JP2012238814A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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- H01L2224/16238—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bonding area protruding from the surface of the item
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- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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- H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/45001—Core members of the connector
- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
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- H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/45001—Core members of the connector
- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
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- H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/45001—Core members of the connector
- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
- H01L2224/45164—Palladium (Pd) as principal constituent
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- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
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- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
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- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
- H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/484—Connecting portions
- H01L2224/4845—Details of ball bonds
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- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/484—Connecting portions
- H01L2224/4845—Details of ball bonds
- H01L2224/48451—Shape
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- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/484—Connecting portions
- H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
- H01L2224/48465—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch
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- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
- H01L2224/491—Disposition
- H01L2224/4912—Layout
- H01L2224/49175—Parallel arrangements
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
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- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
- H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
- H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
- H01L2224/78301—Capillary
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- H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
- H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
- H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
- H01L2224/78301—Capillary
- H01L2224/78302—Shape
- H01L2224/78303—Shape of the pressing surface, e.g. tip or head
- H01L2224/78304—Shape of the pressing surface, e.g. tip or head comprising protrusions
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- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
- H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
- H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
- H01L2224/78343—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure by ultrasonic vibrations
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
- H01L2224/81193—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
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Abstract
【解決手段】インナチャンファ部ICUの広がり角度θICAが90度よりも小さい場合、パッドPDの表面に垂直な方向の超音波変換荷重F1UYの大きさは、極めて小さくなる。つまり、パッドPDの表面に垂直な方向の超音波変換荷重F1UYの大きさは、パッドPDの表面に平行な方向の超音波変換荷重F1UXの大きさよりも充分に小さくなる。この結果、インナチャンファ部ICUの広がり角度θICAが90度よりも小さい場合においては、パッドPDの表面に垂直な方向の超音波変換荷重F1UYの大きさを充分小さくすることができ、パッド剥がれを防止することができる。
【選択図】図26
Description
<半導体装置(BGAパッケージ)の構成例>
半導体装置のパッケージ構造には、例えば、BGA(Ball Grid Array)パッケージやQFP(Quad Flat Package)パッケージなどのように様々な種類がある。本発明の技術的思想は、これらのパッケージに適用可能であり、以下に、BGAパッケージからなる半導体装置の構成例と、QFPパッケージからなる半導体装置の構成例について説明する。
BGAパッケージからなる半導体装置SA1は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について簡単に説明する。図5は、BGAパッケージからなる半導体装置SA1を製造する工程の流れを示すフローチャートである。
まず、QFPパッケージからなる半導体装置の構成について図面を参照しながら説明する。図6は、QFPパッケージからなる半導体装置SA2を上面から見た平面図である。図6に示すように、半導体装置SA2は矩形形状をしており、半導体装置SA2の上面は樹脂(封止体)RMで覆われている。そして、樹脂RMの外形を規定する四辺から外側に向ってアウターリードOLが突き出ている。
QFPパッケージからなる半導体装置SA2は上記のように構成されており、以下に、その製造方法について簡単に説明する。図8は、半導体チップに集積回路を形成した後、QFPパッケージからなる半導体装置を製造する工程の流れを示すフローチャートである。まず、リードフレームに形成されているチップ搭載部に半導体チップを搭載した後(S201のダイボンディング)、半導体チップに形成されているパッドとインナーリードとをワイヤで接続する(S202のワイヤボンディング)。その後、チップ搭載部、半導体チップ、ワイヤ、インナーリードを樹脂で封止する(S203のモールド)。そして、リードフレームに形成されているダムを切断した後(S204のダム切断)、樹脂から露出しているアウターリードの表面にめっき膜を形成する(S205のめっき)。続いて、樹脂の表面にマークを形成した後(S206のマークキング)、樹脂から突き出ているアウターリードを成形する(S207のリード成形)。このようにして半導体装置SA2を形成した後、電気的特性検査が実施され(S208のテスティング)、良品と判断された半導体装置SA2が製品として出荷される。
上述したように、半導体装置のパッケージ構造例として、BGAパッケージからなる半導体装置SA1と、QFPパッケージからなる半導体装置SA2を挙げたが、本発明の技術的思想は、両方に共通するワイヤボンディング工程(図5のS102、図8のS202)に関するものである。そこで、以下では、ワイヤボンディング工程の詳細について説明し、その後、本発明者が見出した課題、この課題を解決する工夫を施した実施の形態1における技術的思想の順で説明する。
上述したワイヤボンディング工程において、半導体チップCHP上に初期ボールIBLを着地させた後、キャピラリCAPに印加される荷重および超音波振動によって初期ボールIBLを変形させて圧着ボールPBLを形成する。その後、キャピラリCAPを上昇させる際、圧着ボールPBLとともにパッドPDが剥がれてしまう問題点が顕在化することが本発明者の検討により明らかになった。この点について、図面を参照しながら説明する。
まず、金ワイヤを使用してワイヤボンディングを行なう場合について説明する。図17は、金ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図17の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重F1が印加される。この圧縮荷重F1には、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重F2が印加される。
本実施の形態1における技術的思想は、パッド剥がれを防止するために、パッドの表面と平行する方向(水平方向)に印加される超音波振動が、キャピラリのインナチャンファ部のテーパ形状によって、パッドの表面に対して垂直方向の超音波変換荷重に変換される点に着目している。すなわち、この超音波変換荷重が大きくなると、圧着ボールに加わる圧縮荷重が大きくなり、パッド剥がれを引き起こすことになるので、本実施の形態1では、超音波変換荷重ができるだけ小さくなるように工夫を施している。
上述したように、本実施の形態1では、キャピラリCAPのインナチャンファ部ICUの広がり角度θICAを90度より小さくした状態で、銅ワイヤのワイヤボンディングを実施することに特徴があるが、このワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールPBLの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールPBLの構造上の特徴点を、一般的なワイヤボンディング工程で形成される圧着ボールPBL(P)との構造と比較しながら説明する。
次に、本実施の形態1の変形例について説明する。上述したように本実施の形態1では、銅ワイヤを使用したワイヤボンディング工程を例に挙げて説明したが、本実施の形態1における技術的思想は、銅からなるスタッドバンプ電極を形成する工程にも幅広く適用することができる。なぜなら、スタッドバンプ電極も、キャピラリによって、先端部に形成された初期ボールをパッド上に着地させた後、圧縮荷重および超音波振動を印加することにより初期ボールを変形させて圧着ボールを形成し、この圧着ボールの先端部で銅ワイヤを切断することによりスタッドバンプ電極を形成するからである。つまり、銅ワイヤによるワイヤボンディング工程とスタッドバンプ電極形成工程のいずれにおいても、圧縮荷重および超音波振動を印加して圧着ボールを形成する点は共通するため、銅からなるスタッドバンプ電極を形成する工程においても、パッド剥がれの問題が顕在化すると考えられる。したがって、スタッドバンプ電極を形成する工程においても、本発明の技術的思想を適用することにより、パッド剥がれを効果的に防止することができる。
本実施の形態2における技術的思想も、前記実施の形態1における技術的思想と同様にパッド剥がれを防止することを目的とするが、本実施の形態2では、前記実施の形態1とは異なるアプローチでパッド剥がれを防止する例を説明する。具体的に、本実施の形態2では、キャピラリを引き上げる際に発生する圧着ボールへの引張荷重をできるだけ小さくすることを主要観点とした技術的思想について説明する。
まず、本実施の形態2におけるワイヤボンディング工程について説明する。図34は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図34の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重F1が印加される。この圧縮荷重F1は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重F2が印加される。ここで、図27と図34を見比べてわかるように、前記実施の形態1におけるワイヤボンディング工程(図27参照)に対して、本実施の形態2によるワイヤボンディング工程(図34参照)では、超音波変換荷重が大きくなっていることがわかる。それにもかかわらず、本実施の形態2でも、引張荷重F2が小さくなっている。前記実施の形態1では、キャピラリのインナチャンファ部の広がり角度を90度よりも小さくするという構成を取ることにより、パッドの表面に垂直な方向の超音波変換荷重の大きさを小さくする手段を取っている。これに対し、本実施の形態2では、超音波変換荷重を減らす工夫ではない別の工夫を施すことにより、圧着ボールに加わる引張荷重を低減しているのである。以下に、本実施の形態2における工夫について図面を参照しながら説明する。
上述したように、本実施の形態2におけるワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールPBLの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールPBLの構造上の特徴点について説明する。
本実施の形態3における技術的思想も、前記実施の形態1や前記実施の形態2における技術的思想と同様にパッド剥がれを防止することを目的とするが、本実施の形態3では、前記実施の形態1や前記実施の形態2とは異なるアプローチでパッド剥がれを防止する例を説明する。具体的に、本実施の形態3では、キャピラリを引き上げる際に発生する圧着ボールへの引張荷重を限りなくゼロに近づけることを主要観点とした技術的思想について説明する。
まず、本実施の形態3におけるワイヤボンディング工程について説明する。図38は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図38の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重F1が印加される。この圧縮荷重F1は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、本実施の形態3では、圧着ボールに印加される引張荷重が限りなくゼロに近づくようになっている。このように本実施の形態3では、圧着ボールに加わる引張荷重を限りなくゼロに近づける点に特徴があり、この特徴を実現するための工夫を施している。以下に、本実施の形態3における工夫について図面を参照しながら説明する。
上述したように、本実施の形態3におけるワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールPBLの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールPBLの構造上の特徴点について説明する。
なお、圧着ボールPBLの構造を、例えば、図44に示すような形状となるように、キャピラリCAPのホール部HLU2の形状を加工しても、本実施の形態3と同様の効果を得ることができる。図44は、変形例における圧着ボールPBLの構造を示す図である。図44において、本変形例における圧着ボールPBLは、パッドPD上に形成された台座部PEと、この台座部PE上に形成されたコーン部CNと、コーン部CN上に形成されたホール挿入部HIから構成される。このとき、本変形例では、圧着ボールPBLのホール挿入部HIの側面とコーン部CNの側面が一体的な曲線で形成されている。この場合も、図44に示すように、パッドPDの表面に垂直な仮想垂直線L1を引いた場合、この仮想垂直線L1と、ホール挿入部HIの側面に接する直線L2とのなすテーパ角が0度以上(θ>0)となっている。このように本変形例でも、テーパ角が0度以上であることが特徴であるが、特に、テーパ角は10度から20度の範囲内にあることが望ましい。これは、テーパ角が10度から20度の範囲内にあれば、キャピラリCAPを上昇させる際、キャピラリCAPのホール部HLU2と、圧着ボールPBLのホール挿入部HIとの間に発生する摩擦力を確実にほとんどゼロにすることができるからである。一方、テーパ角をあまり大きくしすぎると、ホール挿入部HIに銅材が注入されやすくなってしまうため、テーパ角は10度から20度の範囲内にあることが望ましいのである。
本実施の形態4における技術的思想は、前記実施の形態1〜前記実施の形態3における技術的思想を組み合わせたものである。
まず、本実施の形態4におけるワイヤボンディング工程について説明する。図45は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図45の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重F1が印加される。この圧縮荷重F1は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重F2が印加される。
上述したように、本実施の形態4におけるワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールPBLの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールPBLの構造上の特徴点について説明する。
前記実施の形態1で説明したように、特に、銅ワイヤを使用したワイヤボンディング工程においては、パッド剥がれという問題点が存在する。このパッド剥がれは、キャピラリCAPから圧着ボールPBLの外縁部に印加される圧縮荷重が大きくなることで、圧着ボールPBLの台座部PEの外縁部がパッドの内部に入り込むという第1要因に起因する。さらに、パッド剥がれは、圧縮荷重が大きくなることによって、ホール挿入部HIへの注入圧力が大きくなる結果、圧着ボールPBLのホール挿入部HIとキャピラリCAPのホール部との間の摩擦力が大きくなり、キャピラリCAPを引き上げる際の引張応力が大きくなる第2要因にも起因する。特に、パッド剥がれは、パッドPDの構造だけではなく、パッドPDの下層に形成されている層間絶縁膜の構成にも依存する。したがって、パッド剥がれが生じやすくなる層間絶縁膜の構成を有する半導体装置においては、本発明の技術的思想を適用する有用性が高まることになる。以下に、上述したパッド剥がれが生じやすい層間絶縁膜の構成の一例について説明する。
本実施の形態6では、パッド剥がれが生じやすいパッド構造について、比較的パッド剥がれが生じにくいパッド構造と対比しながら説明する。図52は、比較的パッド剥がれが生じにくいパッド構造におけるワイヤボンディング工程を示す図である。図52において、パッドPDは、例えば、バリア導体膜BCF1Aとアルミニウム膜とバリア導体膜BCF2Aとアルミニウム膜から構成されている。ここで、図52に示すように、キャピラリCAPからの圧縮荷重および超音波振動を初期ボールに印加して、圧着ボールPBLを形成する。このとき、キャピラリCAPからの圧縮荷重が大きくなると、圧着ボールPBLの台座部PEがパッドPDの内部に入り込み、バリア導体膜BCF2Aが破壊される。ここで、バリア導体膜BCF2Aの厚さが薄い場合、図52に示すように、圧着ボールPBLの底面全体にわたってバリア導体膜BCF2Aが破壊される。この状態で、キャピラリCAPを上昇させる場合、台座部PEの底面にほぼ均一に引張荷重F2が印加される。このように、バリア導体膜BCF2Aが薄い場合、局所的に大きな引張荷重F2が印加されにくくなることから、パッド剥がれが生じにくい。
AD 接着材
AR 領域
BCF1 バリア導体膜
BCF1A バリア導体膜
BCF1B バリア導体膜
BCF2 バリア導体膜
BCF2A バリア導体膜
BCF2B バリア導体膜
CAP キャピラリ
CHP 半導体チップ
CN コーン部
F1 圧縮荷重
F1P 注入圧力
F1U 超音波変換荷重
F1UX 超音波変換荷重
F1UY 超音波変換荷重
F2 引張荷重
HI ホール挿入部
HLU ホール部
HLU1 ホール部
HLU2 ホール部
IBL 初期ボール
ICU インナチャンファ部
IL インナーリード
IL1 層間絶縁膜
IL2 層間絶縁膜
IL3 層間絶縁膜
IL4 層間絶縁膜
LD1 ランド端子
LD2 端子
L1 仮想垂直線
L2 直線
MR 樹脂
OL アウターリード
PBL 圧着ボール
PD パッド
PE 台座部
PF めっき膜
RM 樹脂
S 半田
SA1 半導体装置
SA2 半導体装置
SB 半田ボール
SBMP スタッドバンプ電極
TAB チップ搭載部
TCH 放電トーチ
TE 端子
TP テーパ形状
US 超音波振動
W ワイヤ
WB 配線基板
θICA 広がり角度
Claims (40)
- 半導体チップの表面上に配置されたパッドに銅ワイヤをボンディングする工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、
(a)キャピラリの先端部に前記銅ワイヤからなる初期ボールを形成する工程と、
(b)前記初期ボールを前記パッド上に着地させる工程と、
(c)前記初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、前記初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、前記パッドと前記圧着ボールとを電気的に接続する工程と、
(d)前記キャピラリから前記銅ワイヤを引き出す工程と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第1部分、前記第1部分の上に位置する第2部分、および、前記第2部分の上に位置し、前記(d)工程で引き出された前記銅ワイヤが接続された第3部分を有し、
前記圧着ボールの前記第2部分を形成する前記キャピラリのインナチャンファ部の広がり角度は、90度より小さいことを特徴とす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であって、
前記キャピラリの前記広がり角度は、50度から70度の範囲内にあることを特徴とす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であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記第2部分の厚さよりも厚くなることを特徴とす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であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記第2部分の厚さの1.25倍以上となることを特徴とす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であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記圧着ボールの径の2/9以上となることを特徴とす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であって、
前記圧着ボールの前記第3部分の厚さは、前記圧着ボールの径の1/6よりも小さいことを特徴とす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であって、
前記半導体チップの前記パッドの下層には、複数の層間絶縁膜が形成されており、
前記複数の層間絶縁膜は、ヤング率の異なる複数の絶縁膜を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項7に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数の層間絶縁膜のそれぞれのヤング率は、シリコンのヤング率よりも小さいことを特徴とす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であって、
前記半導体チップの前記パッドの下層には、複数の層間絶縁膜が形成されており、
前記複数の層間絶縁膜には、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜が含まれていることを特徴とす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であって、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の前に、前記半導体チップを配線板上に搭載する工程を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、さらに、前記(d)工程後、前記銅ワイヤを前記配線板の端子に電気的に接続する工程と、を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の後に、前記半導体チップ、前記銅ワイヤ、および、前記配線板の一部を封止体により封止する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項10に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、リードフレームであり、
前記配線板の前記端子は、リードであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項10に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、配線基板であり、
前記配線板の前記端子は、前記配線基板上に形成されたランド端子であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体チップの表面上に配置されたパッドに銅ワイヤをボンディングする工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、
(a)キャピラリの先端部に前記銅ワイヤからなる初期ボールを形成する工程と、
(b)前記初期ボールを前記パッド上に着地させる工程と、
(c)前記初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、前記初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、前記パッドと前記圧着ボールとを電気的に接続する工程と、
(d)前記キャピラリから前記銅ワイヤを引き出す工程と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第1部分、前記第1部分の上に位置する第2部分、および、前記第2部分の上に位置し、前記(d)工程で引き出された前記銅ワイヤが接続された第3部分を有し、
前記圧着ボールの前記第3部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記テーパ形状は、前記キャピラリの根元部から先端部に向う方向において広がる形状となっており、
前記パッドの表面に垂直な仮想垂直線を引いた時に、前記仮想垂直線と前記第3部分の側面で形成されるテーパ角度は、0度よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記テーパ角度は、10度から20度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第3部分において、前記第2部分と接する前記第3部分の底面の径は、前記銅ワイヤと接する前記第3部分の上面の径よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記第2部分の厚さよりも厚くなることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記第2部分の厚さの1.25倍以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記圧着ボールの径の2/9以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第3部分の厚さは、前記圧着ボールの径の1/6よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の前に、前記半導体チップを配線板上に搭載する工程を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、さらに、前記(d)工程後、前記銅ワイヤを前記配線板の端子に電気的に接続する工程と、を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の後に、前記半導体チップ、前記銅ワイヤ、および、前記配線板の一部を封止体により封止する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項21に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、リードフレームであり、
前記配線板の前記端子は、リードであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項21に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、配線基板であり、
前記配線板の前記端子は、前記配線基板上に形成されたランド端子であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (a)パッドが配置された表面を有する半導体チップと、
(b)前記半導体チップが搭載された上面を有する配線板と、
(c)前記パッド上に形成された銅からなる圧着ボールと、
(d)前記圧着ボールと電気的に接続された前記配線板の端子と、
(e)前記半導体チップ、前記配線板の一部、および、前記圧着ボールを封止する封止体と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第1部分、前記第1部分の上に位置する第2部分、および前記第2部分の上に位置する第3部分を有し、
前記第2部分の広がり角度は、90度より小さいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項24に記載の半導体装置であって、
前記第2部分の広がり角度は、50度から70度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。 - 請求項24に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記第2部分の厚さよりも厚いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項24に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記第2部分の厚さの1.25倍以上であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項24に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記圧着ボールの径の2/9以上であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項24に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールと前記配線板の前記端子とは、銅ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項24に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールは、スタッドバンプ電極を構成し、
前記スタッドバンプ電極は、前記配線板の前記端子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - (a)パッドが配置された表面を有する半導体チップと、
(b)前記半導体チップが搭載された上面を有する配線板と、
(c)前記パッド上に形成された銅からなる圧着ボールと、
(d)前記圧着ボールと電気的に接続された前記配線板の端子と、
(e)前記半導体チップ、前記配線板の一部、および、前記圧着ボールを封止する封止体と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第1部分、前記第1部分の上に位置する第2部分、および前記第2部分の上に位置する第3部分を有し、
前記圧着ボールの前記第3部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項31に記載の半導体装置であって、
前記テーパ形状は、前記キャピラリの根元部から先端部に向う方向において広がる形状となっており、
前記パッドの表面に垂直な仮想垂直線を引いた時に、前記仮想垂直線と前記第3部分の側面で形成されるテーパ角度は、0度よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項31に記載の半導体装置であって、
前記テーパ角度は、10度から20度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。 - 請求項31に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第3部分において、前記第2部分と接する前記第3部分の底面の径は、前記銅ワイヤと接する前記第3部分の上面の径よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項31に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記第2部分の厚さよりも厚くなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項31に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記第2部分の厚さの1.25倍以上であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項31に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第1部分の厚さは、前記圧着ボールの径の2/9以上であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項31に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第3部分の厚さは、前記圧着ボールの径の1/6よりも小さいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項31に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールと前記配線板の前記端子とは、銅ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項31に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールは、スタッドバンプ電極を構成し、
前記スタッドバンプ電極は、前記配線板の前記端子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
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