JP2007027498A - Method for manufacturing a semiconductor device and manufacturing equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method that eliminates the need for flattening by pressure, and equalizes the height of each metal bump formed on a semiconductor device. <P>SOLUTION: This method forms metal bumps on a semiconductor device electrode pad, raises a capillary to a given height, and then horizontally moves the capillary to cut a metal wire. Otherwise, this method moves a capillary up to a given height, moves the capillary horizontally, and then lowers it to cut a wire with the edge of the capillary while continuing to move it horizontally. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、半導体素子上に形成された電極パッドにボールバンプにより金属の突起電極を形成する半導体装置の製造方法および製造装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, in which metal bump electrodes are formed by ball bumps on electrode pads formed on a semiconductor element.

半導体素子をプリント配線板の配線パターンと接続する方法としては、半導体素子上の電極パッドにバンプと呼ばれる金属の突起電極を形成し、この突起電極により、半導体素子上の電極パッドとプリント配線基板上の配線パターンを加熱、加圧によって接続実装する方法が一般的である。   As a method of connecting a semiconductor element to a wiring pattern of a printed wiring board, a metal protruding electrode called a bump is formed on an electrode pad on the semiconductor element, and this protruding electrode is used to connect the electrode pad on the semiconductor element and the printed wiring board. In general, the wiring pattern is connected and mounted by heating and pressing.

以下、一般的なボールボンディング法による金属バンプの形成方法を、図を用いて説明する。
まず、金属バンプ形成用の装置を図13に示す。
この装置は、キャピラリ1と、クランパ2と、トーチ電極3とを備えている。
キャピラリ1には、中心部を上下に通じて細孔1aが設けられている。キャピラリ1の先端部1bでは、細孔1aに連通して、先端にいくほど内径が広がる開口が形成されている。また、キャピラリ1は、図示しない駆動系により任意に移動させることが可能な構成となっている。
クランパ2は、キャピラリ1の上部に設けられ、キャピラリ1の細孔1aに通した金属ワイヤ4を保持するものであり、このクランパ2も、図示しない駆動系により、任意の方向に移動させることが可能な構成となっている。
トーチ電極3は、金属ワイヤ4を加熱溶融して、バンプとなる金属ボール5(図15参照)を形成するものである。金属ワイヤ4は、キャピラリ1の細孔1aを通り、先端部1bから引き出されており、適宜キャピラリ1の上方から連続して供給される構成となっている。
Hereinafter, a method for forming metal bumps by a general ball bonding method will be described with reference to the drawings.
First, an apparatus for forming metal bumps is shown in FIG.
This apparatus includes a capillary 1, a clamper 2, and a torch electrode 3.
The capillary 1 is provided with a pore 1a passing through the center portion up and down. The tip 1b of the capillary 1 is formed with an opening that communicates with the pore 1a and whose inner diameter increases toward the tip. Further, the capillary 1 can be arbitrarily moved by a drive system (not shown).
The clamper 2 is provided in the upper part of the capillary 1 and holds the metal wire 4 passed through the pore 1a of the capillary 1. The clamper 2 can also be moved in an arbitrary direction by a drive system (not shown). It has a possible configuration.
The torch electrode 3 heats and melts the metal wire 4 to form a metal ball 5 (see FIG. 15) to be a bump. The metal wire 4 passes through the pore 1a of the capillary 1 and is drawn from the tip 1b and is continuously supplied from above the capillary 1 as appropriate.

そして、図13に示した装置を用いて、次のようにして金属バンプを形成する。
図14に示すように、クランパ2を閉じて金属ワイヤ4を保持した状態で、キャピラリ1とクランパ2を下降させて、金属ワイヤ4の先端をトーチ電極3に近づける。そして、トーチ電極3から放たれるスパーク17を、金属ワイヤ4に向けて放電させる。これにより、金属ワイヤ4の先端を加熱して溶融させる。
Then, using the apparatus shown in FIG. 13, metal bumps are formed as follows.
As shown in FIG. 14, with the clamper 2 closed and holding the metal wire 4, the capillary 1 and the clamper 2 are lowered to bring the tip of the metal wire 4 closer to the torch electrode 3. Then, the spark 17 emitted from the torch electrode 3 is discharged toward the metal wire 4. Thereby, the tip of the metal wire 4 is heated and melted.

次に、トーチ電極3からのスパークを停止して、自然冷却されることにより、図15に示すように、溶融させた金属ワイヤ4の先端部に、再結晶化領域15が形成される。再結晶化領域15は、金属ワイヤ4の一部がスパーク17によって溶融した後に、表面張力により球形となった金属ボール5と、ボール状にならず金属ボール5と金属ワイヤ4の接続部分にワイヤ形状のまま再結晶化したネック部6とにより構成される。溶融後再結晶化して形成されたネック部6は、脆い性質を有しているため、容易に切断できる。   Next, by stopping the spark from the torch electrode 3 and naturally cooling, a recrystallized region 15 is formed at the tip of the melted metal wire 4 as shown in FIG. The recrystallized region 15 includes a metal ball 5 that has become spherical due to surface tension after a part of the metal wire 4 is melted by the spark 17, and a wire that is not formed into a ball and is connected to the connection portion between the metal ball 5 and the metal wire 4. It is comprised by the neck part 6 recrystallized with the shape. The neck portion 6 formed by recrystallization after melting has a brittle property and can be easily cut.

次に、図16に示すように、キャピラリ1およびクランパ2を、金属バンプを実装する電極パッド8の上方へ移動させる。電極パッド8は、半導体素子7の上に設けられており、半導体素子7は加熱装置が取り付けられたステージ10に設置されている。   Next, as shown in FIG. 16, the capillary 1 and the clamper 2 are moved above the electrode pads 8 on which the metal bumps are mounted. The electrode pad 8 is provided on the semiconductor element 7, and the semiconductor element 7 is installed on a stage 10 to which a heating device is attached.

次に、図17に示すように、クランパ2を開いた後にキャピラリ1を下降させる。キャピラリ1の先端部1bで金属ボール5を電極パッド8に上から押圧する。同時にキャピラリ1に付設された超音波振動子から超音波を加え、半導体素子7側のステージ10の加熱装置から熱を加える。これにより、電極パッド8上に金属ボール5が実装され、金属バンプ9が形成される。   Next, as shown in FIG. 17, after opening the clamper 2, the capillary 1 is lowered. The metal ball 5 is pressed against the electrode pad 8 from above by the tip 1b of the capillary 1. At the same time, ultrasonic waves are applied from an ultrasonic transducer attached to the capillary 1 and heat is applied from the heating device of the stage 10 on the semiconductor element 7 side. Thereby, the metal ball 5 is mounted on the electrode pad 8 and the metal bump 9 is formed.

次に、図18に示すように、クランパ2を開いたまま、キャピラリ1を任意の高さまで垂直に上昇させる。   Next, as shown in FIG. 18, the capillary 1 is raised vertically to an arbitrary height while the clamper 2 is opened.

次に、図19に示すように、クランパ2を閉じ、金属ワイヤを保持して固定した後、キャピラリ1とクランパ2を上昇させる。そして、金属ワイヤ4の張力により、ネック部6で金属ワイヤ4を切断する。   Next, as shown in FIG. 19, after the clamper 2 is closed and the metal wire is held and fixed, the capillary 1 and the clamper 2 are raised. Then, the metal wire 4 is cut at the neck portion 6 by the tension of the metal wire 4.

以上の方法により、半導体素子7の上に設けられた電極パッド8上にボールボンディング法によって金属バンプ9が形成される。この工程を順次繰り返すことにより、多数の金属バンプを連続的に形成することができる。   By the above method, the metal bumps 9 are formed on the electrode pads 8 provided on the semiconductor element 7 by the ball bonding method. By repeating this process in sequence, a large number of metal bumps can be formed continuously.

図22に、半導体素子7とプリント配線基板11を接続した様子を示す。プリント配線基板11の表面に形成された配線パターン12と、半導体素子7に設けられた電極パッド8が、金属バンプ9を介して電気的に接続されている。そして、この半導体素子7を金属バンプ9と配線基板11上の電極12とが接続するように配線基板11にフリップチップ実装することによりこれらが電気的に接続されている。   FIG. 22 shows a state in which the semiconductor element 7 and the printed wiring board 11 are connected. A wiring pattern 12 formed on the surface of the printed wiring board 11 and an electrode pad 8 provided on the semiconductor element 7 are electrically connected through metal bumps 9. The semiconductor element 7 is electrically connected by flip-chip mounting on the wiring board 11 so that the metal bumps 9 and the electrodes 12 on the wiring board 11 are connected.

この場合、半導体素子7とプリント配線基板11上の電極を正しく接続するためには、図22Aに示すように、半導体素子7上の金属バンプ9の高さが均一であることが望ましい。逆に、図22Bに示すように、半導体素子7の電極8に形成させたバンプ9の高さが異なると、一部の電極で接続不良が発生する問題がある。
この他にも、金属バンプに倒れが生じると、配線基板との接触面の位置がずれてしまう問題や、引きちぎり時にネック部6の再結晶領域が不十分であると、金ワイヤ4が無理に引きちぎられ、引きちぎり後の金属バンプ9の高さに差異が生じて、製造された半導体装置の大半で外観上不良が発生する問題がある。
In this case, in order to correctly connect the semiconductor element 7 and the electrode on the printed wiring board 11, it is desirable that the metal bumps 9 on the semiconductor element 7 have a uniform height, as shown in FIG. 22A. On the other hand, as shown in FIG. 22B, if the heights of the bumps 9 formed on the electrodes 8 of the semiconductor element 7 are different, there is a problem that connection failure occurs in some electrodes.
In addition to this, if the metal bump falls down, the position of the contact surface with the wiring board may shift, and if the recrystallization region of the neck portion 6 is insufficient when torn, the gold wire 4 will be impossible. As a result, the height of the metal bump 9 after the tearing is different, and there is a problem that a defect in appearance occurs in most of the manufactured semiconductor devices.

ところが、図14に示した、トーチ電極3から放電されたスパーク17の温度は一定ではないため、金属ワイヤ4の先端に伝わる熱量が一定ではない。そのため、図20に示すように、スパーク17の温度が違う影響を受けて、再結晶領域15の大きさが違ってくる。特に、金属ワイヤ4の先端に形成されるネック部6において、溶融後再結晶する領域の範囲が大きく異なる。   However, since the temperature of the spark 17 discharged from the torch electrode 3 shown in FIG. 14 is not constant, the amount of heat transferred to the tip of the metal wire 4 is not constant. Therefore, as shown in FIG. 20, the recrystallized region 15 has a different size due to the influence of the temperature of the spark 17 being different. In particular, in the neck portion 6 formed at the tip of the metal wire 4, the range of the region to be recrystallized after melting is greatly different.

そのため、図21に示すように、金属バンプ9を形成した後、張力により金属ワイヤ4を切断したときに、金属ワイヤ4の切断箇所が異なり、金属バンプ9上のネック部6の長さが異なる。そのため、金属バンプ9の高さに差異が発生する。   Therefore, as shown in FIG. 21, when the metal wire 4 is cut by tension after the metal bump 9 is formed, the cut portion of the metal wire 4 is different, and the length of the neck portion 6 on the metal bump 9 is different. . Therefore, a difference occurs in the height of the metal bump 9.

そこで、バンプ形成後にバンプの高さを均一に揃えるため、バンプフラットニングが行われる。
例えば、図23Aに示すように、電極パッド8上に、長さの異なるネック部6を持つ金属バンプ9が複数形成された半導体素子7がある。これをバンプフラットニングする場合は、図23Bに示すように、半導体素子受台14の上に半導体素子7を置き、この上に形成された複数の金属バンプ9を、加圧面を有した荷重部材13で加圧し、金属バンプ9の高さを均一にする。このようなバンプフラットニング装置により、図23Cに示すように、半導体素子7上に形成された複数の金属バンプ9の高さを形よく揃えることができる。
Therefore, bump flattening is performed to make the bump height uniform after bump formation.
For example, as shown in FIG. 23A, there is a semiconductor element 7 in which a plurality of metal bumps 9 having neck portions 6 having different lengths are formed on an electrode pad 8. In the case of bump flattening, as shown in FIG. 23B, the semiconductor element 7 is placed on the semiconductor element cradle 14 and a plurality of metal bumps 9 formed on the semiconductor element 7 are placed on a load member having a pressing surface. 13 to make the metal bumps 9 uniform in height. With such a bump flattening apparatus, as shown in FIG. 23C, the heights of the plurality of metal bumps 9 formed on the semiconductor element 7 can be aligned in a good shape.

また、金属バンプの高さを均一にする他の方法として、金属バンプ形成時の金属ワイヤを金属バンプから切断する際に、キャピラリから、金属ワイヤに共振周波数の超音波を印加する方法がある。これにより、金属バンプの上部に残る金属ワイヤの長さを均一にして切断し、金属バンプの高さを均一にする(例えば、特許文献1を参照)。
特開平5−144820号公報
In addition, as another method for making the height of the metal bump uniform, there is a method of applying ultrasonic waves of a resonance frequency from the capillary to the metal wire when the metal wire at the time of forming the metal bump is cut from the metal bump. Thereby, the length of the metal wire remaining on the upper part of the metal bump is made uniform and cut, and the height of the metal bump is made uniform (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 5-144820

しかし、バンプを加圧して平坦化する方法では、ウェハを半導体素子毎に切断した後に平坦化のためのバンプフラットニングをする必要がある。つまり、ウェハの状態でバンプを形成した後、これを個片化し半導体素子毎に取り出してバンプフラットニングをすることになる。この場合、全体の工程が増加し、複雑化し、半導体の生産時間が長く、量産性に劣る。また、そのために生産コストにも影響を与える。   However, in the method of flattening by pressing the bumps, it is necessary to perform bump flattening for flattening after the wafer is cut for each semiconductor element. That is, after bumps are formed in a wafer state, they are separated into individual semiconductor elements and bump flattened. In this case, the whole process increases and becomes complicated, the semiconductor production time is long, and the mass productivity is inferior. This also affects production costs.

また、半導体素子の多ピン化により、1チップ内に300ピンを超える半導体素子が多数あり、多ピン化された半導体素子の場合は、これらの金属バンプに一括フラットニングを行う場合、相当な加重が接合部に伝わり、接合部にクラックなど発生する懸念がある。   In addition, due to the increase in the number of pins of semiconductor elements, there are a large number of semiconductor elements exceeding 300 pins in one chip. In the case of semiconductor elements with multiple pins, a considerable weight is applied when performing collective flattening on these metal bumps. May be transmitted to the joint and cracks may occur in the joint.

ここで、加圧部材の押圧面を拡大し、ウェハ全体に対してフラットニングする技術が考えられる。しかしながら、ウェハ全体に形成される金バンプは非常に多数であり、これらすべてを押圧するためには非常に大きな荷重が必要となる。このような装置を有するフラットニング装置は大型かつ高価になり、現実性に乏しい。   Here, a technique of enlarging the pressing surface of the pressing member and flattening the entire wafer is conceivable. However, there are a large number of gold bumps formed on the entire wafer, and a very large load is required to press all of them. A flattening apparatus having such an apparatus becomes large and expensive, and is not realistic.

これらの問題を解決するため、本発明は、半導体素子上の電極パッド上に金属バンプを形成するにあたり、バンプフラットニング等を必要とせず、半導体素子上の金属バンプを均一な高さに形成することを可能にする、半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置を提供する。   In order to solve these problems, the present invention does not require bump flattening or the like when forming metal bumps on electrode pads on a semiconductor element, and forms metal bumps on a semiconductor element at a uniform height. Provided are a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus.

本発明の半導体装置の製造方法は、金属ワイヤを、キャピラリの細孔を通して、前記キャピラリの先端部分から突出させ、前記ワイヤの先端部に金属ボールを形成し、前記キャピラリを、電極パッドの上に降下させて、前記金属ボールを前記電極パッドに付着させて金属バンプを形成した後に、前記キャピラリを上昇させて、前記金属バンプから離し、さらに、前記キャピラリを前記電極パッドに対して水平方向に移動させて、前記金属バンプから前記金属ワイヤを切断することを特徴とする。   According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a metal wire is protruded from the tip end portion of the capillary through the pore of the capillary, a metal ball is formed at the tip end portion of the wire, and the capillary is placed on the electrode pad. After the metal balls are lowered and attached to the electrode pads to form metal bumps, the capillaries are raised and separated from the metal bumps, and the capillaries are moved horizontally with respect to the electrode pads. Then, the metal wire is cut from the metal bump.

上述の本発明の半導体装置の製造方法によれば、金属ワイヤの切断において、キャピラリを水平方向に移動させることにより、金属ワイヤが切断の際に無理に引きちぎられることがない。このため、金属バンプの上方向に伸びる金属ワイヤの残りを抑えることができる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention described above, in cutting the metal wire, the capillary is moved in the horizontal direction so that the metal wire is not forcibly torn off during the cutting. For this reason, the remainder of the metal wire extended upwards of a metal bump can be suppressed.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、金属ワイヤを、キャピラリの細孔を通して、前記キャピラリの先端部分から突出させ、前記ワイヤの先端部に金属ボールを形成し、前記キャピラリを、電極パッドの上に降下させて、前記金属ボールを前記電極パッドに付着させて金属バンプを形成した後に、前記キャピラリを上昇させて、前記金属バンプから離し、さらに、前記キャピラリを前記電極パッドに対して水平方向に移動させて、さらに、前記キャピラリを前記電極パッドに対して水平方向に移動させながら下降させて、前記金属バンプから前記金属ワイヤを切断することを特徴とする。   Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a metal wire is protruded from the tip end portion of the capillary through the pore of the capillary, a metal ball is formed at the tip end portion of the wire, and the capillary is connected to the electrode pad. The metal ball is attached to the electrode pad to form a metal bump, and then the capillary is raised and separated from the metal bump. Further, the capillary is horizontally oriented with respect to the electrode pad. Further, the capillary is lowered while being moved in the horizontal direction with respect to the electrode pad, and the metal wire is cut from the metal bump.

上述の本発明の半導体装置の製造方法によれば、キャピラリを水平方向に移動させて、さらに、キャピラリを水平方向に移動させながら下降させることにより、切断時に過度に引っ張り応力を与えることがない。このため、金属ワイヤの変形を防止でき、直進性のよいワイヤボンディングが可能となり、金属ワイヤの残りによる隣接端子間の接触が防止できる。しかも、金属ワイヤが残らないため金属バンプの高さを低く抑えることが可能である。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention described above, the capillary is moved in the horizontal direction and further lowered while moving the capillary in the horizontal direction, so that excessive tensile stress is not applied during cutting. For this reason, deformation of the metal wire can be prevented, wire bonding with good straightness can be performed, and contact between adjacent terminals due to the remainder of the metal wire can be prevented. In addition, since no metal wire remains, the height of the metal bumps can be kept low.

また、亀裂の生じている部位で安定的に金属ワイヤが切断されることにより、切断後にキャピラリの先端部より飛び出しているワイヤリードの長さが略一定になる。このため、金属ワイヤの先端に形成する金属ボールの大きさが安定するので、ボンディングを安定的に行うことが可能である。   In addition, since the metal wire is stably cut at the cracked portion, the length of the wire lead protruding from the tip of the capillary after cutting becomes substantially constant. For this reason, since the size of the metal ball formed at the tip of the metal wire is stabilized, bonding can be performed stably.

また、本発明の半導体装置の製造装置は、細孔を有するキャピラリと、前記細孔を通した金属ワイヤを保持する手段と、前記キャピラリを、上下方向または水平方向に移動させる手段とを備え、前記キャピラリの先端部の外縁に円周部が設けられていることを特徴とする。   The semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention includes a capillary having a pore, means for holding a metal wire passing through the pore, and means for moving the capillary vertically or horizontally, A circumferential portion is provided on the outer edge of the tip of the capillary.

上述の本発明の半導体装置の製造装置によれば、キャピラリの先端部に円周部が設けられていることにより、溶融後再結晶した金属ワイヤを金属バンプ本体と馴染ませて、ネック部から金属ワイヤを切断しやすくすることが可能になる。   According to the above-described semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention, the circumferential portion is provided at the tip of the capillary, so that the metal wire recrystallized after melting is adapted to the metal bump main body, and the metal from the neck portion. It becomes possible to easily cut the wire.

本発明によれば、半導体素子上の電極パッド上に金属バンプを形成するに当たり、加圧によるフラットニングを必要とせずに、均一な高さの金属バンプを形成することができる。   According to the present invention, when forming a metal bump on an electrode pad on a semiconductor element, it is possible to form a metal bump having a uniform height without requiring flattening by pressurization.

本発明の第一の実施形態を、図面を参照して説明する。
まず、金属バンプ形成用の装置を図1に示す。
この装置は、キャピラリ1と、クランパ2と、トーチ電極3とを備えている。
キャピラリ1には、中心部を上下に通じて細孔1aが設けられている。キャピラリ1の先端部1bでは、細孔1aに連通して、先端にいくほど内径が広がる開口が形成されている。また、キャピラリ1は、図示しない駆動系により任意に移動させることが可能な構成となっている。
クランパ2は、キャピラリ1の上部に設けられ、キャピラリ1の細孔1aに適した金属ワイヤ4を保持するものであり、このクランパ2も、図示しない駆動系により、任意の方向に移動させることが可能な構成となっている。
トーチ電極3は、金属ワイヤ4を加熱溶融して、バンプとなる金属ボール5(図2参照)を形成するものである。金属ワイヤ4は、キャピラリ1の細孔1aを通り、先端部1bから引き出されており、適宜キャピラリ1の上方から連続して供給される構成となっている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an apparatus for forming metal bumps is shown in FIG.
This apparatus includes a capillary 1, a clamper 2, and a torch electrode 3.
The capillary 1 is provided with a pore 1a passing through the center portion up and down. The tip 1b of the capillary 1 is formed with an opening that communicates with the pore 1a and whose inner diameter increases toward the tip. Further, the capillary 1 can be arbitrarily moved by a drive system (not shown).
The clamper 2 is provided on the top of the capillary 1 and holds a metal wire 4 suitable for the pore 1a of the capillary 1. The clamper 2 can also be moved in an arbitrary direction by a drive system (not shown). It has a possible configuration.
The torch electrode 3 heats and melts the metal wire 4 to form a metal ball 5 (see FIG. 2) to be a bump. The metal wire 4 passes through the pore 1a of the capillary 1 and is drawn from the tip 1b and is continuously supplied from above the capillary 1 as appropriate.

金属ワイヤ4としては、延性と導電性に優れた金属、例えば99%以上の金を用いることができる。また、金属ワイヤ4の太さは、例えば直径25μmとする。   As the metal wire 4, a metal excellent in ductility and conductivity, for example, 99% or more of gold can be used. Further, the thickness of the metal wire 4 is, for example, 25 μm in diameter.

そして、図1に示した装置を用いて、次のようにして金属バンプを形成する。
図2に示すように、クランパ2を閉じて金属ワイヤ4を保持した状態で、キャピラリ1とクランパ2を下降させて、金属ワイヤ4の先端をトーチ電極3に近づける。そして、トーチ電極3から放たれるスパーク17を、金属ワイヤ4に向けて放電させる。これにより、金属ワイヤ4の先端を加熱して溶融させる。
Then, using the apparatus shown in FIG. 1, metal bumps are formed as follows.
As shown in FIG. 2, in a state where the clamper 2 is closed and the metal wire 4 is held, the capillary 1 and the clamper 2 are lowered to bring the tip of the metal wire 4 closer to the torch electrode 3. Then, the spark 17 emitted from the torch electrode 3 is discharged toward the metal wire 4. Thereby, the tip of the metal wire 4 is heated and melted.

次に、トーチ電極3からのスパークを停止して、自然冷却されることにより、図3に示すように、溶融させた金属ワイヤ4の先端部に、再結晶化領域15が形成される。再結晶化領域15は、金属ワイヤ4の一部がスパーク17によって溶融した後に、表面張力により球形となった金属ボール5と、ボール状にならず金属ボール5と金属ワイヤ4の接続部分にワイヤ形状のまま再結晶化したネック部6とにより構成される。溶融後再結晶化して形成されたネック部6は、脆い性質を有しているため、容易に切断できる。   Next, by stopping the spark from the torch electrode 3 and naturally cooling, a recrystallization region 15 is formed at the tip of the molten metal wire 4 as shown in FIG. The recrystallized region 15 includes a metal ball 5 that has become spherical due to surface tension after a part of the metal wire 4 is melted by the spark 17, and a wire that is not formed into a ball and is connected to the connection portion between the metal ball 5 and the metal wire 4. It is comprised by the neck part 6 recrystallized with the shape. The neck portion 6 formed by recrystallization after melting has a brittle property and can be easily cut.

次に、図4に示すように、キャピラリ1およびクランパ2を、金属バンプを実装する電極パッド8の上方へ移動させる。電極パッド8は、半導体素子7の上に設けられており、半導体素子7は加熱装置が取り付けられたステージ10に設置されている。電極パッド8は、アルミや銅により形成され、電極パッド8が形成されている部分以外の半導体素子7の表面は保護膜で覆われている。   Next, as shown in FIG. 4, the capillary 1 and the clamper 2 are moved above the electrode pads 8 on which the metal bumps are mounted. The electrode pad 8 is provided on the semiconductor element 7, and the semiconductor element 7 is installed on a stage 10 to which a heating device is attached. The electrode pad 8 is made of aluminum or copper, and the surface of the semiconductor element 7 other than the portion where the electrode pad 8 is formed is covered with a protective film.

次に、図5に示すように、クランパ2を開いた後にキャピラリ1を下降させる。キャピラリ1の先端部1bで金属ボール5を電極パッド8に上から押圧する。同時にキャピラリ1に付設された超音波振動子から超音波を加え、半導体素子7側のステージ10の加熱装置から熱を加える。これにより、電極パッド8上に金属ボール5が実装され、金属バンプ9が形成される。   Next, as shown in FIG. 5, after opening the clamper 2, the capillary 1 is lowered. The metal ball 5 is pressed against the electrode pad 8 from above by the tip 1b of the capillary 1. At the same time, ultrasonic waves are applied from an ultrasonic transducer attached to the capillary 1 and heat is applied from the heating device of the stage 10 on the semiconductor element 7 side. Thereby, the metal ball 5 is mounted on the electrode pad 8 and the metal bump 9 is formed.

次に、図6に示すように、クランパ2を開いたまま、キャピラリ1を任意の高さまで垂直に上昇させる。   Next, as shown in FIG. 6, the capillary 1 is raised vertically to an arbitrary height while the clamper 2 is opened.

次に、図7に示すように、クランパ2を閉じた後、キャピラリ1とクランパ2を水平に移動させる。キャピラリ1の移動により、金属バンプ上部の突起および金属ワイヤ4は、キャピラリ1の先端部1bにより横方向に引き伸ばされる。   Next, as shown in FIG. 7, after closing the clamper 2, the capillary 1 and the clamper 2 are moved horizontally. Due to the movement of the capillary 1, the protrusion on the upper part of the metal bump and the metal wire 4 are stretched laterally by the tip 1 b of the capillary 1.

次に、図8に示すように、キャピラリの先端部1bと金属ワイヤ4の張力により再結晶領域15を金属ワイヤ4から切断する。このとき、超音波の印加等は行わない。   Next, as shown in FIG. 8, the recrystallization region 15 is cut from the metal wire 4 by the tension between the tip 1 b of the capillary and the metal wire 4. At this time, application of ultrasonic waves or the like is not performed.

以上の方法により、半導体素子7の上に設けられた電極パッド8上にボールボンディング法によって金属バンプ9が形成される。この工程を順次繰り返すことにより、多数の金属バンプを連続的に形成することができる。   By the above method, the metal bumps 9 are formed on the electrode pads 8 provided on the semiconductor element 7 by the ball bonding method. By repeating this process in sequence, a large number of metal bumps can be formed continuously.

第一の実施の形態によれば、金属ワイヤ4を切断する際に、金属ワイヤ4を上方に引っ張ることがないので、ネック部6が金属バンプ9の上に伸びることがない。また、キャピラリ1の先端部1bを金属バンプ9のネック部分から水平に移動させることで、先端部1bで金属バンプ9の表面を引っ掻くようにして金属ワイヤ4が切断される。そのため、再結晶化領域15の大きさやネック部6の長さに影響を受けず、表面が削られて高さが一定となり、大きさの安定した金属バンプ9が形成できる。   According to the first embodiment, when the metal wire 4 is cut, the metal wire 4 is not pulled upward, so that the neck portion 6 does not extend on the metal bump 9. Further, by moving the tip 1b of the capillary 1 horizontally from the neck of the metal bump 9, the metal wire 4 is cut so as to scratch the surface of the metal bump 9 with the tip 1b. Therefore, the metal bump 9 having a stable size can be formed without being affected by the size of the recrystallized region 15 and the length of the neck portion 6, and the surface is shaved to make the height constant.

このとき、例えば金属バンプ9の高さを50μmと設計したとき、電極パッド8の上面よりキャピラリ1の先端部1bの高さを50μmに設定し、この高さを保持したままで水平方向に移動することで金属ワイヤ4を切断し、目的の高さの金属バンプ9を形成することができる。   At this time, for example, when the height of the metal bump 9 is designed to be 50 μm, the height of the tip 1b of the capillary 1 is set to 50 μm from the upper surface of the electrode pad 8, and the height is maintained and this is moved in the horizontal direction. By doing so, the metal wire 4 can be cut | disconnected and the metal bump 9 of the target height can be formed.

本発明の第二の実施形態を、図面を参照して説明する。
図1から図6で示された各工程は第一の実施の形態と同一である。
図6に示す状態から、図9に示すように、キャピラリ1を水平方向に移動させて、任意の位置まで移動させる。このとき、クランパ2は開放したままであり、超音波の印加等は行わない。また、図9に示されたクランパ2は開放されているが、クランパ2の開閉はどちらでも良く、キャピラリ1の移動により金属ワイヤが切れてしまう場合があるため、クランパ2は開放いているほうが好ましい。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Each process shown in FIGS. 1 to 6 is the same as that of the first embodiment.
From the state shown in FIG. 6, as shown in FIG. 9, the capillary 1 is moved in the horizontal direction to an arbitrary position. At this time, the clamper 2 remains open and no ultrasonic wave is applied. Although the clamper 2 shown in FIG. 9 is open, the clamper 2 can be opened or closed, and the metal wire may be broken by the movement of the capillary 1. Therefore, the clamper 2 is preferably open. .

次に、図10に示すように、クランパ2を閉じた後に、キャピラリ1を水平方向に移動させながら下降させて、キャピラリ1の先端部分で金属ワイヤ4を切断する。このとき、クランパ4を閉じたことにより、金属ワイヤ4がキャピラリ1から抜け落ちないようにすることができる。
このとき、図9で横方向に引き伸ばされた金属バンプ9上部の突起部および金属ワイヤ4はキャピラリ1の下降により、キャピラリ1の先端部1bと金属バンプ9の間で押しつぶされる。また、その際に発生する応力により金属ワイヤ4が切断される。
Next, as shown in FIG. 10, after closing the clamper 2, the capillary 1 is lowered while moving in the horizontal direction, and the metal wire 4 is cut at the tip of the capillary 1. At this time, by closing the clamper 4, the metal wire 4 can be prevented from falling off from the capillary 1.
At this time, the protrusions on the upper part of the metal bumps 9 and the metal wires 4 stretched in the horizontal direction in FIG. 9 are crushed between the tip part 1 b of the capillary 1 and the metal bumps 9 as the capillary 1 descends. Further, the metal wire 4 is cut by the stress generated at that time.

第二の実施の形態によっても、第一の実施の形態と同じく、金属ワイヤ4を切断する際に、金属ワイヤ4を上に引っ張らないので、ネック部6が金属バンプ9の上に伸びることがない。また、再結晶化領域15の大きさやネック部6の長さに影響を受けず、表面が削られて高さが一定となり、大きさの安定した金属バンプが形成できる。
さらに、第二の実施の形態では、キャピラリ1の先端部1bを水平方向に移動させながら下降させて、キャピラリ1の先端部分と金属バンプ9の間で押しつぶすように金属ワイヤ4を切断するので、金属ワイヤ4の切断が容易であり、第一の実施形態より安定した大きさの金属バンプ9が形成できる。
このとき、例えば金属バンプ9の高さを50μmと設計したとき、電極パッド8の上面よりキャピラリ1の先端部1bの高さを50μmに設定し、この高さを保持したままで水平方向に移動し、さらに、水平方向に移動させながら下降させることで金属ワイヤ4を切断し、目的の高さの金属バンプ9を形成することができる。
Also according to the second embodiment, as in the first embodiment, when the metal wire 4 is cut, the metal wire 4 is not pulled upward, so that the neck portion 6 extends on the metal bump 9. Absent. Further, the surface is shaved and the height is constant without being affected by the size of the recrystallized region 15 and the length of the neck portion 6, and a metal bump having a stable size can be formed.
Furthermore, in the second embodiment, the tip 1b of the capillary 1 is lowered while being moved in the horizontal direction, and the metal wire 4 is cut so as to be crushed between the tip of the capillary 1 and the metal bump 9. The metal wire 4 can be easily cut, and the metal bump 9 having a more stable size than that of the first embodiment can be formed.
At this time, for example, when the height of the metal bump 9 is designed to be 50 μm, the height of the tip 1b of the capillary 1 is set to 50 μm from the upper surface of the electrode pad 8, and the height is maintained and this is moved in the horizontal direction. Further, the metal wire 4 can be cut by being lowered while being moved in the horizontal direction, and the metal bump 9 having a target height can be formed.

本実施の形態において、さらに好ましくは、キャピラリ1の先端部1bの形状を従来と異ならせる。本発明のキャピラリ1の先端部1bと従来のキャピラリ1の先端部1bの違いを図を用いて比較して説明する。   In the present embodiment, more preferably, the shape of the tip 1b of the capillary 1 is made different from the conventional one. The difference between the tip 1b of the capillary 1 of the present invention and the tip 1b of the conventional capillary 1 will be described in comparison with the drawings.

図11は、従来と本実施の形態のキャピラリの概略の構造比較を示す図である。図11Aに示す従来のキャピラリ1は、キャピラリ1の先端部1bの外縁に円周部が設けられていないのに対して、図11Bに示す本実施の形態のキャピラリ1は、キャピラリ1の先端部1bの外縁に円周部16が設けられている。   FIG. 11 is a diagram showing a schematic structural comparison between the conventional capillary and the capillary of the present embodiment. The conventional capillary 1 shown in FIG. 11A is not provided with a circumferential portion at the outer edge of the tip 1b of the capillary 1, whereas the capillary 1 of the present embodiment shown in FIG. A circumferential portion 16 is provided on the outer edge of 1b.

キャピラリ先端部1bの外縁に円周部16が設けられていない場合、溶融再結晶化した金属ワイヤ4が金属バンプ9本体と馴染まず、摩擦抵抗が大きいため切断後の金属バンプ9の形状がおもわしくない。そこで、金属バンプ9から金属ワイヤ4を良好に切断するには、キャピラリ先端部1bの外縁の円周部16の角度を大きくする。そうすると溶融再結晶化した金属ワイヤを金属バンプ本体とよく馴染み、摩擦抵抗が小さくなるため、切断後の金属バンプ9の形状が良好になる。   When the circumferential portion 16 is not provided on the outer edge of the capillary tip 1b, the melted and recrystallized metal wire 4 does not conform to the metal bump 9 body, and the frictional resistance is large, so that the shape of the metal bump 9 after cutting is considered. It ’s not good. Therefore, in order to cut the metal wire 4 from the metal bump 9 satisfactorily, the angle of the circumferential portion 16 at the outer edge of the capillary tip 1b is increased. As a result, the melted and recrystallized metal wire is well adapted to the metal bump body and the frictional resistance is reduced, so that the shape of the metal bump 9 after cutting is improved.

このとき、キャピラリ1の先端部1bの外縁の円周部16の角度は20度以上あることが好ましい。角度が20度未満であると溶融再結晶化した金属ワイヤ4と金属バンプ9とが馴染みにくくなるため、摩擦抵抗が大きく、金属ワイヤ4の切断が困難である。円周部16の角度が20度以上であると溶融再結晶化した金属ワイヤ4と金属バンプ9とよく馴染み、摩擦抵抗が小さくなるため金属ワイヤ4の切断が良好である。
また、この円周部は、単一の曲面だけでなく、複数の曲面により構成されていてもよく、目的とする切断の形状に合わせて、選択することができる。
At this time, the angle of the circumferential portion 16 at the outer edge of the tip 1b of the capillary 1 is preferably 20 degrees or more. When the angle is less than 20 degrees, the melted and recrystallized metal wire 4 and the metal bump 9 are not easily adapted to each other, so that the frictional resistance is large and the metal wire 4 is difficult to cut. When the angle of the circumferential portion 16 is 20 degrees or more, the metal wire 4 and the metal bump 9 which are melted and recrystallized are well adapted to each other, and the frictional resistance is reduced, so that the metal wire 4 is cut well.
Moreover, this circumference part may be comprised not only with a single curved surface but with several curved surfaces, and can be selected according to the shape of the target cutting | disconnection.

図12は、従来と本実施の形態において、電極パッド上に形成された金属バンプの形状を比較する拡大顕微鏡写真である。
図12Aに示す顕微鏡写真は、従来の方法により形成された金属バンプであり、図12Bに示す顕微鏡写真は、本発明の第二の実施形態の製造方法により形成された金属バンプである。
本発明の方法によって形成された金属バンプは、キャピラリ1の先端1bにより金属バンプ9の上部がつぶされ、切断されているため、従来の金属バンプのような、金属バンプ上に余計な金属ワイヤが残らず、安定して高さの揃った金属バンプを形成することができた。
FIG. 12 is an enlarged photomicrograph comparing the shapes of metal bumps formed on electrode pads in the conventional and the present embodiment.
The micrograph shown in FIG. 12A is a metal bump formed by a conventional method, and the micrograph shown in FIG. 12B is a metal bump formed by the manufacturing method of the second embodiment of the present invention.
In the metal bump formed by the method of the present invention, the upper portion of the metal bump 9 is crushed and cut by the tip 1b of the capillary 1, so that an extra metal wire is formed on the metal bump, such as a conventional metal bump. It was possible to form metal bumps that were stable and uniform in height.

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

一般的な金属バンプを形成するための製造装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the manufacturing apparatus for forming a general metal bump. 本発明の第一の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 1st embodiment of this invention. 本発明の第二の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 2nd embodiment of this invention. 図11Aは従来のキャピラリ、図11Bは本実施の形態のキャピラリの構造を示す図である。FIG. 11A is a diagram showing a conventional capillary, and FIG. 11B is a diagram showing the structure of the capillary according to the present embodiment. 図12Aは従来の金属バンプ、図12Bは本実施の形態の金属バンプの顕微鏡写真である。12A is a conventional metal bump, and FIG. 12B is a micrograph of the metal bump of the present embodiment. 一般的な金属バンプを形成するための製造装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the manufacturing apparatus for forming a general metal bump. 従来の金属バンプの形成方法を説明する図である。It is a figure explaining the formation method of the conventional metal bump. 従来の金属バンプの形成方法を説明する図である。It is a figure explaining the formation method of the conventional metal bump. 従来の金属バンプの形成方法を説明する図である。It is a figure explaining the formation method of the conventional metal bump. 従来の金属バンプの形成方法を説明する図である。It is a figure explaining the formation method of the conventional metal bump. 従来の金属バンプの形成方法を説明する図である。It is a figure explaining the formation method of the conventional metal bump. 従来の金属バンプの形成方法を説明する図である。It is a figure explaining the formation method of the conventional metal bump. 溶融後再結晶領域の金属ボールとネック部の領域を示す図である。It is a figure which shows the area | region of the metal ball and neck part of the recrystallization area | region after a fusion | melting. 張力により金属ワイヤを切断した金属バンプの高さの差異を示す図である。It is a figure which shows the difference in the height of the metal bump which cut | disconnected the metal wire with tension | tensile_strength. A、B 半導体素子とプリント配線基板を金属バンプにより電気的に接続した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the A and B semiconductor element and the printed wiring board were electrically connected by the metal bump. A〜C 金属バンプが形成された半導体素子のフラットニングを示す図である。It is a figure which shows the flattening of the semiconductor element in which AC metal bump was formed.

符号の説明Explanation of symbols

1 キャピラリ、1a 細孔、1b 先端部、2 クランパ、3 トーチ電極、4 金属ワイヤ、5 金属ボール、6 ネック部、7 半導体素子、8 電極パッド、9 金属バンプ、10 ステージ、11 プリント配線基板、12 配線パターン、13 プレースメント、14 半導体素子受台、15 再結晶化領域、16 キャピラリ先端の円周部、17 スパーク   1 capillary, 1a pore, 1b tip, 2 clamper, 3 torch electrode, 4 metal wire, 5 metal ball, 6 neck, 7 semiconductor element, 8 electrode pad, 9 metal bump, 10 stage, 11 printed wiring board, 12 wiring pattern, 13 placement, 14 semiconductor element cradle, 15 recrystallization region, 16 circumference of capillary tip, 17 spark

Claims (8)

金属ワイヤを、キャピラリの細孔を通して、前記キャピラリの先端部分から突出させ、
前記金属ワイヤの先端部に金属ボールを形成し、
前記キャピラリを、電極パッドの上に降下させて、前記金属ボールを前記電極パッドに付着させて金属バンプを形成した後に、
前記キャピラリを上昇させて、前記金属バンプから離し、
さらに、前記キャピラリを前記電極パッドに対して水平方向に移動させて、前記金属バンプから前記金属ワイヤを切断する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A metal wire is projected from the tip of the capillary through the capillary pore,
Forming a metal ball at the tip of the metal wire;
After forming the metal bump by lowering the capillary onto the electrode pad and attaching the metal ball to the electrode pad,
Raise the capillary away from the metal bumps,
Furthermore, the said capillary is moved to a horizontal direction with respect to the said electrode pad, and the said metal wire is cut | disconnected from the said metal bump. The manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned.
金属ワイヤを、キャピラリの細孔を通して、前記キャピラリの先端部分から突出させ、
前記金属ワイヤの先端部に金属ボールを形成し、
前記キャピラリを、電極パッドの上に降下させて、前記金属ボールを前記電極パッドに付着させて金属バンプを形成した後に、
前記キャピラリを上昇させて、前記金属バンプから離し、
前記キャピラリを前記電極パッドに対して水平方向に移動させて、
さらに、前記キャピラリを前記電極パッドに対して水平方向に移動させながら下降させて、前記金属バンプから前記金属ワイヤを切断する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A metal wire is projected from the tip of the capillary through the capillary pore,
Forming a metal ball at the tip of the metal wire;
After forming the metal bump by lowering the capillary onto the electrode pad and attaching the metal ball to the electrode pad,
Raise the capillary away from the metal bumps,
Moving the capillary horizontally with respect to the electrode pad;
Furthermore, the capillary is lowered while being moved in the horizontal direction with respect to the electrode pad, and the metal wire is cut from the metal bump.
前記金属ワイヤの材料として、純度99%以上の金を用いることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein gold having a purity of 99% or more is used as a material of the metal wire. 前記金属ワイヤの材料として、純度99%以上の金を用いることを特徴とする、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein gold having a purity of 99% or more is used as a material of the metal wire. 前記キャピラリとして、先端部の外縁に円周部が設けられたキャピラリを用いることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a capillary having a circumferential portion provided on an outer edge of a tip portion is used as the capillary. 前記キャピラリとして、先端部の外縁に円周部が設けられたキャピラリを用いることを特徴とする、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a capillary having a circumferential portion provided at an outer edge of a tip portion is used as the capillary. 細孔を有するキャピラリと、
前記細孔を通した金属ワイヤを保持する手段と、
前記キャピラリを、上下方向または水平方向に移動させる手段とを備え、
前記キャピラリの先端部の外縁に円周部が設けられている
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
A capillary having pores;
Means for holding the metal wire through the pore;
Means for moving the capillary up and down or horizontally,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, characterized in that a circumferential portion is provided on an outer edge of the tip of the capillary.
前記円周部が、20度以上の角度で形成されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造装置。   The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the circumferential portion is formed at an angle of 20 degrees or more.
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