JP2010287633A - 半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワイヤの低インダクタンス化、半導体チップへのダメージ軽減、接合部の強固な接合、及び半導体パッケージの小型化を同時に実現することで、高信頼性及び小型化を両立した半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ボールを介して半導体チップ5のチップ電極にワイヤを接合する1回目のボンディングステップと、ボールを介してリード端子にワイヤを接合する2回目のボンディングステップと、ボールを介して半導体チップ5のチップ電極にワイヤを接合する3回目のボンディングステップと、リード端子にワイヤを接合する4回目のボンディングステップと、ワイヤを切断するステップとを備える。
【選択図】図4
【解決手段】ボールを介して半導体チップ5のチップ電極にワイヤを接合する1回目のボンディングステップと、ボールを介してリード端子にワイヤを接合する2回目のボンディングステップと、ボールを介して半導体チップ5のチップ電極にワイヤを接合する3回目のボンディングステップと、リード端子にワイヤを接合する4回目のボンディングステップと、ワイヤを切断するステップとを備える。
【選択図】図4
Description
本発明は、半導体装置、及びその製造方法であるワイヤボンディングの方法に関する。
半導体パッケージとは、リードフレームのアイランド上に半導体チップが載せられ、半導体チップの電極部(チップ電極)とリード端子とが金ワイヤで接続された後に樹脂によって封止されたものである。チップ電極及びリード端子それぞれに金ワイヤが圧着方式で接合される工程はワイヤボンディングと呼ばれる。ワイヤボンディングによってチップ電極とリード端子との間がワイヤ配線によって電気的に接続される。そして、半導体パッケージの性能を左右するワイヤ配線には様々な新しい素材及び技術が投入されている。
例えば、半導体装置の一種であるMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect−Transistor:金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)デバイスには、低オン抵抗(低R−ON)特性や順方向電圧降下(ΔVF)特性の向上が求められている。この課題を解決するために、金又は銅ワイヤによる多本配線、アルミ線等での線形が太いリボン状のワイヤによる接続、銅又は鉄等の金属製薄板材でのチップ電極とリード端子との接続等の方法が用いられて来た。
一方、半導体パッケージの小型化に伴い、搭載される半導体チップサイズが小さくなることで必然的にチップ電極の面積も小さくなる。したがって、複数のワイヤで並列に接合が行われる場合にも空間的余裕に限度があり、このため、半導体パッケージの特性確保が難しくなっている。
ここで、ワイヤボンディング手順について図1A〜図1Eを用いて示す。各図は、一般的なワイヤボンディング装置のボンディング動作領域の概略構成図が工程順に表されたものである。
まず、ワイヤボンディング装置の構成について図1Aを用いて説明する。ワイヤボンディング装置は、キャピラリ3、スパークロッド4、ヒーターステージ(ボンディングステージ)8、及び図示せぬワイヤクランパを具備する。ワイヤボンディング装置のヒーターステージ8上には、その表面(上面)にチップ電極6を有する半導体のチップ5、及びリード端子7が配置される。キャピラリ3は、チップ5の上方に位置する。管状のキャピラリ3の内部にはワイヤ1が挿通されており、ワイヤ1の先端は、キャピラリ3の下部に突出している。キャピラリ3のさらに上方には図示せぬワイヤクランパがあり、ワイヤ1をクランプ可能である。なお、このワイヤクランパは、キャピラリ3と共に上下動する。スパークロッド4は、ワイヤ1先端の直下へと移動可能であってワイヤ1の先端との間に放電を生じさせることで、そのワイヤ1の先端にボール2を形成する。
続いて、ワイヤボンディングの工程について図1Aから図1Eを用いて説明する。通常のワイヤボンディングは、ボール形成(図1A)、ファーストボンディング(図1B)、ワイヤループ形成(図1C)、セカンドボンディング(図1D)、及びワイヤ切断(図1E)の工程からなる。各工程について次から詳述する。
はじめに、図1Aが示すのはワイヤ1の先端にボール2が形成された状態である。すなわち、ワイヤ1先端とスパークロッド4との間の放電により、ワイヤ1先端は熱で溶融し、ワイヤ1先端に球状のボール2が形成される。
次に、図1Bに、ファーストボンディングが行われている状態を示す。すなわち、ボール2がチップ電極6上に置かれ、キャピラリ3が下方向に押し付けられる。その際、キャピラリ3からの荷重及び超音波と共にヒーターステージ8からの加熱によってチップ5上のチップ電極6とボール2とが接合される。このようにワイヤ先端部にボールが形成され、そのボールが半導体装置に接合されることをファーストボンディングと称す。
図1Cは、ワイヤ1にループ形状が形成されている状態を示したものである。これは、チップ電極6にボール2を介して接合されているワイヤ1がキャピラリ3の先端から連続的に繰り出されつつ、キャピラリ3が特殊な軌跡を描きながらリード端子7表面へと移動することで実現される。
図1Dが示すのは、セカンドボンディングが行われている状況であり、チップ電極6とリード端子7とがワイヤ1によって接続されているものである。動作としては、接合前には、ワイヤ1にボールの形成は行われずに、リード端子7表面にキャピラリ3が押し付けられ、キャピラリ3からの荷重及び超音波によってワイヤ1が潰されながらリード端子7へと接合される。このようにワイヤの中途の部分が半導体装置に接合されることをセカンドボンディングと称す。
ここで、セカンドボンディングについての説明を加える。図2は、チップ電極6とワイヤ1とのセカンドボンディングが行われた際の断面図を示したものである。図には、それ以外に、チップ電極6の下にはチップ5が示され、ワイヤ1の周囲にはキャピラリ3の断面が示されている。ここで、キャピラリ3の断面は、キャピラリの左半分3a及びキャピラリの右半分3bの2つに分断されたように見えているものの実際にはキャピラリは1つであり、これは、キャピラリが中空の管状の構造になっているためである。図中のキャピラリの左半分3aが押し付けられることによってチップ電極6に接合されたワイヤ1は、キャピラリ3aの最先端部を境にした左右で別々の接合が同時に行われている。そして、各接合は、左側のワイヤ1fがステッチボンディング、右側のワイヤ1gがテイルボンディングと呼ばれる。上述の図1Dにおいてワイヤ1とリード端子7とが完全に結合されるのは、ここでのワイヤ1fのステッチボンディングの方である。一方、テイルボンディングとは、上述の図1Aの工程においてボール2の形成に使われることになるワイヤ1の先端のテイルと呼ばれる部分が確保されるために行われる暫定的な結合である。
ワイヤボンディングは最終工程へと進む。図1Eは、セカンドボンディングが終了した後にワイヤが切断された状態を示したものである。図1Eに示した様に、ワイヤ1を図示せぬワイヤクランパで固定し、キャピラリ3の上昇動作と同期してワイヤ1が上方向に引っ張られることにより、リード端子7からテイルボンディング部が剥がされることで1本のワイヤの配線が完了する。
図3に、特公平6−66352号公報の実施例を示す。この図はワイヤボンディング終了時点でのワイヤの配線を示したものである。これは、セカンドボンディング後のワイヤが通常は切断されるところを切断されずにワイヤの配線が継続され、ファーストボンディングが行われた端子にまで再度ワイヤが配されてセカンドボンディングが行われることで並列する2本のワイヤの配線が実現されているものである。はじめに、リード端子7とボール2とのファーストボンディングが行われる。次に、チップ電極6とワイヤ1とのセカンドボンディングが行われる。その後、セカンドボンディング後に通常の配線とは異なり、ワイヤ1が図示せぬワイヤクランパで固定されずに送出され続けることで、ワイヤ1が切断されずに接続されたまま、再びリード端子7にセカンドボンディングが行われる。この結果、チップ5上の電極数を増やさずに2本のワイヤを配線することができる。
半導体チップの性能が充分に引き出されるワイヤの配線が求められている一方で、半導体パッケージの小型化に伴い、半導体装置の特性確保が難しくなっている。
特許文献1において半導体チップ上の電極数を増やさずに2本のワイヤを配線することが実現されているものの、ワイヤの配線のボンディング部には更なる強固な接合が求められており、また、同時に更なる半導体パッケージの小型化が求められている。
本発明が解決しようとする課題は、ワイヤの低インダクタンス化、半導体チップへのダメージ軽減、接合部の強固な接合、及び半導体パッケージの小型化を同時に実現することで、高信頼性及び小型化を両立した半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
以下に、発明を実施するための形態で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明の半導体装置の製造方法は、ボール(2a)を介して半導体チップ(5)のチップ電極(6a)にワイヤ(1)を接合する1回目のボンディングステップと、ボール(2b)を介してリード端子(7a)にワイヤ(1)を接合する2回目のボンディングステップと、ボール(2c)を介して半導体チップ(5)のチップ電極(6b)にワイヤ(1)を接合する3回目のボンディングステップと、リード端子(7a)にワイヤ(1)を接合する4回目のボンディングステップと、ワイヤ(1)を切断するステップとを備える。
また、上述の製造方法による本発明の半導体装置は、第1のチップ電極(6a)及び第2のチップ電極(6b)を有する半導体チップ(5)と、リード端子(7a)と、ボール(2a)を介して第1のチップ電極(6a)に接続され、リード端子(7a)に延び、ボール(2b)を介してリード端子(7a)に接続され、第2のチップ電極(6b)に延び、ボール(2c)を介して第2のチップ電極(6b)に接続され、リード端子(7a)に延び、リード端子(7a)に接続されるワイヤ(1)とを備える。
また、上述の半導体装置を製造するための本発明のワイヤボンディング装置の動作方法は、 キャピラリ(3)の先端部から突出するワイヤ(1)をクリップ(9)で固定するステップと、キャピラリ(3)とクリップ(9)との間にワイヤの折り返し(1e)を形成するステップと、ワイヤの前記折り返し(1e)にボール(2)を形成するステップと、キャピラリ(3)を用いてリード端子(7)又は半導体チップ(5)のチップ電極(6)にボール(2)を接合するボンディングステップとを備える。
そして、上述の半導体装置を製造するための本発明のワイヤボンディング装置は、キャピラリ(3)と、キャピラリ(3)の先端部から突出するワイヤ(1)を固定するためのクリップ(9)と、ワイヤ(1)を溶融してボール(2)を形成するための熱エネルギを与える装置(4)とを備える。
本発明により、ワイヤの低インダクタンス化、半導体チップへのダメージ軽減、接合部の強固な接合、及び半導体パッケージの小型化を同時に実現し、高信頼性及び小型化を両立した半導体装置を提供することが可能となる。
(第1の実施形態)
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法を詳細に説明する。
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法を詳細に説明する。
図4は、半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法の実施形態における一例を示すMOSFET装置の平面図である。同図では既に、本発明のワイヤボンディングの方法によってワイヤの配線がなされたMOSFET装置が示されている。まずは、ワイヤボンディング処理前のMOSFET装置の構成から説明する。図4を参照すると、ワイヤボンディング処理前のMOSFET装置は、3つのリード端子7a、7b、及び7c、MOSFETのチップ5、並びに3つのチップ電極6a、6b、及び6cを備えている。また、同図中では、奥側に表示されている下層から順に、リード端子(7a、7b、および7c)、チップ5、並びにチップ電極(6a、6b、および6c)が配置されている。3つのリード端子は、ソースリード7a、ゲートリード7b、及びドレインリード7cである。また、3つのチップ電極は、2つのソース電極6a及び6b、並びにゲート電極6cである。そして、チップ5の裏面(図示せず)にはドレイン電極が形成されている。ソース−ドレイン間に大きな電流を流すためにドレイン電極はドレインリード7cと直接、導電性接合材料で接合されている。
上述のMOSFET装置に、ワイヤボンディングによってボールの形成、及びワイヤの配線が行われたものが、図4には示されている。すなわち、2つあるソース電極の内の一方であるソース電極6a上にはボール2aが配置され、他方のソース電極6b上にはボール2cが配置され、ソースリード7a上にはボール2bが配置され、ゲート電極6c上にはボール2dが配置されている。そして、ボール2aとボール2bとの間にはワイヤ1aが配置され、ボール2bとボール2cとの間にはワイヤ1bが配置され、ボール2cとソースリード7aとの間にはワイヤ1cが配置され、ボール2dとゲートリード7bとの間にはワイヤ1dが配置されている。特に、ワイヤ1a、1b、及び1cは、1本のワイヤが切断されることなく連続してボンディングが行われたものである。
次に、本発明の半導体装置を製造するためのワイヤボンディング装置の構造について図5を用いて説明する。
図5は、本発明の半導体装置の構成及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置の構成及びその動作方法を説明するための側面図である。図5を参照すると、ワイヤボンディング装置は、キャピラリ3、スパークロッド4、ヒーターステージ8、クリップ9、及び図示せぬワイヤクランパを具備する。また、加熱を行うことが可能なヒーターステージ8上には、半導体のチップ5、及びソースリード7aが配置され、そのチップ5は、表面(上面)にはチップ電極6を具備する。前後、左右、上下と自在に移動可能なキャピラリ3はチップ5の上方に位置する。管状のキャピラリ3の内部にはワイヤ1が挿通されており、ワイヤ1の先端はキャピラリの下部に突出している。キャピラリ3のさらに上方には図示せぬワイヤクランパがあり、ワイヤ1をクランプ可能である。なお、このワイヤクランパは、キャピラリ3と共に上下動する。スパークロッド4は、キャピラリ3の下部へと必要に応じて移動可能であってワイヤ1の任意の部分との間に放電を生じさせることで、ワイヤ1のその該当部分にボール2を形成する。
通常、ワイヤボンディングの工程内には2種類の接合方法が組み合わされて用いられる。各接合は、ファーストボンディング、及びセカンドボンディングと呼ばれる。ファーストボンディングとは、接合前に、ワイヤの先端部にボールが形成され、そのボールと接合対象とのボンディングが行われるものである。一方で、セカンドボンディングとは、ワイヤの中途部分が用いられ、ボールが形成されずにそのワイヤと接合対象とで直接ボンディングが行われるものである。したがって、通常のワイヤボンディングにおけるボール形成はワイヤの先端部でのみ行われる。しかし、後述する本発明の特徴である連続ワイヤボンディングでは、セカンドボンディングにおいてもボールと接合対象とのボンディングを行う必要がある。すなわち、先端部のワイヤではなく中途部分のワイヤでボールが形成される。
図5は、上述した、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディング前におけるボールの形成方法を示す側面図である。図5を参照すると、ファーストボンディングでチップ電極6に接合されたボール2とキャピラリ3との間をワイヤ1のループが形成されており、ワイヤの折り返し1eがこれから新たにボール形成される部分である。
ここで、スパークロッド4による放電、あるいは図示せぬレーザー照射によってボールが形成される際に、もし仮に、ワイヤの折り返し1eの部分が直線状態のままの場合には、ボールが形成される付近のワイヤ1が、収縮によって溶断する可能性がある。
そこで、図5に示した様に、本発明のワイヤボンディング装置ではクリップ9が、ワイヤ1のループが形成される範囲でかつキャピラリ3の付近に配置されている。クリップ9は、キャピラリ3の先端部に突出したワイヤ1を固定することができる。ワイヤの中途部分でボールを形成する場合、すなわち、セカンドボンディングの前にボールを形成する場合、クリップ9は以下の手順で使用される。
まず、クリップ9は、キャピラリ3の先端部との間のワイヤ1を固定する。次に、キャピラリ3がV字又はU字の軌跡で移動し、ワイヤの折り返し1eが設けられる。このワイヤの折り返し1eは、キャピラリ3の先端部になるべく近い部分に設けるようにする。そして、このワイヤの折り返し1eの部分を溶融してボールを形成することにより、ワイヤ収縮による溶断を防ぐことが可能となる。なお、後述の半導体装置の製造方法においては、このクリップ9の図示及び記述による説明は省略する。
次に、本発明の半導体装置の製造方法について手順を追って説明する。
図6A〜図6Eは、本発明の半導体装置製造用ワイヤボンディング装置のボンディング動作領域について概略構成図を製造過程順に示したものである。まず、各図中に表示された符号についての説明を行う。各図中において付された番号は上述の図4とも対応する。ただし、ここで行われる接合は、ソース端子のワイヤボンディングのみであるため、他の端子に関する表示は省略されている。
ワイヤボンディング装置は、キャピラリ3、スパークロッド4、ヒーターステージ8、及び図示せぬワイヤクランパを具備する。ワイヤボンディング装置のヒーターステージ8上には、半導体のチップ5、及びソースリード7aが置かれる。チップ5の上面には、ソース電極6a、及びソース電極6b(図6A〜図6Eには図示せず。図4における符号6b)の2つのチップ電極を有する。また、チップ5の下面にはドレインリード7cを有する。キャピラリ3は、チップ5の上方に位置する。管状のキャピラリ3の内部にはワイヤ1が挿通されており、ワイヤ1の先端は、キャピラリ3の下部に突出している。キャピラリ3のさらに上方には図示せぬワイヤクランパがあり、ワイヤ1をクランプ可能である。なお、このワイヤクランパは、キャピラリ3と共に上下動する。スパークロッド4は、キャピラリ3の下部へと必要に応じて移動可能であってワイヤ1との間に放電を生じさせることで、ワイヤ1のその該当部分にボールを形成する。
上述のワイヤボンディング装置を用いて半導体装置のワイヤボンディングが行われ、ボール形成、及びワイヤ配線が行われる。ここでのボール形成は3回行われており、ソース電極6a上にボール2aが、ソースリード7a上にボール2bが、ソース電極6b上にボール2c(図6A〜図6Eには図示せず。図4における符号2c)が、それぞれ形成される。また、ワイヤ配線により、ソース電極6aとソースリード7aとの間にワイヤ1aが、ソースリード7aとソース電極6bとの間にワイヤ1bが、ソース電極6bとソースリード7aとの間にワイヤ1cが、それぞれループを形成する。
図6Aは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のファーストボンディングにおけるキャピラリ3の押し付け動作を示す側面図である。はじめに、図6Aに示されるファーストボンディングの前に、ワイヤ1先端とスパークロッド4(図6Aには図示せず)との間の放電により、ワイヤ1先端は溶融し、球状のボール2aが予め形成されている。次に、図6Aに示される様に、キャピラリ3はソース電極6a直上に移動し、ボール2aがソース電極6a上に押し付けられてファーストボンディングが行われる。その際、キャピラリ3からの荷重及び超音波と共にヒーターステージ8からの加熱によってチップ5上のソース電極6aとボール2aとが接合される。これにより、1回目のボンディングステップが完了する。
次に、図6Bは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディングにおけるボール2bの形成を示す側面図である。まず、図6Bに示される様に、キャピラリ3の先端からワイヤ1aが送出されながらキャピラリ3が移動してワイヤループ形状が形成される。その際に、ソース電極6aからソースリード7aまでのワイヤボンディングが行える適切なワイヤ長がキャピラリ3の先端に確保される。そして、キャピラリ3先端部の位置のワイヤ1とスパークロッド4との間の放電か、又は図示せぬレーザー等の外部からの熱により、ワイヤが溶融してボール2bが形成される。
図6Cは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディングにおけるキャピラリ3の押し付け動作を示す側面図である。図6Cに示される様に、キャピラリ3がソースリード7a上に押さえつけられることにより、上述の工程で形成されたボール2bとソースリード7aとのセカンドボンディングが行われる。接合には、キャピラリ3からの荷重及び超音波と共にヒーターステージ8から加えられる熱が使われる。これにより、2回目のボンディングステップが完了する。この圧着によって形成されたボンディングは、1本目のワイヤ1aとソースリード7aとを強固に接合すると共に、次の連続するボンディングワイヤー1bとソースリード7aとも強固に接合することになる。このように、本発明においては、ボールの形成を行った上で、ワイヤの中途の部分を半導体装置に接合させることもセカンドボンディングと称す。
図6Dは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディング後におけるワイヤ1bへのループ形状の形成を示す側面図である。通常は、セカンドボンディング後にはワイヤクランパが閉じられ、ワイヤが切断される。しかし、本発明では、セカンドボンディングの前後においては、図示せぬワイヤクランパが閉じられることはなく、ワイヤ1は、キャピラリ3の先端から送出され続ける。したがって、図6Dを参照すると、ボール2bを介してワイヤ1aとワイヤ1bとは1本のワイヤで繋がっている。そして、ソースリード7aへのボール2bのセカンドボンディング後にワイヤ1bには、キャピラリ3が特殊な軌跡を描きながら移動することで図6Dに示された様なワイヤループ形状が形成される。この後に、次の接合点であるソース電極6b(図示せず)までの適切な長さのワイヤ1bがキャピラリ3の先端に確保された後、キャピラリ3の先端部において再度、ボール2c(図示せず)が形成される。
図6Eは、本発明に係るワイヤボンディングの方法のセカンドボンディング(3回目のボンディングステップ)後におけるキャピラリ3の引き上げ動作を示す側面図である。まず、形成されたボール2c(図示せず)と次の接合点のソース電極6b(図示せず)とのセカンドボンディングが行われる。これにより、3回目のボンディングステップが完了する。そして、図6Eに示される様に、2回目のボンディングステップ後と同様の手順でキャピラリ3が引き上げられ、次の連続するワイヤ1cが引き出される。なお、ボール2c及びソース電極6bはそれぞれがボール2a及びソース電極6aによって遮られているため図上では見えない。
そして、最後の工程となる、ワイヤ1cのソースリード7aへの接合では、通常のワイヤボンディングと同様にボールが形成されずにセカンドボンディングを行われる。これにより、4回目のボンディングステップが完了する。セカンドボンディングが行われた後に、図示せぬワイヤクランパが閉じてキャピラリ3が上昇することによってワイヤが切断され、一連のボンディング処理が終了する。
以上に示した手順でワイヤボンディング装置の運転を進めることにより、図4に示される様な接合点にボールを有する連続ワイヤ接合構造の半導体装置を作り出すことが可能となる。
本発明の連続ワイヤ接合構造により、通常のワイヤボンディングによるものに比べ、同一面積のチップ電極又はリード端子に対してより数多くのワイヤの配線を行うことが可能となる。これにより、ワイヤの低インダクタンス化が実現される。
また、特許文献1の実施例の場合には、チップ表面の電極上で直接セカンドボンディングが行われるため、キャピラリからの荷重及び超音波によってチップ内の回路にダメージが与えられ、半導体装置に特性不良が起こる可能性があった。しかし、本発明による半導体チップの電極部に予めボールを形成してからワイヤボンディングを行う手法の場合には、そのボールの存在が、ボンディング時の緩衝材として働くことで半導体チップへのダメージを軽減させることができる。
また、上述のチップ電極上で行われるセカンドボンディングではワイヤが潰され、充分な接合面積が確保できない。したがって、ワイヤのループ形成時のテンションやワイヤの配線後の組み立て衝撃によって接合部が剥がれる可能性があった。特に、ワイヤ線径が細くなると接合面積がさらに小さくなるために、セカンドボンディング部が剥がれる可能性は高まる。しかし、本発明による電極部へのボールの接合により、ワイヤの潰れを抑制すると共により広い接合面積を確保することでより強固な接合を実現することができる。
さらに、上述の特許文献1では、ソースリード端子側からチップ電極側への方向にワイヤが配され、そしてワイヤボンディングが行われることが不可避である。この際に、ソースリードへのファーストボンディング後のワイヤループを高くし、チップ上のチップ電極にセカンドボンディングを行わないと、チップエッジ部とワイヤとが接触してショートしてしまう可能性があった。これを防ぐために、ワイヤループにある程度の高さを確保する必要が生じたり、チップとソースリード端子との間隔を広く取ったりする必要があった。しかし、ここでも、本発明においては、電極部へのボールの形成により、ソースリード端子側からチップ側へのボンディング時においてもチップとワイヤとの間隔が確保できる。このことでチップエッジとワイヤとが接触してショートする危険性を減少させると共にワイヤ高さを低く抑えることが可能となる。したがって、本発明による半導体装置の製造方法においては、1回目のボンディングステップをソース電極6a側からでなくソースリード7a側から開始することも可能である。その際には、4回目のボンディングステップ前にもボールの形成が省略せずに行われる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態による半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法について添付図面を参照しながら説明する。
本発明の第2の実施形態による半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法について添付図面を参照しながら説明する。
図7は、半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法の第2の実施形態における一例を示すMOSFET装置の平面図である。本発明の第2の実施形態では、装置の端子上にボールが予め形成された上で、第1の実施形態に記述された連続ワイヤボンディングが行われる。図7では、ワイヤボンディングが行われる前のボールが形成されたMOSFET装置が示されている。ボールが形成される前のMOSFET装置は、上述の第1の実施形態と同じである。すなわち、3つのリード端子(7a、7b、および7c)、MOSFETのチップ5、並びにチップ電極(6a、6b、および6c)を備えている。また、図中では奥側に表示されている下層から順にリード端子(7a、7b、および7c)、チップ5、及びチップ電極(6a、6b、および6c)が配置されている。3つのリード端子は、ソースリード7a、ゲートリード7b、及びドレインリード7cである。また、3つのチップ電極は、2つのソース電極6a及び6b、並びにゲート電極6cである。そして、チップ5の裏面(図示せず)にはドレイン電極が形成されている。ソース−ドレイン間に大きな電流を流すためにドレイン電極はドレインリード7cと直接、導電性接合材料で接合されている。
上述のMOSFET装置に、ゲート電極6cとゲートリード7bとの間がワイヤ1dで通常のワイヤボンディングによって接続され、ソースリード7a上にボール2bが、ソース電極6b上にボール2cが形成されたものが、図7には示されている。
図7に示されたMOSFET装置に、連続ワイヤボンディングが行われる。まず、ソース電極6aにファーストボンディングが行われ、ボール2aが形成されるのは上述の第1の実施形態と同様である。しかし、その後のセカンドボンディングでは上述の予め形成されたボールにワイヤが接合される。そして、ボール2aとボール2bとの間にはワイヤ1aが形成され、ボール2bとボール2cとの間にはワイヤ1bが形成され、ボール2cとソースリード7aとの間にはワイヤ1cが形成される。ワイヤ1a、1b、及び1cは、1本のワイヤが切断されることなく連続してボンディングが行われたものである。その結果、第1の実施形態と同様の図4に示された様な、本発明の接合点にボールを有する連続ワイヤ接合構造の半導体装置が形成されることになる。
次に、第2の実施形態による半導体装置の製造方法について簡単に説明する。
はじめに、第1の実施形態と同様に、図6Aに示されるファーストボンディング前に、ワイヤ1先端とスパークロッド4との間の放電により、ワイヤ1先端は溶融し、球状のボール2aが予め形成されている。次に、図6Aに示される様に、キャピラリ3はソース電極6a直上に移動し、通常のワイヤボンディングと同様に、形成されたボール2aとソース電極6aとのファーストボンディングが行われる。これにより、1回目のボンディングステップが完了する。
次に、図6Cに示される様に、キャピラリ3がソースリード7a上に押さえつけられることにより、ソースリード7a上に予め形成されているボール2bとワイヤ1aとのセカンドボンディングが行われる。これにより、2回目のボンディングステップが完了する。この圧着によって形成されたボンディングは、1本目のワイヤ1aとソースリード7aとを強固に接合すると共に、次の連続するボンディングワイヤー1bとソースリード7aとも強固に接合することになる。
ソースリード7aへのボンディングの前後において図示せぬワイヤクランパが閉じられることはなく、その間、ワイヤ1は、キャピラリ3の先端から送出され続けている。そして、図6Dに示される様に、ボール2bに繋がっているワイヤ1bに対し、キャピラリ3が特殊な軌跡を描きながら移動することでワイヤループ形状が形成される。
次の接合点のソース電極6b上に予め形成されているボール2c上にワイヤ1bのセカンドボンディングが行われる。これにより、3回目のボンディングステップが完了する。そして、図6Eに示される様に、2回目のボンディングステップ後と同様の手順でキャピラリ3が引き上げられ、次の連続するワイヤ1cが引き出される。
そして、最後のワイヤ1cのソース電極7aへのセカンドボンディングでは通常のワイヤボンディングと同様にボールが形成されずに、セカンドボンディングが行われる。これにより、4回目のボンディングステップが完了する。セカンドボンディングが行われた後に、図示せぬワイヤクランパが閉じてキャピラリ3が上昇することによってワイヤが切断され、一連のボンディング処理が終了する。
以上に示した手順で予め形成されたボール上に、通常と同じ様にセカンドボンディングが行われ、そしてその際に、ワイヤが切断されずにワイヤボンディング処理が継続される。これにより、第1の実施形態と同様に、図4に示された様な接合点にボールを有する連続ワイヤ接合構造の半導体装置を作り出すことが可能となる。
その結果、第2の実施形態においては、第1の実施形態の効果と同様の効果を有している。加えて第2の実施形態においては、第1の実施形態におけるボンディングの方法で採られた、連続ワイヤボンディング途中にボールを形成するという手順が必要ない。また、ボールを予め形成しておくことによってボンディング途中でのボール形成に比べて安定したボールが形成できる。このため、より信頼性の高い半導体装置を作製することが可能となるばかりか、高速に連続ボンディングが可能になり、事前のボール形成工程と合わせてもスループットの向上が期待できる。
(第3の実施形態)
上述の実施形態では、連続ワイヤボンディングの途中に、あるいは事前にボールが形成された。しかし、連続ワイヤボンディング処理がソースリード端子側から開始されてチップ電極上で折り返されてソースリード端子にまで再度ワイヤを配される形態で連続接合される場合には、チップ電極上に金メッキ等でボールバンプを予め形成しておくことも可能である。これは、図7のソース電極6a上にボールが予め形成された上でボール2bから、ボール2a、ソースリード7aへとワイヤが配線されるものであり、第2の実施形態と同様の効果が得られる。また、この金メッキによるボールバンプ形成は、ウェハ状態で一括して可能となるため、ワイヤ本数やレイアウトに制約はあるものの、連続ワイヤボンディングのスループットの大幅な改善が可能となる。
上述の実施形態では、連続ワイヤボンディングの途中に、あるいは事前にボールが形成された。しかし、連続ワイヤボンディング処理がソースリード端子側から開始されてチップ電極上で折り返されてソースリード端子にまで再度ワイヤを配される形態で連続接合される場合には、チップ電極上に金メッキ等でボールバンプを予め形成しておくことも可能である。これは、図7のソース電極6a上にボールが予め形成された上でボール2bから、ボール2a、ソースリード7aへとワイヤが配線されるものであり、第2の実施形態と同様の効果が得られる。また、この金メッキによるボールバンプ形成は、ウェハ状態で一括して可能となるため、ワイヤ本数やレイアウトに制約はあるものの、連続ワイヤボンディングのスループットの大幅な改善が可能となる。
本発明のワイヤボンディング装置により、セカンドボンディング時に接合するボールが、ワイヤボンディング動作中においても形成可能となる。また、本発明の連続ワイヤボンディングの方法により、接合点にボールを有する連続ワイヤ接合構造の半導体装置を作り出すことが可能となる。そして、本発明の連続ワイヤ接合構造により、ワイヤの低インダクタンス化、半導体チップへのダメージ軽減、接合部の強固な接合、及び半導体パッケージの小型化が実現される。これにより、サイズが小さいチップでもオン抵抗や順方向電圧降下等の製品特性を向上させることが可能となる。
以上、本発明の実施形態を説明した。しかし、本発明は上記実施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内で種々変形して実施することができる。
1 ワイヤ
1a ソース端子上の第1のワイヤ配線
1b ソース端子上の第2のワイヤ配線
1c ソース端子上の第3のワイヤ配線
1d ゲート端子上のワイヤ配線
1e ワイヤの折り返し部
1f ワイヤのステッチボンディング部
1g ワイヤのテイルボンディング部
2 ボール
2a ソース電極上のボール
2b ソースリード上の第1のボール
2c ソースリード上の第2のボール
2d ゲートリード上のボール
3 キャピラリ
3a キャピラリの左半分
3b キャピラリの右半分
4 スパークロッド
5 チップ
6 チップ電極
6a 第1のソース電極
6b 第2のソース電極
6c ゲート電極
7 リード端子
7a ソースリード
7b ゲートリード
7c ドレインリード
8 ヒーターステージ
9 クリップ
1a ソース端子上の第1のワイヤ配線
1b ソース端子上の第2のワイヤ配線
1c ソース端子上の第3のワイヤ配線
1d ゲート端子上のワイヤ配線
1e ワイヤの折り返し部
1f ワイヤのステッチボンディング部
1g ワイヤのテイルボンディング部
2 ボール
2a ソース電極上のボール
2b ソースリード上の第1のボール
2c ソースリード上の第2のボール
2d ゲートリード上のボール
3 キャピラリ
3a キャピラリの左半分
3b キャピラリの右半分
4 スパークロッド
5 チップ
6 チップ電極
6a 第1のソース電極
6b 第2のソース電極
6c ゲート電極
7 リード端子
7a ソースリード
7b ゲートリード
7c ドレインリード
8 ヒーターステージ
9 クリップ
Claims (10)
- ボールを介して半導体チップのチップ電極にワイヤを接合する1回目のボンディングステップと、
ボールを介してリード端子に前記ワイヤを接合する2回目のボンディングステップと、
ボールを介して前記半導体チップのチップ電極に前記ワイヤを接合する3回目のボンディングステップと、
前記リード端子に前記ワイヤを接合する4回目のボンディングステップと、
前記ワイヤを切断するステップと
を備える
半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ボンディングステップの各々は、
前記ワイヤを溶融して前記ボールを形成するステップ
を備える
半導体装置の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ボンディングステップの各々は、
前記ボールを形成する前に前記ワイヤをクリップで固定するステップと、
前記クリップを用いて前記ワイヤの折り返しを形成するステップと、
前記ワイヤの折り返し部に前記ボールを形成するステップと
を備える
半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ボンディングステップの各々は、
前記1回目のボンディングステップの前に予めボールを形成するステップ
を備える
半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記4回目のボンディングステップの前に、前記2回目と3回目のボンディングステップを少なくとも1回以上繰り返すステップ
を更に備える
半導体装置の製造方法。 - 第1と第2のチップ電極を有する半導体チップと、
リード端子と、
ボールを介して前記第1のチップ電極に接続され、前記リード端子に延び、ボールを介して前記リード端子に接続され、前記第2のチップ電極に延び、ボールを介して前記第2のチップ電極に接続され、前記リード端子に延び、前記リード端子に接続されるワイヤと
を備える
半導体装置。 - キャピラリの先端部から突出するワイヤをクリップで固定するステップと、
前記キャピラリと前記クリップとの間に前記ワイヤの折り返しを形成するステップと、
前記ワイヤの前記折り返しにボールを形成するステップと、
前記キャピラリを用いてリード端子又は半導体チップのチップ電極に前記ボールを接合するボンディングステップと
を備える
ワイヤボンディング装置の動作方法。 - 請求項7に記載のワイヤボンディング装置の動作方法において、
前記ボンディングステップは、
前記ボールを接合した後に前記ワイヤを切断せずに前記キャピラリの先端部から前記ワイヤを繰り出し続けるステップと、
前記ワイヤのループ形状を形成するステップと
を備える
ワイヤボンディング装置の動作方法。 - キャピラリと、
前記キャピラリの先端部から突出するワイヤを固定するためのクリップと、
前記ワイヤを溶融してボールを形成するための熱エネルギを与える装置と
を備える
ワイヤボンディング装置。 - 請求項9に記載のワイヤボンディング装置において、
前記クリップは、
前記ワイヤが固定可能で前記キャピラリの先端部付近に配置される前記クリップ
を備える
ワイヤボンディング装置。
Priority Applications (2)
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JP2009138689A Withdrawn JP2010287633A (ja) | 2009-06-09 | 2009-06-09 | 半導体装置及びその製造方法並びにワイヤボンディング装置及びその動作方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014513870A (ja) * | 2011-05-18 | 2014-06-05 | サンディスク セミコンダクター (シャンハイ) カンパニー, リミテッド | ウォータフォール・ワイヤボンディング |
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- 2009-06-09 JP JP2009138689A patent/JP2010287633A/ja not_active Withdrawn
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