JP2011243860A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明者らの検討したところによると、ボンディングパッドサイズおよびピッチの急速な狭小化によって、ワイヤボンディング工程において、ファイナルパッシベーション膜のクラック等の信頼性に係る不良が多発していることが明らかとなった。
【解決手段】本願発明は、リードフレーム型半導体装置のワイヤボンディングにおいて、リードを加熱し、且つ、ダイパッドの下面または半導体チップの下面を冷却しながら、半導体チップ上のボンディングパッドとリードのワイヤ接続部との間のワイヤボンディングを実行するものである。
【選択図】図１８

Description

本発明は、半導体装置（または半導体集積回路装置）の製造方法におけるワイヤボンディング技術に適用して有効な技術に関する。

日本特開平５−１２１４９５号公報（特許文献１）には、リードフレーム上の半導体チップと外部リード間を金線で連結するワイヤボンディングにおいて、ヒートブロック内に矩形の断熱部材を挿入することによって、半導体チップ側を相対的に低い温度に、外部リード側を相対的に高い温度に制御する技術が開示されている。

日本実開平１−１１３３３４号公報（特許文献２）には、樹脂基板上の半導体チップと同樹脂基板上の銅リード間を銅線で連結するワイヤボンディングにおいて、銅リードを加熱した状態で還元性ガスを吹き付けることによって表面を還元した後、ワイヤボンディングを実行する技術が開示されている。

特開平５−１２１４９５号公報 特開平１−１１３３３４号公報

本願発明者らの検討したところによると、ボンディングパッドサイズおよびピッチの急速な狭小化によって、ワイヤボンディング工程において、ファイナルパッシベーション膜のクラック等の信頼性に係る不良が多発していることが明らかとなった。また、この種の不良は、主にＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）等のリードフレーム等を使用する製品（リードフレーム型製品すなわちリードフレーム型半導体装置）のワイヤボンディング工程に特に顕著であることが、本願発明者らによって明らかにされた。すなわち、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）等の配線基板を使用する基板型製品では、顕著でない。これは、基板型製品では、リード上に、ワイヤを構成する材料と同じ材料から成るメッキ層が形成されている関係で、ボンディング温度が比較的低いのに対し、リードフレーム型製品では、リード上に、ワイヤを構成する材料とは異なる材料から成るメッキ層が形成されているため、基板型製品のボンディング温度よりも高温に加熱した状態でワイヤボンディングを行う必要がある。一方、リードフレーム型製品においても、ボンディングパッド側は、比較的低温でよいが、通常は加熱温度を高い方に合わせている。本願発明者らの検討結果によれば、ファイナルパッシベーション膜のクラックの主原因は、ワイヤボンディングの際に一定の確率で、ボンディング位置がずれて、ボールの一部が、パッド開口端部のファイナルパッシベーション膜に乗り上げるためと考えられる。また、このボールの乗り上げによるクラックの発生は、その部分のボンディング時の温度に依存しており、パッドおよび周辺の温度が高くなるほど相関が高くなることが明らかとなった。

ここで、ワイヤボンディングステージのリードに対応する部分と半導体チップに対応する部分の間に、断熱部材を挿入することによって、両領域を異なる温度に加熱する等の方法（たとえば、特許文献１参照）も考えられているが、リード線端部とウエハの外周部は非常に近接しているので（たとえば、通常、最小ワイヤ長は、０．５ミリメートル程度である）、単なる断熱壁の挿入だけでは、有意義な効果は期待できない（輻射等の影響も考慮する必要がある）。

本願発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。

本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置の製造プロセスを提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

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下記の通りである。

すなわち、本願の一つの発明は、リードフレーム型半導体装置のワイヤボンディングにおいて、リードを加熱し、且つ、ダイパッドの下面または半導体チップの下面を冷却しながら、半導体チップ上のボンディングパッドとリードのワイヤ接続部との間のワイヤボンディングを実行するものである。

本願におい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下記のとおりである。

すなわち、リードフレーム型半導体装置のワイヤボンディングにおいて、リードを加熱し、且つ、ダイパッドの下面または半導体チップの下面を冷却しながら、半導体チップ上のボンディングパッドとリードのワイヤ接続部との間のワイヤボンディングを実行するので、ファイナルパッシベーション膜のクラック等の発生を有効に防止することができる。

本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法（一般的小ダイパッド＋ガス冷却方式）における組立工程の主要部の流れを示すプロセスブロックフロー図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（ダイボンド用ペースト塗布工程）である。 図２に対応するリードフレーム等の模式断面図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（ダイボンディング工程）である。 図４に対応するリードフレーム等の模式断面図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（ワイヤボンディング工程）である。 図６に対応するリードフレーム等の模式断面図である。 図７のワイヤボンディング部局所拡大領域Ｃ１に対応する部分拡大断面図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（レジン封止工程）である。 図９に対応するリードフレーム等の模式断面図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（リード切断＆成形工程）である。 図１１に対応するリードフレーム等の模式断面図である。 図８のボンディングパッド周辺の詳細構造を示すデバイス等の部分断面図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディング工程のリードフレームの各部とワイヤボンディングステージの各部の位置関係を説明するためのワイヤボンディングステージの上面図である（これ以降の図面では図１２等で示した接着部材膜８は、図示の都合上、表示を省略する）。 図１４からリードフレームを取り除いて、内部構造が見やすいようにしたワイヤボンディングステージの上面透過図である。 図１５のＹ−Ｙ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。 図１４のワイヤボンディング対象部分全体拡大領域Ｒ１に対応する部分の部分拡大上面図である。 図１７のＹ−Ｙ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。 図１７のＡ−Ａ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディング工程に使用するボンダ等のシステムブロック図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディング工程のシークエンスの例を示すタイミングチャートである。 本願の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法（一般的小ダイパッド＋レーザ局所加熱方式）におけるワイヤボンディングステージの上面透過図（第１の実施の形態における図１５に対応）である。 図２２のＢ−Ｂ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。 図２２のＣ−Ｃ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例１（小ダイパッド＋中央吸着孔ガス冷却方式）であって、図１４のワイヤボンディング対象部分全体拡大領域Ｒ１にほぼ対応する部分の部分拡大上面図である。 図２５のＤ−Ｄ’に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例２（放熱型小ダイパッド＋ガス冷却方式）であって、図１４のワイヤボンディング対象部分全体拡大領域Ｒ１にほぼ対応する部分の部分拡大上面図である。 図２７のＥ−Ｅ’に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。 本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例３（大ダイパッド＋ガス冷却方式）であって、図１４のワイヤボンディング対象部分全体拡大領域Ｒ１にほぼ対応する部分の部分拡大上面図である。 図２９のＦ−Ｆ’に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。 本願の第１及び第２の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるボンディングパッド周辺構造に関する変形例（ＯＰＭ型パッド構造、すなわち、Ｏｖｅｒ Ｐａｄ Ｍｅｔａｌ型パッド構造）の図１３に対応するボンディングパッド周辺の詳細構造を示すデバイス等の部分断面図である。 本願における技術的課題を説明するためのボンディングパッド周辺の詳細構造を示すデバイス等の部分断面図である。 本願のワイヤボンディングステージの変形例を説明する断面図である。

〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。

１．以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
（ａ）上面及び下面を有するダイパッド、リード、および前記リードのワイヤ接続部に形成された金属膜を備えたリードフレームを準備する工程；
（ｂ）第１主面及び第２主面を有する半導体チップであって、前記第１主面に形成されたボンディングパッド、および前記ボンディングパッドの周辺部を覆うように前記第１主面に形成されたパッシベーション膜を有する前記半導体チップを、前記第２主面が前記ダイパッドの前記上面と対向するように、前記上面に搭載する工程；
（ｃ）前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、加熱されたワイヤボンディングステージのリードフレーム載置面に搭載した状態で、前記ボンディングパッドと前記リードとを、前記金属膜を介してボンディングワイヤで電気的に接続する工程、
ここで、前記ボンディングパッドの材料は、前記金属膜の材料とは異なっており、更に、
前記工程（ｃ）は、以下の下位工程を含む：
（ｃ１）前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に搭載した状態で、前記リードを加熱し、且つ、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面を冷却しながら、前記パッシベーション膜から露出した前記ボンディングパッドの露出部に、ボンディングキャピラリで前記ボンディングワイヤの第１の部分を押し付けることによって、前記ボンディングワイヤの前記第１の部分を前記ボンディングパッドの前記露出部に接続する工程；
（ｃ２）前記工程（ｃ１）の後、前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に搭載した状態で、前記リードを加熱し、且つ、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面を冷却しながら、前記リードの前記ワイヤ接続部に、前記ボンディングキャピラリで前記ボンディングワイヤの第２の部分を押し付けることによって、前記ボンディングワイヤの前記第２の部分を前記ワイヤ接続部に接続する工程。

２．前記１項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記ワイヤボンディングステージは、前記リードのワイヤボンディングに適した温度に加熱されている。

３．前記１または２項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面の冷却は、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に前記ダイパッドまたは前記半導体チップのほぼ中央に対応する位置に設けられた冷却ガス供給孔から、冷却ガスを前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面に供給することによって行われる。

４．前記１から３項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記リードフレームは、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面の前記ダイパッドまたは前記半導体チップに対応する位置に設けられた真空吸着孔によって、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に、真空吸着されている。

５．前記３または４項の半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記冷却ガスの排気孔を兼ねる。

６．前記１から５項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記金属膜の表面は、銀を主要な成分とする。

７．前記１から６項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記リードフレームは、銅を主要な成分とする。

８．前記１から７項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ボンディングパッドを構成する主要な金属層は、アルミニウムを主要な成分とする。

９．前記１から８項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ボンディングワイヤは、金を主要な成分とする。

１０．前記１から９項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記パッシベーション膜は、窒化シリコン系絶縁層を有する。

１１．前記４から１０項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記ダイパッドまたは前記半導体チップに対して、複数個、設けられている。

１２．前記３から１１項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記冷却ガスは、不活性ガスを主要な成分とする。

１３．前記４から１２項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記半導体チップの周辺に対応する位置に、複数個、設けられている。

１４．前記４から１３項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記半導体チップのほぼ中央に対応する位置に、１個、設けられている。

１５．前記４から１３項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記半導体チップの各辺に対応して、複数個、設けられている。

１６．前記４から１３項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記半導体チップの各コーナに対応して、複数個、設けられている。

１７．前記１から１６項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ダイパッドの面積は、前記半導体チップの面積よりも小さい。

１８．前記１から１６項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ダイパッドの面積は、前記半導体チップの面積よりも大きい。

１９．以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
（ａ）上面及び下面を有するダイパッド、リード、および前記リードのワイヤ接続部に形成された金属膜を備えたリードフレームを準備する工程；
（ｂ）第１主面及び第２主面を有する半導体チップであって、前記第１主面に形成されたボンディングパッド、および前記ボンディングパッドの周辺部を覆うように前記第１主面に形成されたパッシベーション膜を有する前記半導体チップを、前記第２主面が前記ダイパッドの前記上面と対向するように、前記上面に搭載する工程；
（ｃ）前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、加熱されたワイヤボンディングステージのリードフレーム載置面に搭載した状態で、前記ボンディングパッドと前記リードとを、前記金属膜を介してボンディングワイヤで電気的に接続する工程、
ここで、前記ボンディングパッドの材料は、前記金属膜の材料とは異なっており、更に、
前記工程（ｃ）は、以下の下位工程を含む：
（ｃ１）前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に搭載した状態で、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面を第１の温度に加熱し、且つ、前記リードをレーザ光により前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱しながら、前記パッシベーション膜から露出した前記ボンディングパッドの露出部に、ボンディングキャピラリで前記ボンディングワイヤの第１の部分を押し付けることによって、前記ボンディングワイヤの前記第１の部分を前記ボンディングパッドの前記露出部に接続する工程；
（ｃ２）前記工程（ｃ１）の後、前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に搭載した状態で、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面を前記第１の温度に加熱し、且つ、前記リードをレーザ光により前記第１の温度よりも高い前記第２の温度に加熱しながら、前記リードの前記ワイヤ接続部に、前記ボンディングキャピラリで前記ボンディングワイヤの第２の部分を押し付けることによって、前記ボンディングワイヤの前記第２の部分を前記ワイヤ接続部に接続する工程。

２０．前記１９項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記ワイヤボンディングステージは、前記ボンディングパッドのワイヤボンディングに適した温度に加熱されている。

２１．前記１９または２０項の半導体装置の製造方法において、前記レーザ光は、前記リードに関して、前記ワイヤボンディングステージ側から供給される。

２２．前記１９から２１項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記リードフレームは、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面の前記ダイパッドまたは前記半導体チップに対応する位置に設けられた真空吸着孔によって、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に、真空吸着されている。

２３．前記１９から２２項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記リードの加熱は、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に設けられたレーザ加熱用金属体を介して、実行される。

２４．前記１９から２３項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記金属膜の表面は、銀を主要な成分とする。

２５．前記１９から２４項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記リードフレームは、銅を主要な成分とする。

２６．前記１９から２５項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記レーザ光は、ＹＡＧレーザによるものである。

２７．前記１９から２６項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記パッシベーション膜は、窒化シリコン系絶縁層を有する。

２８．前記２２から２７項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記ダイパッドまたは前記半導体チップに対して、複数個、設けられている。

２９．前記２２から２８項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記半導体チップの周辺に対応する位置に、複数個、設けられている。

３０．前記２２から２７項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記半導体チップのほぼ中央に対応する位置に、１個、設けられている。

３１．前記２２から２８項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記半導体チップの各辺に対応して、複数個、設けられている。

３２．前記２２から２８項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記半導体チップの各コーナに対応して、複数個、設けられている。

３３．前記１９から３２項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ダイパッドの面積は、前記半導体チップの面積よりも小さい。

３４．前記１９から３２項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ダイパッドの面積は、前記半導体チップの面積よりも大きい。

〔本願における記載形式、基本的用語、用法の説明〕
１．本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。

２．同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、Ａ以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、ＳｉＧｅ合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。

また、「金ワイヤ」、「アルミニウムボンディングパッド」等といっても、純粋な金またはアルミニウムから構成されたもののみを指すのではなく、特に、そうでない旨明示した場合および原理的にそうでないことが明らかである場合を除き、「金を主要な成分とするワイヤ」または「その主要部分がアルミニウム主要な成分とするボンディングパッド」等を指すものとする。

３．同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。

４．さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。

５．「ウエハ」というときは、通常は半導体装置（半導体集積回路装置、電子装置も同じ）をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、ＳＯＩ基板、ＬＣＤガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。

６．本願において「小ダイパッド」とは、半導体チップの中央位置に対応するダイバッドの面積が半導体チップの面積よりも小さいものを言う。また、「大ダイパッド」とは、その逆の場合を言う。

〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。

また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。

１．本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法（一般的小ダイパッド＋ガス冷却方式）における組立工程の主要部の流れ等の説明（主に図１から図１３）
このセクションでは本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法、すなわち、ワイヤボンディングステージ全体をリード接合に適した比較的高い温度に加熱する一方で、ダイパッドの下面または半導体チップ裏面をガスで冷却することによりボンディングパッド側もその接合に適した比較的低い温度に制御しつつ、ボールウエッジ（Ｂａｌｌ Ｗｅｄｇｅ）方式のサーモソニックワイヤボンディング（Ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）を実行する例を説明する（通常は、パッド側がボールボンディング（Ｂａｌｌ Ｂｏｎｄｉｎｇ）で、リード側がウエッジボンディング（Ｗｅｄｇｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）であるが、必要に応じてその逆にしても良い）。このセクションでは、一例として、小ダイパッドを有するリードフレームを用いた方式のうち、３ミリメートル角を越える程度の大きさのチップに適合したものを説明するが、ここで説明したことは、以下の各セクションで、特にそうでない旨、明示した場合、又は、明らかにそうでない場合を除き、ほぼそのまま適用できることは言うまでもない。すなわち、本セクション及び次セクションの説明は、それ以降の各セクションの一部を構成する。従って、セクション３以降では、原則として、本セクション及び次セクションと異なる部分のみを説明する。

図１は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法（一般的小ダイパッド＋ガス冷却方式）における組立工程の主要部の流れを示すプロセスブロックフロー図である。図２は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（ダイボンド用ペースト塗布工程）である。図３は図２に対応するリードフレーム等の模式断面図である。図４は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（ダイボンディング工程）である。図５は図４に対応するリードフレーム等の模式断面図である。図６は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（ワイヤボンディング工程）である。図７は図６に対応するリードフレーム等の模式断面図である。図８は図７のワイヤボンディング部局所拡大領域Ｃ１に対応する部分拡大断面図である。図９は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（レジン封止工程）である。図１０は図９に対応するリードフレーム等の模式断面図である。図１１は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における組立工程の主要部の流れを説明するためのリードフレーム等の上面図（リード切断＆成形工程）である。図１２は図１１に対応するリードフレーム等の模式断面図である。図１３は図８のボンディングパッド周辺の詳細構造を示すデバイス等の部分断面図である。これらに基づいて、本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法（一般的小ダイパッド＋ガス冷却方式）における組立工程の主要部の流れ等を説明する。

図１のダイボンディング工程１０１から説明する。図２及び図３に基づいて、接着剤５３（たとえば、銀ペースト等の導電性接着剤）の塗布（ポッティング）ステップを説明する。まず、たとえば、銅を主要な成分とする銅系金属等で構成されたリードフレーム２を準備する。リードフレーム２上においては、複数の単位デバイス領域１０（個々の半導体装置に対応する部分）が枠部７によって保持されている。各単位デバイス領域１０内には、それぞれ半導体チップ１を搭載するためのダイパッド３（チップ搭載部）、ダイパッド部３を枠部７に連結するダイパッドサポートバー（吊りリード）５、多数のリード４、多数のリード４を束ねて保持するタイバー６等が設けられている。ここで、図３に示すように、ダイボンディングステージ５１上に載置されたリードフレーム２の上面２ａ側から、ボンディングペーストディスペンサ５２によって、ダイパッド３の上面３ａに、接着部材膜８が滴下塗布される。

次に、図４及び図５に示すように、デバイス面１ａ（第１の主面）に複数のボンディングパッド９を有する半導体チップ１の裏面１ｂ（第２の主面、デバイス面とは反対側の面）を、接着部材膜８を介してダイパッド３の上面３ａに、ダイボンディングする（図１のダイボンド工程１０１）。

次に、図６及び図７に示すように、リードフレーム２を、ワイヤボンダ７１（図２０参照）のワイヤボンディングステージ５５（またはヒートステージ）のリードフレーム載置面５５ａ上に載置した状態で（一般にリードフレームの端部は搬送のためクリップ状の保持具で保持されている）、ボンディングワイヤ１２（たとえば、金を主要な成分とする金ワイヤまたは金系ワイヤ）を用いて、複数のボンディングパッド９と複数のリード４のワイヤ接続部１１との間で、ワイヤボンディングを実行する（図１のワイヤボンド工程１０２）。このワイヤボンディングの際には、半導体チップ１の裏面１ｂがリードフレーム載置面５５ａと接触するように、ダイパッド３は、リードフレーム載置面５５ａに作られたダイパッド収容リセス５４に収容されている。

ここで、図７のワイヤボンディング部局所拡大領域Ｃ１を図８に示す。図８および図１３に示すように、ワイヤボンディングステージ５５内には、真空排気通路５７が設けられており、半導体チップ１の裏面１ｂは、真空排気通路５７に連結された真空吸着孔５８によって、リードフレーム載置面５５ａに真空吸着されている。ここで対象とする半導体チップにおいては、その半導体基板１上の配線層１４を介して、たとえば、アルミニウム系（アルミニウムを主要な成分とする膜を主要構成要素とする。たとえば、銅を数％程度添加したアルミニウムを例示することができる）のボンディングパッド９が形成されており、配線層１４の上面およびボンディングパッド９の側面および周辺上面はファイナルパッシベーション膜１５（たとえば、無機系ファイナルパッシベーション膜）で被覆されている。無機系ファイナルパッシベーション膜１５としては、図１３に例示するように、たとえば、下層の酸化シリコン系絶縁膜１５ａ、上層の窒化シリコン系絶縁膜１５ｂ（たとえばプラズマＣＶＤによる窒化シリコン膜）等から構成される膜が適用される。

リード４もリードフレーム載置面５５ａに接触するようになっており、リード４の先端部のワイヤ接続部１１の上面には、金属膜４ｍが形成されており、たとえば、下層のニッケルバリア膜および上層の銀膜（ボンディング金属膜、たとえば、銀を主要な成分とする銀メッキ膜）から構成される。

図８に示すように、ボンディングワイヤ１２の第１の部分１２ａ（ボール部分）は、ボンディングパッド開口１７を介して、ボンディングキャピラリ５６により、ボンディングパッド９に接続される。一方、ボンディングワイヤ１２の第２の部分１２ｂ（ウエッジ部分）は、ボンディングキャピラリ５６により、金属膜４ｍの表面に接続される。

次に、図９及び図１０に示すように、リードフレーム２のアウターリード部４ｐ以外の部分、すなわち、インナーリード部４ｉ、ダイパッド３、半導体チップ１、ワイヤ１２等を封止レジン（たとえば、エポキシ系レジンを主要な成分の一つとする部材）で封止することにより、レジン封止体１６を形成する（図１のモールド工程１０３）。なお、この例では、ダイパッド３の下面（半導体チップが搭載される面（上面）とは反対側の面）３ｂもレジン封止体１６の内部に収容されている。

次に、アウターリード部４ｐに半田メッキ等を実行して（図１のメッキ工程１０４）、続いて、リードの切断（タイバー６の除去を含む）及びリードの成形を実行すると（図１のリード切断＆リード成形工程１０５）、図１１及び図１２に示すような半導体パッケージが形成される。

２．本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディングプロセス及びそれに使用する装置等の説明（主に図１４から図２１）
このセクションは、セクション１で説明した例のワイヤボンディングプロセス（図１のワイヤボンディング工程１０２、特に図６から図８）及びそれに使用する装置等を更に詳述する。

図１４は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディング工程のリードフレームの各部とワイヤボンディングステージの各部の位置関係を説明するためのワイヤボンディングステージの上面図である（これ以降の図面では図１２等で示した接着部材膜８は、図示の都合上、表示を省略する）。図１５は図１４からリードフレームを取り除いて、内部構造が見やすいようにしたワイヤボンディングステージの上面透過図である。図１６は図１５のＹ−Ｙ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。図１７は図１４のワイヤボンディング対象部分全体拡大領域Ｒ１に対応する部分の部分拡大上面図である。図１８は図１７のＹ−Ｙ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。図１９は図１７のＡ−Ａ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。図２０は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディング工程に使用するボンダ等のシステムブロック図である。図２１は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディング工程のシークエンスの例を示すタイミングチャートである。これらに基づいて、本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディングプロセス及びそれに使用する装置等を説明する。

図１４に図６から図８で説明したワイヤボンディングプロセスにおけるワイヤボンディングステージ５５等の上面図を示す。図１４に示すように、リードフレーム２は、通常、単位デバイス領域１０がリードフレーム進行方向５０と直交する方向に単数列又は複数列（たとえば、２列程度）、リードフレーム進行方向５０に複数列（たとえば、４列から１０列程度）、マトリクス状に設けられている。ワイヤボンディングステージ５５は、通常、熱伝導性の良好なステンレススティール等の金属部材で構成されており、たとえば、ヒートブロック５９上に設置されている。

この例では、図８で説明した真空吸着孔５８は、半導体チップの各辺に対応する位置に各１個、一つのチップに対して合わせて４個、ダイパッド収容リセス５４の外部のリードフレーム載置面５５ａに設けられている。これは、ダイパッドサポートバー５を避けて、チップの周辺部を保持することによって、安定的な保持特性を確保するためである。

図１５は、図１４において、リードフレーム２を取り除いて、ワイヤボンディングステージ５５及びその周辺の構造を見やすくしたものである。図１５及び図１６（Ｙ−Ｙ’断面）に示すように、ワイヤボンディングステージ５５は、その下面に設けられた溝によって、ヒートブロック５９を跨ぐように、設置されている。ヒートブロック５９の中央部には、ワイヤボンディングステージ５５の真空排気通路５７に連結した真空排気口６１が設けられており、この真空排気口６１は制御バルブを介して、真空ソースに接続されている。真空排気通路５７の内部には、冷却ガス供給孔６２に連結した冷却ガス供給路６３が設けられており、この中を通って、各冷却ガス供給孔６２に冷却ガス６５が供給される。この例では、真空吸着孔５８がチップ１の周辺に対応する位置に設けられているので、冷却ガス供給孔６２は、それらを避けて、チップ１の中心部に対応する位置に設けられている。また、冷却ガス供給孔６２は、チップ１の中心部に対応する位置にしか形成されていない（本実施の形態では、１つ）ため、本実施の形態では、図１７に示すように、冷却ガス供給孔６２の径（開口径）を真空吸着孔５８の径（開口径）よりも大きく形成している。これにより、冷却効率の低下を抑制している。なお、ダイパッド収容リセス５４の周辺部には、ダイパッドサポートバー５を収容するためのスロープ６４が、放射状に設けられている。

次に、図１４から図１６のワイヤボンディング対象部分全体拡大領域Ｒ１を更に説明する。図１７、図１８（Ｙ−Ｙ’断面）及び図１９（Ａ−Ａ’断面）に示すように、冷却ガス供給孔６２は、ダイパッド収容リセス５４内に開口を有しており、冷却ガス６５によって、直接、ダイパッド３の下面３ｂを冷却することができる。冷却ガス６５は、その後、連結溝６６を通って真空吸着孔５８に至り、回収される。すなわち、真空吸着孔５８は、チップ１やダイパッド３を吸着するためのものであり、かつ、冷却ガス６５の排気孔を兼ねる。また、図１４から図１９及び図２２から図３０に示すように、リードフレーム２は、ワイヤボンディングステージ５５のリードフレーム載置面５５ａのダイパッド３または半導体チップ１に対応する位置に設けられた真空吸着孔５８によって、ワイヤボンディングステージ５５のリードフレーム載置面５５ａに、真空吸着されている（ここで、ダイパッド収容リセス５４の底面は、リードフレーム載置面５５ａに含まれる）。更に、ここで説明したように、ダイパッド３の下面３ｂまたは半導体チップ１の第２主面１ｂの冷却は、ワイヤボンディングステージ５５のリードフレーム載置面５５ａにダイパッド３または半導体チップ１のほぼ中央に対応する位置に設けられた（必ずしも中央に限定されない）冷却ガス供給孔６２から、冷却ガス６５をダイパッド３の下面３ｂまたは半導体チップ１の第２主面１ｂに供給することによって行われる。

次に、図２０に基づいて、ワイヤボンディング工程１０２（図１）に使用するワイヤボンダ７１の構成を説明する。図２０に示すように、ワイヤボンダ７１の主要部は、ワイヤボンディングステージ５５、その周辺のツール等（ボンディングキャピラリ等を含む）を制御するワイヤボンダ制御部７１ａなどから構成されている。ここで、ワイヤボンダ制御部７１ａからの制御信号によって、ガス供給制御装置７２からバルブ制御信号が送出され、バルブ７５が制御され、冷却ガスボンベ７３からの冷却ガス６５（たとえば、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス、または、これらのうちの少なくとも一つを主要な成分とするガス）がガス配管７４を通して、冷却ガス供給路６３に供給される。冷却ガス供給孔６２からダイパッド３の下面３ｂ等に供給された冷却ガス６５は、真空吸着孔５８によって回収され、真空排気通路５７および真空排気口６１を通して、矢印６０のように真空排気される。

次に、図２１に基づいて、このワイヤボンダ７１の動作を説明する。図２１に示すように、時点ｔ１において、リードフレーム２のワイヤボンディングステージ５５上への搬送、すなわち、搬入が開始される。このとき、ヒートブロック５９のヒータはオン状態であり、ヒートブロック５９は、たとえば、摂氏２５０度程度（リード側のボンディングに適した温度、すなわち、リード側が摂氏２３０度程度に加熱される温度である）に加熱されている。搬送開始時のリードフレーム２の温度は、ほぼ常温である。

なお、セクション３の例では、ヒートブロック５９は、たとえば、摂氏１９０度程度（リード側のボンディングに適した温度、すなわち、リード側が摂氏１７０度程度に加熱される温度である）に加熱されている。

時点ｔ２において、リードフレーム２のワイヤボンディングステージ５５上への載置が完了し、チップ吸着が開始すると、リードフレーム２の温度が徐々に上昇する。

時点ｔ３において、リードフレーム２の温度が摂氏１７０度に近づくと、冷却ガスの供給が開始され、リード側とパッド側で温度上昇の様子が異なってくる。

時点ｔ４において、リード側の温度が摂氏２３０度程度に上昇し、パッド側の温度が摂氏１７０度程度に上昇すると、ワイヤボンディング動作が開始する。ワイヤボンディング動作は、図８に示すように、ボンディングキャピラリ５６で、ボール１２ａ（ボンディングワイヤの第１の部分）をボンディングパッド９に押し付ける（通常、同時に超音波振動を印加する）ことによって接続を形成し、次に、ボンディングワイヤ１２のウエッジ部１２ｂ（ボンディングワイヤの第２の部分）を、ボンディングキャピラリ５６で、リード４のワイヤ接続部１１に押し付ける（通常、同時に超音波振動を印加する）ことによって実行される。ここで、上記したように、ボンディングワイヤ１２は金系の材料から成り、ボンディングパッド９はアルミニウム系の材料から成る。すなわち、ボンディングパッド９を構成する材料は、ボンディングワイヤ１２を構成する材料と異なっているが、本実施の形態では、超音波振動を印加しているだけでなく、ボンディングパッド９とボンディングワイヤ１２との接続（接合）は、ボンディングワイヤ１２に予め形成しておいたボール１２ａを介して行っている。これにより、たとえ半導体チップ１を冷却したとしても、ボンディングパッド９とボンディングワイヤ１２との接合信頼性を確保できる。一方、リード側では、前記ボール１２ａが形成されていないため、ボンディングワイヤ１２のうち、リード４のワイヤ接続部１１に接続される部分の厚さが、ボンディングパッド９と接続される部分の厚さよりも薄い。また、ワイヤ接続部１１に形成される金属膜４ｍを構成する材料も、ボンディングワイヤ１２を構成する材料と異なっているため、ボンディングパッド９とボンディングワイヤ１２との接合信頼性を確保するためには、半導体チップ1側よりも高温にしておく必要がある。

時点ｔ５において、ワイヤボンディングが完了すると、冷却ガスの供給が停止され、パッド側の温度が若干、上昇する。

短時間経過の後、時点ｔ６において、チップ吸着が解除され、ワイヤボンディングステージ５５上からの処理が完了したリードフレーム２の搬送、すなわち、搬出が開始される。搬出中に処理が完了したリードフレーム２は、徐々に常温に戻る。一方、時点ｔ７において、次の未処理のリードフレーム２の搬入が開始される。

３．本願の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法（一般的小ダイパッド＋レーザ局所加熱方式）におけるワイヤボンディングプロセス及びそれに使用する装置等の説明（主に図２２から図２４）
このセクションでは本願の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法、すなわち、ワイヤボンディングステージ全体をパッド接合に適した比較的低い温度に加熱する一方で、リードのリードを下方から局所的にレーザ加熱することにより、その接合に適した比較的高い温度に制御しつつ、ボールウエッジ（Ｂａｌｌ Ｗｅｄｇｅ）方式のサーモソニックワイヤボンディング（Ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）を実行する例を説明する（通常は、パッド側がボールボンディングで、リード側がウエッジボンディングであるが、必要に応じてその逆にしても良い）。なお、セクション１及び２の説明の大部分は、本セクションの方法にもそのまま適用できるので、ここでは異なる部分のみを説明する。

図２２は本願の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法（一般的小ダイパッド＋レーザ局所加熱方式）におけるワイヤボンディングステージの上面透過図（第１の実施の形態における図１５に対応）である。図２３（第１の実施の形態における図１９に対応）は図２２のＢ−Ｂ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。図２４（第１の実施の形態における図１８に対応）は図２２のＣ−Ｃ’断面に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。これらに基づいて、本願の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法（一般的小ダイパッド＋レーザ局所加熱方式）におけるワイヤボンディングプロセス及びそれに使用する装置等を説明する。

図２２、図２３（Ｂ−Ｂ’断面）及び図２４（Ｃ−Ｃ’ 断面）に示すように、セクション１及び２の例と相違して、この例では、ワイヤボンディングステージ５５に、冷却ガス供給孔６２等がない代わりに、リードフレーム載置面５５ａに、チップ１を取り囲むように、半導体チップ１の周辺外部に当たる位置に、枠状の熱伝導性の良いレーザ加熱用金属体７６（たとえば、銅や銀を主要な成分とする金属部材が好適である）が埋め込まれている。そして、たとえば、枠状レーザ加熱用金属体７６の各コーナ部に対応する位置に、レーザ照射孔７７が設けられており、このレーザ照射孔７７を通して、レーザビーム７８により、レーザ加熱用金属体７６が局所的に加熱され、それによって、間接的に、リード４及びその周辺のみが、ヒートブロック５９（たとえば、摂氏１９０度程度、すなわち、ボンディングパッドのワイヤボンディングに適した温度）よりも高い温度（たとえば、摂氏２３０度程度、すなわち、第２の温度）に加熱される。この例の場合は、ヒートブロック５９が摂氏１９０度程度に加熱されているので、チップ１上のボンディングパッド９は、特別な処理をしなくても、自動的に摂氏１７０度程度（第１の温度）に加熱される。

レーザビーム７８の光源としては、たとえば、ＹＡＧレーザを例示することができる。レーザ波長としては、たとえば、１０６０ｎｍ、Ｑスイッチング周波数としては、たとえば、３０ｋＨｚ程度、電流としては、２０アンペア程度を例示することができる。

４．本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例１（小ダイパッド＋中央吸着孔ガス冷却方式）の説明（主に図２５および図２６）
このセクションでは本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法、すなわち、ワイヤボンディングステージ全体をリード接合に適した比較的高い温度に加熱する一方で、ダイパッドの下面または半導体チップ裏面をガスで冷却することによりボンディングパッド側もその接合に適した比較的低い温度に制御しつつ、ボールウエッジ方式のサーモソニックワイヤボンディングを実行する例を説明する（通常は、パッド側がボールボンディングで、リード側がウエッジボンディングであるが、必要に応じてその逆にしても良い）。このセクションでは、変形例１として、小ダイパッドを有するリードフレームを用いた方式のうち、３ミリメートル角以下程度の大きさのチップに適合したものを説明する。チップが小さいとダイパッドは、通常、更に小さくなるので、真空吸着孔と冷却ガス供給孔の両方を近接させて、ダイパッドの中央部に対応する位置に配置している。

図２５は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例１（小ダイパッド＋中央吸着孔ガス冷却方式）であって、図１４のワイヤボンディング対象部分全体拡大領域Ｒ１にほぼ対応する部分の部分拡大上面図である。図２６は図２５のＤ−Ｄ’に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。これらに基づいて、本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例１を説明する。

図２５及び図２６（Ｄ−Ｄ’断面）に示すように、セクション１から３の例と相違して、ワイヤボンディングステージ５５のダイパッド収容リセス５４の半導体チップ１の中央部に対応する位置に、隣接して各単一の真空吸着孔５８および冷却ガス供給孔６２が設けられている。これは、チップ１が小さいので（たとえば、３ミリメートル角以下程度）、ダイパッド収容リセス５４をチップ１よりも小さくすることが困難なため、チップ１ではなく、ダイパッド３の下面３ｂを吸着するようにしたためである。そうすると、ガス回収の通路を確保する観点から、冷却ガス供給孔６２も半導体チップ１の中央部に対応する位置ということとなる。

５．本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例２（放熱型小ダイパッド＋ガス冷却方式）の説明（主に図２７および図２８）
このセクションでは本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法、すなわち、ワイヤボンディングステージ全体をリード接合に適した比較的高い温度に加熱する一方で、ダイパッドの下面または半導体チップ裏面をガスで冷却することによりボンディングパッド側もその接合に適した比較的低い温度に制御しつつ、ボールウエッジ方式のサーモソニックワイヤボンディングを実行する例を説明する（通常は、パッド側がボールボンディングで、リード側がウエッジボンディングであるが、必要に応じてその逆にしても良い）。このセクションでは、変形例２として、小ダイパッドを有するリードフレームを用いた方式のうち、放熱を特に良好にする必要のあるチップに適合したものを説明する。

図２７は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例２（放熱型小ダイパッド＋ガス冷却方式）であって、図１４のワイヤボンディング対象部分全体拡大領域Ｒ１にほぼ対応する部分の部分拡大上面図である。図２８は図２７のＥ−Ｅ’に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。これらに基づいて、本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例２を説明する。

図２７及び図２８（Ｅ−Ｅ’断面）に示すように、この例は、セクション１及び２で説明した例と相違して、内部ダイパッド３ｉ（通常の小ダイパッドに対応）の周辺に複数のダイパッド連結バー３ｃで内部ダイパッド３ｉと連結された放熱促進用の外部ダイパッド３ｐを有していることである。その結果、ダイパッド３が内部ダイパッド３ｉ、外部ダイパッド３ｐおよびダイパッド連結バー３ｃから構成されることになり、その結果、ダイパッド３は、複数のダイパッド内開口２０を持つこととなる。この場合、真空吸着孔５８と冷却ガス供給孔６２の平面配置は、セクション１及び２で説明した例と類似しているが、この場合は、ダイパッドサポートバー５を回避する必要がないので、チップ１の各コーナに対応する位置（図１４、図１５、図１７及び図２２の位置をチップの中心の回りに４５度回転させた配向）に設けられる。この真空吸着孔配置は、各真空吸着孔５８がチップ１のコーナにあたる位置に来て、チップ１の中心から見て、ダイパッド３がダイパッドサポートバー５に連結される方向であり、チップの固定という観点では、最適の配置となる。

６．本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例３（大ダイパッド＋ガス冷却方式）の説明（主に図２９および図３０）
このセクションでは本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法、すなわち、ワイヤボンディングステージ全体をリード接合に適した比較的高い温度に加熱する一方で、ダイパッドの下面または半導体チップ裏面をガスで冷却することによりボンディングパッド側もその接合に適した比較的低い温度に制御しつつ、ボールウエッジ方式のサーモソニックワイヤボンディングを実行する例を説明する（通常は、パッド側がボールボンディングで、リード側がウエッジボンディングであるが、必要に応じてその逆にしても良い）。このセクションでは、変形例３として、大ダイパッドを有するリードフレームを用いた方式に適合したものを説明する。

図２９は本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例３（大ダイパッド＋ガス冷却方式）であって、図１４のワイヤボンディング対象部分全体拡大領域Ｒ１にほぼ対応する部分の部分拡大上面図である。図３０は図２９のＦ−Ｆ’に対応するワイヤボンディングステージ等の断面図である。これらに基づいて、本願の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法における冷却ガス供給孔および真空吸着孔等のレイアウトに関する変形例３を説明する。

一般的には、小ダイパッド（たとえば、３ミリメートル角程度）を使用すると、チップサイズごとに、ダイパッドサイズを変更しなくて良いので、好都合である。また、リードフレームと封止レジンの密着性は十分ではないので、ダイパッド３の面積を小さくするとパッケージクラックが低減する等のメリットがある。

しかし、チップ１の裏面全体をダイパッド３の上面３ａに強固に接着したい等の場合や、放熱性が重要な場合（ダイパッドは放熱性が良い）には、大ダイパッドが使用される。その場合のセクション１及び２で説明した方法の適用を以下説明する。

図２９および図３０（Ｆ−Ｆ’断面）に示すように、真空吸着孔配置は、基本的に図２７と同じである。ただし、この例の場合は、チップ１の裏面１ｂを吸着するのではなく、ダイパッド３の下面３ｂを吸着するようになっている。

７．本願の第１及び第２の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるボンディングパッド周辺構造に関する変形例（ＯＰＭ型パッド構造、すなわち、Ｏｖｅｒ Ｐａｄ Ｍｅｔａｌ型パッド構造）の説明（主に図３１）
このセクションでは、図１３で説明したボンディングパッド周辺構造の変形例を説明する。すなわち、本願の本セクション以外において説明した事項は、図１３のようなボンディングパッド周辺構造（通常パッド周辺構造）のみでなく、図３１に説明するようなＯＰＭ型パッド構造にも同様に適用できる。

図３１は本願の第１及び第２の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるボンディングパッド周辺構造に関する変形例（ＯＰＭ型パッド構造、すなわち、Ｏｖｅｒ Ｐａｄ Ｍｅｔａｌ型パッド構造）の図１３に対応するボンディングパッド周辺の詳細構造を示すデバイス等の部分断面図である。これに基づいて、本願の第１及び第２の実施の形態の半導体装置の製造方法におけるボンディングパッド周辺構造に関する変形例を説明する。

図３１に示すように、この例では、図１３で説明したボンディングパッド周辺構造と相違して、ボンディングパッド９上に周辺のファイナルパッシベーション膜１５上に渉って、更に、アンダバンプメタル層２１（たとえば、下層のチタン膜等のバリアメタル膜、上層のパラジュウム膜等のシード膜等を例示することができる）を介して、金バンプ電極１９が形成されており、その金バンプ電極１９上に、これまでに説明した方法によって、金系のボンディングワイヤ１２が接続されている。

８．本願の各実施の形態等に関する考察並びにそれらに関する補足的説明（主に図３２）
図３２は本願における技術的課題を説明するためのボンディングパッド周辺の詳細構造を示すデバイス等の部分断面図である。これに基づいて、実施の形態等に関する考察並びにそれらに関する補足的説明を行う。

図３２に示すように、ファイナルパッシベーション膜１５のクラック１８の主原因は、ワイヤボンディングの際に一定の確率で、ボンディング位置がずれて、ボール１２ａの一部が、パッド開口１７の端部のファイナルパッシベーション膜１５に乗り上げるためと考えられる。また、このボール１２ａの乗り上げによるクラック１８の発生は、その部分のボンディング時の温度に依存しており、パッド９および周辺の温度が高くなるほど相関が高くなる。

従って、パッド９および周辺の温度を当該部分のワイヤボンディングに適した比較的低い温度に加熱するようにしたのが、本願の各実施の形態である。

元来、近年の急速なパッドピッチ及びパッドサイズの狭隘化によって、一定の確率でボール１２ａの一部が、パッド開口１７の端部のファイナルパッシベーション膜１５に乗り上げることは、避けることが困難である。その結果、パッド９の周辺のファイナルパッシベーション膜１５にクラック１８が発生することを、完全に排除することは困難である。このクラック１８が直接、致命的欠陥の原因になることは、比較的稀であるが、車載用等の高信頼性製品では、ファイナルパッシベーション膜１５のクラック１８の数を極力低減したいというニーズが強い。このため、本願の各実施の形態では、リード側のボンディング特性を確保しつつ、パッド側をできるだけ低温に保った状態で、ワイヤボンディングが可能なように、局所的な温度制御を利用している。ここで示した方法では、チップの裏面側から、局所的な温度制御（冷却ガスまたはレーザビーム）を行うので、チップの表面側から行う場合のように、ワイヤループ形状に悪影響（またはワイヤそのものに悪影響）を与えることがないというメリットがある。

９．サマリ
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いて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、前記実施の形態では、半導体基板内の構造が比較的複雑なシリコン系のＣＭＩＳ ＦＥＴ集積回路を有する半導体チップ上のボンディングパッドにワイヤをボンディングする例を具体的に説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、シリコン系のその他の集積回路および単体デバイス、並びに、シリコン系以外の集積回路および単体デバイス等にも適用できることは言うまでもない。

また、前記実施の形態では、真空排気通路５７からダイパッド３の下面３ｂに向かってワイヤボンディングステージ５５に設けられた冷却ガス供給路６３を介して、冷却ガス６５をダイパッド３の下面３ｂに供給することについて説明したが、図３３に示すように、この冷却ガス供給路６３の周囲に断熱部材６７を配置しておいてもよい。これにより、ヒートブロック５９により加熱されたワイヤボンディングステージ５５の影響により、ダイパッド３の下面３ｂまでに到達する冷却ガス６５の温度が上昇するのを抑制できる。

また、前記実施の形態では、金系のボンディングワイヤを使用した技術を具体的に説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、銅系のボンディングワイヤを使用した技術にも、そのまま適用できることは言うまでもない。

また、前記実施の形態では、最も一般的に使用されているサーモソニックボンディング技術を具体的に説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、その他の方式のワイヤボンディングにも適用できることは言うまでもない。すなわち、キャピラリを用いたボール＆ウエッジボンディング等に広く適用できる。

更に、前記実施の形態では、半導体チップ１のボンディングパッド５にボンディングワイヤ６の一端部側を接続してから、ワイヤの他端部（終端部）側をリード部４に接続する、所謂、正ボンディング方式に対して本願発明を適用することについて説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、リード部４にボンディングワイヤ６の一端部側を接続してから、ワイヤの他端部（終端部）側を半導体チップ１のボンディングパッド５に接続する、所謂、逆ボンディング方式（すなわち、リード側）に対しても、本願発明を適用できる。

１ 半導体チップ（半導体基板）
１ａ 半導体チップの第１の主面（デバイス面）
１ｂ 半導体チップの第２の主面（裏面）
２ リードフレーム
２ａ リードフレームの上面
３ ダイパッド
３ａ ダイパッドの上面
３ｂ ダイパッドの下面
３ｃ ダイパッド連結バー
３ｉ 内部ダイパッド
３ｐ 外部ダイパッド
４ リード
４ｉ インナーリード部
４ｍ 金属膜
４ｐ アウターリード部
５ ダイパッドサポートバー（吊りリード）
６ タイバー
７ 枠部
８ 接着部材膜
９ ボンディングパッド
１０ 単位デバイス領域
１１ ワイヤ接続部
１２ ボンディングワイヤ
１２ａ 第１の部分（ボール部分）
１２ｂ 第２の部分（ウエッジ部分）
１４ 配線層
１５ ファイナルパッシベーション膜
１５ａ 酸化シリコン系絶縁膜
１５ｂ 窒化シリコン系絶縁膜
１６ レジン封止体
１７ ボンディングパッド開口
１８ クラック
１９ 金バンプ電極
２０ ダイパッド内開口
２１ アンダバンプメタル層
５０ リードフレーム進行方向
５１ ダイボンディングステージ
５２ ボンディングペーストディスペンサ
５３ ダイボンディングペースト
５４ ダイパッド収容リセス
５５ ワイヤボンディングステージ（ヒートステージ）
５５ａ リードフレーム載置面
５６ ボンディングキャピラリ
５７ 真空排気通路
５８ 真空吸着孔
５９ ヒートブロック
６０ 真空排気の流れ
６１ 真空排気口
６２ 冷却ガス供給孔
６３ 冷却ガス供給路
６４ スロープ
６５ 冷却ガス
６６ 連結溝
６７ 断熱部材
７１ ワイヤボンダ
７１ａ ワイヤボンダ制御部
７２ ガス供給制御装置
７３ 冷却ガスボンベ
７４ ガス配管
７５ バルブ
７６ レーザ加熱用金属体
７７ レーザ照射孔
７８ レーザビーム
１０１ ダイボンディング工程
１０２ ワイヤボンディング工程
１０３ レジンモールと工程
１０４ リードメッキ工程
１０５ リード切断＆成形工程
Ｃ１ ワイヤボンディング部局所拡大領域
Ｒ１ ワイヤボンディング対象部分全体拡大領域

Claims (20)

1. 以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
   （ａ）上面及び下面を有するダイパッド、リード、および前記リードのワイヤ接続部に形成された金属膜を備えたリードフレームを準備する工程；
   （ｂ）第１主面及び第２主面を有する半導体チップであって、前記第１主面に形成されたボンディングパッド、および前記ボンディングパッドの周辺部を覆うように前記第１主面に形成されたパッシベーション膜を有する前記半導体チップを、前記第２主面が前記ダイパッドの前記上面と対向するように、前記上面に搭載する工程；
   （ｃ）前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、加熱されたワイヤボンディングステージのリードフレーム載置面に搭載した状態で、前記ボンディングパッドと前記リードとを、前記金属膜を介してボンディングワイヤで電気的に接続する工程、
   ここで、前記ボンディングパッドの材料は、前記金属膜の材料とは異なっており、更に、前記工程（ｃ）は、以下の下位工程を含む：
   （ｃ１）前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に搭載した状態で、前記リードを加熱し、且つ、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面を冷却しながら、前記パッシベーション膜から露出した前記ボンディングパッドの露出部に、ボンディングキャピラリで前記ボンディングワイヤの第１の部分を押し付けることによって、前記ボンディングワイヤの前記第１の部分を前記ボンディングパッドの前記露出部に接続する工程；
   （ｃ２）前記工程（ｃ１）の後、前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に搭載した状態で、前記リードを加熱し、且つ、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面を冷却しながら、前記リードの前記ワイヤ接続部に、前記ボンディングキャピラリで前記ボンディングワイヤの第２の部分を押し付けることによって、前記ボンディングワイヤの前記第２の部分を前記ワイヤ接続部に接続する工程。
2. 前記１項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記ワイヤボンディングステージは、前記リードのワイヤボンディングに適した温度に加熱されている。
3. 前記２項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面の冷却は、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に前記ダイパッドまたは前記半導体チップのほぼ中央に対応する位置に設けられた冷却ガス供給孔から、冷却ガスを前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面に供給することによって行われる。
4. 前記３項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記リードフレームは、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面の前記ダイパッドまたは前記半導体チップに対応する位置に設けられた真空吸着孔によって、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に、真空吸着されている。
5. 前記４項の半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記冷却ガスの排気孔を兼ねる。
6. 前記５項の半導体装置の製造方法において、前記金属膜の表面は、銀を主要な成分とする。
7. 前記６項の半導体装置の製造方法において、前記リードフレームは、銅を主要な成分とする。
8. 前記７項の半導体装置の製造方法において、前記ボンディングパッドを構成する主要な金属層は、アルミニウムを主要な成分とする。
9. 前記８項の半導体装置の製造方法において、前記ボンディングワイヤは、金を主要な成分とする。
10. 前記９項の半導体装置の製造方法において、前記パッシベーション膜は、窒化シリコン系絶縁層を有する。
11. 前記１０項の半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記ダイパッドまたは前記半導体チップに対して、複数個、設けられている。
12. 前記１１項の半導体装置の製造方法において、前記冷却ガスは、不活性ガスを主要な成分とする。
13. 前記１２項の半導体装置の製造方法において、前記真空吸着孔は、前記半導体チップの周辺に対応する位置に、複数個、設けられている。
14. 以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
    （ａ）上面及び下面を有するダイパッド、リード、および前記リードのワイヤ接続部に形成された金属膜を備えたリードフレームを準備する工程；
    （ｂ）第１主面及び第２主面を有する半導体チップであって、前記第１主面に形成されたボンディングパッド、および前記ボンディングパッドの周辺部を覆うように前記第１主面に形成されたパッシベーション膜を有する前記半導体チップを、前記第２主面が前記ダイパッドの前記上面と対向するように、前記上面に搭載する工程；
    （ｃ）前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、加熱されたワイヤボンディングステージのリードフレーム載置面に搭載した状態で、前記ボンディングパッドと前記リードとを、前記金属膜を介してボンディングワイヤで電気的に接続する工程、
    ここで、前記ボンディングパッドの材料は、前記金属膜の材料とは異なっており、更に、
    前記工程（ｃ）は、以下の下位工程を含む：
    （ｃ１）前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に搭載した状態で、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面を第１の温度に加熱し、且つ、前記リードをレーザ光により前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱しながら、前記パッシベーション膜から露出した前記ボンディングパッドの露出部に、ボンディングキャピラリで前記ボンディングワイヤの第１の部分を押し付けることによって、前記ボンディングワイヤの前記第１の部分を前記ボンディングパッドの前記露出部に接続する工程；
    （ｃ２）前記工程（ｃ１）の後、前記半導体チップが搭載された前記リードフレームを、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に搭載した状態で、前記ダイパッドの前記下面または前記半導体チップの前記第２主面を前記第１の温度に加熱し、且つ、前記リードをレーザ光により前記第１の温度よりも高い前記第２の温度に加熱しながら、前記リードの前記ワイヤ接続部に、前記ボンディングキャピラリで前記ボンディングワイヤの第２の部分を押し付けることによって、前記ボンディングワイヤの前記第２の部分を前記ワイヤ接続部に接続する工程。
15. 前記１４項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記ワイヤボンディングステージは、前記ボンディングパッドのワイヤボンディングに適した温度に加熱されている。
16. 前記１５項の半導体装置の製造方法において、前記レーザ光は、前記リードに関して、前記ワイヤボンディングステージ側から供給される。
17. 前記１６項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記リードフレームは、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面の前記ダイパッドまたは前記半導体チップに対応する位置に設けられた真空吸着孔によって、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に、真空吸着されている。
18. 前記１７項の半導体装置の製造方法において、前記リードの加熱は、前記ワイヤボンディングステージの前記リードフレーム載置面に設けられたレーザ加熱用金属体を介して、実行される。
19. 前記１８項の半導体装置の製造方法において、前記金属膜の表面は、銀を主要な成分とする。
20. 前記１９項の半導体装置の製造方法において、前記リードフレームは、銅を主要な成分とする。

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