JP3335043B2 - 半導体デバイスの状態判定方法及び状態判定装置 - Google Patents

半導体デバイスの状態判定方法及び状態判定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイス
の組立工程に用いられるワイヤボンディング装置に利用
され、特にボンディング不着状態の検出や半導体デバイ
スの状態を判定することのできる半導体デバイスの状態
判定方法及び判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの組立工程に用いられる
ワイヤボンディング装置においては、金線又は銅、アル
ミニウムなどのワイヤを用いて第１ボンディング点とな
る半導体チップ上の電極と、第２ボンディング点となる
リードとを接続するように成される。
【０００３】従来、この種のワイヤボンディング装置に
おいては、先ずボンディングツールとしてのキャピラリ
から突出したワイヤの先端と放電電極（電気トーチ）と
の間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、そ
の放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してキャ
ピラリの先端にボールを形成するようにしている。
【０００４】そして図３（ａ）乃至（ｃ）に示すよう
に、キャピラリ２０の先端に形成されたボール２１ａ
を、第１ボンディング点である半導体チップ２２上のパ
ッド（電極）に対して所定のボンディング荷重を加えつ
つ、超音波及び他の加熱手段を併用して加熱を行い、ワ
イヤ２１を接続するように成される。
【０００５】そして図３（ｄ）乃至（ｅ）に示すように
ワイヤ２１をキャピラリ２０の先端から繰り出しつつ、
キャピラリ２０を所定のループコントロールに従って相
対移動せしめ、キャピラリ２０を第２ボンディング点で
あるリード２３の直上に位置させる。さらに（ｆ）に示
すようにキャピラリ２０に所定のボンディング荷重を加
えつつ第２ボンディング点に圧着し、超音波及び他の加
熱手段を併用して加熱を行い、第２ボンディング点に対
してワイヤ２１を接続するように成される。
【０００６】続いて（ｇ）に示すようにワイヤ２１をキ
ャピラリ２０の先端より所定のフィード量ｆだけ引き出
した状態でワイヤ２１を挿通するクランパ２４を閉じて
キャピラリ２０と共に上方に引き上げることにより、
（ｈ）に示すようにワイヤ２１は第２ボンディング点よ
り切断され、第１ボンディング点及び第２ボンディング
点との間にワイヤ２１の接続が完了する。
【０００７】以上のような工程によりワイヤボンディン
グがなされる。
【０００８】図４は従来のボンディング装置におけるボ
ンディング不着検出の一例を示したものである。なお図
４において、前記図３と同一の符号で示した箇所は同一
部分でありその説明は省略する。
【０００９】このボンディング不着検出は、第１ボンデ
ィング点としてのパッドと第２ボンディング点としての
リードとが接続された状態で直流電流を検出することに
よってワイヤ切れ等のボンディング不着を検出する。従
って、前記第１ボンディング点又は第２ボンディング点
に正常なボンディングがなされた場合には、前記クラン
パ２４よりワイヤ２１を介して半導体チップ２２のパッ
ドとベース２２ａ間で直流閉回路が形成される。そし
て、電流検出器（図示せず）によって直流電流を検出す
ることで、第１ボンディング点又は第２ボンディング点
に正常にボンディングが成されたものと判定し、直流電
流が流れない場合には、ワイヤ切れ等であると判定する
ようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来のボンディング不着検出では、ボンディングが成され
る半導体デバイスとして、例えばバイポーラタイプのも
のについては、前記のように直流電流が流れるか否かに
より不着検出を成すことができるが、半導体デバイスと
して、例えばＳ−ＲＡＭに代表されるようなＭＯＳ（Me
tal-Oxide Semiconductor ）集積回路等の半導体デバイ
スにおいては、直流の流通経路が形成されず、従来のよ
うな直流による検出方法においては不着検出を行うこと
ができないという問題点を有している。また従来のボン
ディング装置では、半導体デバイスにおける静電容量成
分、ダイオード成分、抵抗成分又はそれらの組み合わせ
の状態を判定することができないという欠点がある。
【００１１】そこで、本発明は前記した従来のものの問
題点に鑑みて成されたものであり、バイポーラタイプの
半導体デバイスは勿論のこと、ＭＯＳ集積回路等のよう
な容量成分を有する半導体デバイスに対しても不着検出
が可能な半導体デバイスの状態判定方法及び状態判定装
置を提供しようとするものである。
【００１２】また本発明は、半導体デバイスにおける静
電容量成分、ダイオード成分、抵抗成分又はそれらの組
み合わせの状態を判定し得る半導体デバイスの状態判定
方法及び状態判定装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体デバ
イスの状態判定方法は、半導体チップに対して矩形波を
印加させると共に、矩形波が印加された半導体チップ上
のパッドとベース間の印加電圧を抽出し、抽出された印
加電圧の微分成分を検出する第１状態判定手段により前
記半導体チップの静電容量成分を判定する工程と、抽出
された印加電圧の平均レベルを検出する第２状態判定手
段により前記半導体チップのダイオード成分を判定する
工程と、抽出された印加電圧のピーク対ピーク電圧を検
出する第３状態判定手段により前記半導体チップの抵抗
成分を判定する工程のうち、少なくとも何れか一つを判
定するようにしたものである。また、本発明に係る半導
体デバイスの状態判定装置は、半導体チップ上のパッド
とベース間に矩形波信号を印加するための矩形波を生成
する矩形波発生手段と、前記矩形波発生手段と半導体チ
ップとの間に介在された定電流発生手段と、前記定電流
発生手段を介した半導体チップ上のパッドとベース間の
印加電圧を抽出する電圧抽出手段と、前記電圧抽出手段
により抽出された印加電圧より微分成分を検出する第１
状態判定手段と、前記電圧抽出手段により抽出された印
加電圧の平均レベルを検出する第２状態判定手段と、前
記電圧抽出手段により抽出された印加電圧のピーク対ピ
ーク電圧を検出する第３状態判定手段とを備え、前記第
１状態判定手段により半導体チップの静電容量成分を判
定し、前記第２状態判定手段により半導体チップのダイ
オード成分を判定し、前記第３状態判定手段により前記
半導体チップの抵抗成分を判定するように構成したもの
である。更に、本発明に係る半導体デバイスの状態判定
装置は、ワイヤをボンディングした半導体チップ上のパ
ッドとベース間に、前記ワイヤを介して矩形波を印加さ
せるための矩形波発生手段と、前記矩形波発生手段と半
導体チップとの間に介在された定電流発生手段と、前記
定電流発生手段を介した半導体チップ上のパッドとベー
ス間の印加電圧を抽出する電圧抽出手段と、前記電圧抽
出手段により抽出された印加電圧より微分成分を検出す
る第１状態判定手段と、前記電圧抽出手段により抽出さ
れた印加電圧の平均レベルを検出する第２状態判定手段
と、前記電圧抽出手段により抽出された印加電圧のピー
ク対ピーク電圧を検出する第３状態判定手段とを備え、
前記第１乃至第３の状態判定手段による判定結果によ
り、ボンディングの不着状態を検出するように構成した
ものである。
【００１４】
【作用】本発明に係る半導体デバイスの状態判定方法及
び状態判定装置においては、半導体デバイスに対して矩
形波を加え、デバイスへの印加電圧より微分成分を検出
する手段と、印加電圧の平均レベルを検出する手段と、
印加電圧のピーク対ピーク電圧を検出する手段の少なく
とも何れか一つを備えており、これらの手段により、半
導体デバイスの静電容量成分、ダイオード成分、抵抗成
分又はそれらの組み合わせの状態を判定することができ
る。また本発明に係る半導体デバイスの状態判定装置に
おいては、ボンディング用ワイヤを介して半導体デバイ
スに対して矩形波を加え、デバイスへの印加電圧より微
分成分を検出する手段と、印加電圧の平均レベルを検出
する手段と、印加電圧のピーク対ピーク電圧を検出する
手段の少なくとも何れか一つを具備しており、これらの
検出出力を利用することにより、半導体デバイスの性質
の如何にかかわらず、半導体チップに対するボンディン
グの不着状態を検出することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。図１は本発明に係る半導体デバイスの状
態判定方法及び状態判定装置を、特にボンディング装置
におけるボンディング不着検出装置に利用した実施例に
ついて示したものである。なお図１における端子Ａはク
ランパ２４（図４に図示）に接続され、端子Ｂは半導体
チップ２２のベース２２ａに接続されるものである。こ
の端子Ｂは、ボンディングステージなどに接続される場
合も含まれる。
【００１６】図１において、符号１は矩形波発生手段と
しての矩形波発生回路であり、この矩形波発生回路１の
出力端は、定電流発生手段としての定電流器２に接続さ
れている。この定電流器２は電気的にハイインピーダン
スを有し、従って矩形波発生回路１からの矩形波信号に
基づいて閉回路に流れる電流を、所定以下の微弱電流の
値に保持させる。また定電流器２の出力端は、前記した
端子Ａに接続されており、図４に示すクランパ２４を介
してボンディングワイヤ２１に導出されている。なお、
端子Ｂと前記矩形波発生回路１との間には、閉回路の帰
路を構成するリード線が接続されている。
【００１７】また端子Ａと端子Ｂとの間には、電圧抽出
手段としての電圧検出器３が接続されている。この電圧
検出器３によって抽出された電圧は微分器４に供給さ
れ、この微分器４によって得られた微分出力はレベル判
定回路により構成される静電容量成分判定器７に供給さ
れるよう成されている。これら微分器４及び静電容量成
分判定器７により第１状態判定手段を構成している。
【００１８】また前記電圧検出器３によって抽出された
電圧は平均レベル検出器８に供給され、この平均レベル
検出器８によって得られた出力はダイオード成分方向判
定器９に供給されるよう成されている。これら平均レベ
ル検出器８及びダイオード成分方向判定器９により第２
状態判定手段を構成している。
【００１９】更に前記電圧検出器３によって抽出された
電圧はピーク対ピーク振幅検出器１０に供給され、この
ピーク対ピーク振幅検出器１０によって得られた出力は
レベル判定回路により構成される抵抗成分判定器１１に
供給されるよう成されている。これらピーク対ピーク振
幅検出器１０及び抵抗成分判定器１１により第３状態判
定手段を構成している。
【００２０】ここで前記端子Ａは、前述したとおり図４
におけるクランパ２４及びボンディング用ワイヤ２１を
介して第１ボンディンク点となる半導体チップ２２にお
けるパッドに接続されており、また端子Ｂは半導体チッ
プ２２におけるベース２２ａに接続されている。そして
前記半導体チップ２２がバイポーラタイプであった場合
には、半導体チップは等価的にダイオード又は抵抗とし
ての作用を呈することとなり、また前記半導体チップ２
２がＭＯＳタイプであった場合には、半導体チップは等
価的にコンデンサとしての作用を呈することとなる。従
って図１における端子Ａ及びＢの間には、これらの等価
素子としてＸが接続されたものとして記載してある。
【００２１】次に図２は、図１に示す回路上の各部の信
号波形を示したものである。以下図２に示す信号波形の
説明と共に、図１に示した回路の作用を説明する。
【００２２】図２に示す（ａ）は矩形波発生回路１から
もたらされる矩形波である。この矩形波（ａ）は定電流
器２に供給されて、矩形波（ａ）に基づく回路の電流が
所定の値となるように制限される。
【００２３】ここで、端子Ａ及びＢには、正常なボンデ
ィングが成された場合には、前記したように等価的に素
子Ｘが接続された形となる。そして素子Ｘが例えばＭＯ
Ｓ集積回路等のような容量成分を有する半導体デバイス
の場合には、素子Ｘは等価的にコンデンサの作用を呈す
る。この素子Ｘのコンデンサの容量成分が小さいときに
は定電流器２で出力される矩形波は（ａ）のような波形
であり、矩形波発生回路１で発生される矩形波とほぼ同
等の波形となる。そして、電圧検出器３によって抽出さ
れる電圧は微分器４によって微分され、微分器４からは
（ａ１）として示す波高値の高い微分波形が出力される
ことになる。この（ａ１）として示す微分波形は（ａ
２）のような電圧で示される波形が静電容量成分判定器
７で供給される。
【００２４】次に、素子Ｘのコンデンサの容量成分がや
や大きいときには定電流器２で出力される矩形波はやや
傾斜した（ｂ）のような波形となり、電圧検出器３によ
って抽出される電圧は微分器４によって微分され、微分
器４からは（ｂ１）として示す波高値のやや低い微分波
形が出力されることになる。この（ｂ１）として示す微
分波形は（ｂ２）のような電圧で示される波形が静電容
量成分判定器７で供給される。
【００２５】更に、素子Ｘのコンデンサの容量成分が大
きいときには定電流器２で出力される矩形波は前記
（ｂ）の波形よりも大きく傾斜した（ｃ）のような波形
となり、電圧検出器３によって抽出される電圧は微分器
４によって微分され、微分器４からは（ｃ１）として示
す波高値の低い微分波形が出力されることになる。この
（ｃ１）として示す微分波形は（ｃ２）のような電圧で
示される波形が静電容量成分判定器７で供給される。
【００２６】静電容量成分判定器７はレベル判定回路に
より構成されており、（ａ２）、（ｂ２）、（ｃ２）と
して示す信号のレベルを判定することにより、ボンディ
ングが成された半導体デバイスの容量値を判定すること
ができる。前記（ｂ２）及び（ｃ２）として示した波形
は等価容量が大きい場合である。
【００２７】このように等価容量の大小に応じて静電容
量成分判定器７に供給される信号は（ａ２）、（ｂ
２）、（ｃ２）に示すように変化するため、静電容量成
分判定器７はこのレベルに応じて等価静電容量の値を判
定することができる。
【００２８】次に、素子Ｘが例えばバイポーラ型集積回
路のようなダイオード成分又は抵抗成分を有する半導体
デバイスであった場合について説明する。まずダイオー
ド成分を含んでいる場合には、電圧検出器３によって抽
出される電圧波形は（ｄ）に示すように、“０”を中心
として一方（図ではプラス方向）に偏った波形となる。
平均レベル検出器８は電圧波形（ｄ）を受けて、破線で
示す平均レベルを出力する作用を成し、結果として（ｄ
１）に示す信号がダイオード成分方向判定器９に供給さ
れる。ダイオード成分方向判定器９は（ｄ１）で示す正
電圧を受けてダイオード成分と方向性を判定することが
できる。
【００２９】以上の例を仮に正極性ダイオード特性と定
義すると、次に（ｅ）及び（ｅ１）として示す波形は負
極性ダイオード特性の例を示している。すなわち負極性
ダイオードの場合には、電圧検出器３によって抽出され
る電圧波形は（ｅ）に示すように、“０”を中心として
他方（図ではマイナス方向）に偏った波形となる。した
がって同様に平均レベル検出器８は電圧波形（ｅ）を受
けて、破線で示す平均レベルを出力する作用を成し、結
果として（ｅ１）に示す信号がダイオード成分方向判定
器９に供給される。よってダイオード成分方向判定器９
は（ｅ１）で示す負電圧を受けてダイオード成分と方向
性を判定することができる。
【００３０】次に素子Ｘが抵抗成分を有する半導体デバ
イスであった場合について説明する。素子Ｘの抵抗値が
大である場合には、素子Ｘにおける両端の電圧降下は大
であるため、電圧検出器３によって抽出される電圧波形
は（ｆ）に示すように、波高値が高い矩形波となる。こ
の出力（ｆ）はピーク対ピーク振幅検出器１０に入力さ
れ、ピーク対ピーク振幅検出器１０は正及び負の両方向
間のレベルに対応した信号（ｆ１）を出力する。この信
号（ｆ１）は抵抗成分判定器１１に供給され、抵抗成分
判定器１１は波高値に応じて抵抗成分の値を判定する。
【００３１】一方、素子Ｘの抵抗値が小である場合に
は、素子Ｘにおける両端の電圧降下は小であるため、電
圧検出器３によって抽出される電圧波形は（ｇ）に示す
ように、波高値が低い矩形波となる。従ってピーク対ピ
ーク振幅検出器１０からの出力波形は（ｇ１）として示
すものになり、抵抗成分判定器１１は波高値に応じて抵
抗成分の値を判定することができる。
【００３２】以上は、ボンディング装置において、半導
体デバイスに対して正常なボンディングが成された場合
に生ずる作用であり、ボンディングが不着となった場合
には、素子Ｘは存在せずに端子Ａ及びＢの間は解放状態
となる。従って静電容量成分判定器７への入力は零とな
り、ダイオード成分方向判定器９への入力も零となり、
また抵抗成分判定器１１への入力は最大値を示すように
なる。従ってこの現象を利用することでワイヤボンディ
ング装置におけるボンディング不着検出を成すことがで
きる。
【００３３】また以上は、本発明をワイヤボンディング
装置におけるボンディング不着検出装置に採用した場合
について説明したが、本発明はこのような特定のものに
限らず、半導体デバイス等の状態を判定する場合に広く
利用することができる。また、このような状態判定装置
をボンディング装置に一体に組み込んで構成してもよい
ことは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る半導体デバイスの状態判定方法及び状態判定装置に
よると、半導体デバイスに対して矩形波を加え、デバイ
スへの印加電圧より微分成分を検出する手段と、印加電
圧の平均レベルを検出する手段と、印加電圧のピーク対
ピーク電圧を検出する手段により、半導体デバイスの静
電容量成分、ダイオード成分、抵抗成分又はそれらの組
み合わせの状態を判定することができる。従って、半導
体デバイスの性質及び特性を容易に判定することが可能
となる。また本発明に係る半導体デバイスの状態判定装
置においては、ボンディング用ワイヤを介して半導体デ
バイスに対して矩形波を加え、デバイスへの印加電圧よ
り微分成分を検出する手段と、印加電圧の平均レベルを
検出する手段と、印加電圧のピーク対ピーク電圧を検出
する手段とからなり、これらの検出出力を利用すること
により、半導体デバイスが例えバイポーラタイプであっ
ても、又はＭＯＳタイプであっても、半導体チップに対
するボンディングの不着状態を確実に検出することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る半導体デバイスの状態判
定装置の一実施例を示したブロック図である。
【図２】図２は、図１における各部の信号波形を示した
波形図である。
【図３】図３は、ボンディングの工程を示した工程図で
ある。
【図４】図４は、従来のボンディング不着検出の一例を
示した構成図である。
【符号の説明】
１ 矩形波発生回路（矩形波発生手段） ２ 定電流器（定電流発生手段） ３ 電圧検出器（電圧抽出手段） ４ 微分器 ７ 静電容量成分判定器 ８ 平均レベル検出器 ９ ダイオード成分方向判定器 １０ ピーク対ピーク振幅検出器 １１ 抵抗成分判定器 ２０ キャピラリ（ボンディングツール） ２１ ワイヤ ２２ 半導体チップ ２３ リード ２４ クランパ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 21/66

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップに対して矩形波を印加させ
    ると共に、矩形波が印加された半導体チップ上のパッド
    とベース間の印加電圧を抽出し、抽出された印加電圧の
    微分成分を検出する第１状態判定手段により前記半導体
    チップの静電容量成分を判定する工程と、抽出された印
    加電圧の平均レベルを検出する第２状態判定手段により
    前記半導体チップのダイオード成分を判定する工程と、
    抽出された印加電圧のピーク対ピーク電圧を検出する第
    ３状態判定手段により前記半導体チップの抵抗成分を判
    定する工程のうち、少なくとも何れか一つを判定するよ
    うにしたことを特徴とする半導体デバイスの状態判定方
    法。
  2. 【請求項２】 半導体チップ上のパッドとベース間に矩
    形波信号を印加するための矩形波を生成する矩形波発生
    手段と、前記矩形波発生手段と半導体チップとの間に介
    在された定電流発生手段と、前記定電流発生手段を介し
    た半導体チップ上のパッドとベース間の印加電圧を抽出
    する電圧抽出手段と、前記電圧抽出手段により抽出され
    た印加電圧より微分成分を検出する第１状態判定手段
    と、前記電圧抽出手段により抽出された印加電圧の平均
    レベルを検出する第２状態判定手段と、前記電圧抽出手
    段により抽出された印加電圧のピーク対ピーク電圧を検
    出する第３状態判定手段とを備え、 前記第１状態判定手段により半導体チップの静電容量成
    分を判定し、前記第２状態判定手段により半導体チップ
    のダイオード成分を判定し、前記第３状態判定手段によ
    り前記半導体チップの抵抗成分を判定するようにしたこ
    とを特徴とする半導体デバイスの状態判定装置。
  3. 【請求項３】 前記第１状態判定手段は、微分成分のレ
    ベルを弁別するレベル判定回路より構成されていること
    を特徴とする請求項２記載の半導体デバイスの状態判定
    装置。
  4. 【請求項４】 ワイヤをボンディングした半導体チップ
    上のパッドとベース間に、前記ワイヤを介して矩形波を
    印加させるための矩形波発生手段と、前記矩形波発生手
    段と半導体チップとの間に介在された定電流発生手段
    と、前記定電流発生手段を介した半導体チップ上のパッ
    ドとベース間の印加電圧を抽出する電圧抽出手段と、前
    記電圧抽出手段により抽出された印加電圧より微分成分
    を検出する第１状態判定手段と、前記電圧抽出手段によ
    り抽出された印加電圧の平均レベルを検出する第２状態
    判定手段と、前記電圧抽出手段により抽出された印加電
    圧のピーク対ピーク電圧を検出する第３状態判定手段と
    を備え、 前記第１乃至第３の状態判定手段による判定結果によ
    り、ボンディングの不着状態を検出するようにしたこと
    を特徴とする半導体デバイスの状態判定装置。
  5. 【請求項５】 半導体チップ上のパッドとベース間に矩
    形波信号を印加するための矩形波を生成する矩形波発生
    手段と、前記矩形波発生手段と半導体チップとの間に介
    在された定電流発生手段と、前記定電流発生手段を介し
    た半導体チップ上のパッドとベース間の印加電圧を抽出
    する電圧抽出手段と、前記電圧抽出手段により抽出され
    た印加電圧より微分成分を検出する状態判定手段を備
    え、 この状態判定手段により半導体チップの静電容量成分を
    判定するようにしたことを特徴とする半導体デバイスの
    状態判定装置。
  6. 【請求項６】 半導体チップ上のパッドとベース間に矩
    形波信号を印加するための矩形波を生成する矩形波発生
    手段と、前記矩形波発生手段と半導体チップとの間に介
    在された定電流発生手段と、前記定電流発生手段を介し
    た半導体チップ上のパッドとベース間の印加電圧を抽出
    する電圧抽出手段と、前記電圧抽出手段により抽出され
    た印加電圧の平均レベルを検出する状態判定手段とを備
    え、 この状態判定手段により半導体チップのダイオード成分
    を判定するようにしたことを特徴とする半導体デバイス
    の状態判定装置。
  7. 【請求項７】 半導体チップ上のパッドとベース間に矩
    形波信号を印加するための矩形波を生成する矩形波発生
    手段と、前記矩形波発生手段と半導体チップとの間に介
    在された定電流発生手段と、前記定電流発生手段を介し
    た半導体チップ上のパッドとベース間の印加電圧を抽出
    する電圧抽出手段と、前記電圧抽出手段により抽出され
    た印加電圧のピーク対ピーク電圧を検出する状態判定手
    段とを備え、 この状態判定手段により前記半導体チップの抵抗成分を
    判定するようにしたことを特徴とする半導体デバイスの
    状態判定装置。 【０００１】
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