出したAl電極1と金線2の先端に形成された金ボー
ル5が接し、圧着ボール6が形成し始めると同時に、加
重と超音波エネルギーにて、Al電極1上のアルミニウ
ムと圧着ボール6の金の共晶合金が進行して、共晶合金
層7ができることにより、Al電極1とボンディングワ
イヤが接合する。
【0013】なお、上記の実施例として超音波熱圧着方
式を用いて説明したが、本発明は超音波を用いない熱圧
着方式のワイヤボンディング方法にも適用できる。さら
に、アルミニウム線をAl電極上にボンディングする超
音波方式のボンディングにも適用できる。
式を用いて説明したが、本発明は超音波を用いない熱圧
着方式のワイヤボンディング方法にも適用できる。さら
に、アルミニウム線をAl電極上にボンディングする超
音波方式のボンディングにも適用できる。
【0014】また、ボンディングワイヤは、金線または
アルミニウム線に限らず、銅線など他の材料を用いたも
のに置き換えることができる。さらに、電極の材料もア
ルミニウム以外であってもよい。共晶合金を生じない金
属同士であっても、本発明のワイヤボンディング方法を
用いれば、電極の新生面にボンディングを行うことがで
きるので、信頼性の高いボンディングを行うことができ
る。また、実施例では、ボンディングを窒素雰囲気中で
行っていたが、これに代えて他の非酸化性雰囲気を用い
てもよい。また、レーザも紫外線以外の可視光レーザや
赤外線レーザを用いることができる。
アルミニウム線に限らず、銅線など他の材料を用いたも
のに置き換えることができる。さらに、電極の材料もア
ルミニウム以外であってもよい。共晶合金を生じない金
属同士であっても、本発明のワイヤボンディング方法を
用いれば、電極の新生面にボンディングを行うことがで
きるので、信頼性の高いボンディングを行うことができ
る。また、実施例では、ボンディングを窒素雰囲気中で
行っていたが、これに代えて他の非酸化性雰囲気を用い
てもよい。また、レーザも紫外線以外の可視光レーザや
赤外線レーザを用いることができる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
装置のワイヤボンディング時に電極上の自然酸化膜をレ
ーザ光により除去するものであるので、ボンディング接
合強度を向上させてボンディング時の接合不良をなくす
ことができる。したがって、本発明によれば、ボンディ
ング工程での歩留まりを向上させ、半導体装置の信頼性
を向上させることができる。
装置のワイヤボンディング時に電極上の自然酸化膜をレ
ーザ光により除去するものであるので、ボンディング接
合強度を向上させてボンディング時の接合不良をなくす
ことができる。したがって、本発明によれば、ボンディ
ング工程での歩留まりを向上させ、半導体装置の信頼性
を向上させることができる。
【図1】本発明の一実施例を説明する工程順の断面図。
【図2】従来の方法を説明する工程順の断面図。
【図3】従来の方法で接続不良が生じることを示す断面
図。
図。
1 Al電極 2 金線 3 自然酸化膜 4 キャピラリ 5 金ボール 6 圧着ボール 7 共晶合金層 8 レーザ
Claims (7)
- 【請求項1】 ボンディングワイヤが挿通され、降下時
にボンディングエネルギーをワイヤに伝達するワイヤ保
持具と、前記ワイヤ保持具下に搭載された半導体チップ
の電極上にレーザ光を照射するレーザと、を備えたこと
を特徴とするワイヤボンディング装置。 - 【請求項2】 前記ワイヤ保持具に超音波振動を伝達す
る超音波振動印加手段が備えられていることを特徴とす
る請求項1記載のワイヤボンディング装置。 - 【請求項3】 前記レーザは、前記電極上へのボンディ
ングが行われる直前にレーザ光を放射するものであるこ
とを特徴とする請求項1記載のワイヤボンディング装
置。 - 【請求項4】 半導体チップ上の電極上に形成される自
然酸化膜をレーザ光を照射して除去する工程を有し、ボ
ンディングワイヤを前記自然酸化膜の除去された電極上
に当接させてボンディングを行うことを特徴とするワイ
ヤボンディング方法。 - 【請求項5】 前記レーザ光を照射して自然酸化膜を除
去する工程を、非酸化性雰囲気中にて行なうことを特徴
とする請求項4記載のワイヤボンディング方法。 - 【請求項6】 前記非酸化性雰囲気が窒素雰囲気である
ことを特徴とする請求項5記載のワイヤボンディング方
法。 - 【請求項7】 ボンディングを熱圧着法または超音波熱
圧着法にて行うことを特徴とする請求項4記載のワイヤ
ボンディング方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11090639A JP2000286287A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11090639A JP2000286287A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000286287A true JP2000286287A (ja) | 2000-10-13 |
Family
ID=14004081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11090639A Pending JP2000286287A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000286287A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007010510A2 (en) * | 2006-04-03 | 2007-01-25 | Michael Mayer | Method and device for wire bonding with low mechanical stress |
JP2010171421A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11090639A patent/JP2000286287A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007010510A2 (en) * | 2006-04-03 | 2007-01-25 | Michael Mayer | Method and device for wire bonding with low mechanical stress |
WO2007010510A3 (en) * | 2006-04-03 | 2007-06-07 | Michael Mayer | Method and device for wire bonding with low mechanical stress |
JP2010171421A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 半導体装置及びその製造方法 |
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