JP3780962B2 - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムの太線をワイヤボンディングするワイヤボンディング方法に関し、セル上ボンディング等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＩＧＢＴ、ＤＭＯＳの使用の拡大に伴い、シリコン素子のコストダウンを図るため、従来デッドスペースであったボンディングパッドを廃止し、トランジスタ上のＡｌ膜に直接ボンディングを行うようになってきている。このようなボンディングは、シリコン素子におけるセル構造を有するアクティブ部に直接ボンディングすることから、セル上ボンディングと呼ばれている。
【０００３】
シリコンチップのアクティブ部に、アルミニウム（Ａｌ）の太線をワイヤボンディングした例を図４、図５に示す。図５は図４中の丸で囲んだＡ部の拡大断面図である。
【０００４】
図４に示すように、シリコンチップ２００が基板２１０上に搭載されている。このシリコンチップ２００のアクティブ部上に、例えばφ１００μｍ以上のＡｌ太線からなるワイヤ３０が第１ボンディングされ、基板２１０上のパッド２２０に第２ボンディングされている。
【０００５】
図５に示すように、アクティブ部は、例えば、ゲート電極２０１、ソース電極２０２およびドレイン電極２０３等を備えたトランジスタ素子が１個のセルとして複数個配列されたセル構造を有している。なお、基板２１０の上にはドレイン配線２０３ａが形成されている。また、Ａｌ膜からなるソース電極２０２の下にはゲート電極２０１との絶縁を確保するための層間絶縁膜２０４が介在しており、この層間絶縁膜２０４は平坦ではなく、凹凸を持って存在している。
【０００６】
そして、ワイヤ３０の第１ボンディングは、このセル構造をなすアクティブ部におけるソース電極２０２としてのＡｌ膜に対して行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したセルへに対してＡｌ太線をワイヤボンディングする場合、セルへのダメージは超音波エネルギー（つまり、ボンディングツールの振幅量）が小さければ発生しない。
【０００８】
しかし、セル上ボンディングでは、Ａｌ太線を上記したような凹凸を持ったＡｌ膜上に接合しなければならないため、平面状のＡｌ膜に対するボンディングよりも大きな超音波エネルギーが必要である。
【０００９】
上記図５に示したように、Ａｌ膜としてのソース電極２０２下の層間絶縁膜２０４が凹凸形状となっているため、第１ボンディング時におけるワイヤ３０の振動で層間絶縁膜２０４の角部に応力がかかり、層間絶縁膜２０４が破壊することで、リーク不良が発生する。
【００１０】
本発明者の検討によれば、このようなワイヤ振動によるボンディング面の損傷は、次のようなメカニズムで主として発生することがわかった。図６は、第１ボンディングにおけるワイヤ振動の状態を示す図である。
【００１１】
第２ボンディング後にカットされたワイヤ３０は、ボンディングツール１００とともに、ボンディング装置のワイヤガイド１１０によってボンディング面１０に載せられる。そして、ツール１００によりボンディング面１０にワイヤ３０を押し付け、超音波振動を与えて第１ボンディングを行う。
【００１２】
このとき、ツール１００の直下のワイヤ３０は、押し潰されてボンディング面１０と接合されるが、ツール１００から外れたワイヤ３０の先端部（テール部）３３は延びる。ワイヤ３０の接合部では、つぶれたワイヤ３０が広い面積でボンディング面１０に固定されているため、ツール１００が振動しても局部的に応力がかからず、ボンディング面の損傷は少ない。
【００１３】
しかし、ワイヤ３０のテール部３３は、ボンディング面１０と接した状態で延び、そのときにテール部３３がボンディング面１０を摺る。すると、例えば、上記図５に示したようなセル構造では、ソース電極２０２がその下の層間絶縁膜２０４上をスリップして、層間絶縁膜２０４にダメージを与える。それにより、上記したリーク不良等が発生するのである。
【００１４】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、アルミニウムの太線をワイヤボンディングするワイヤボンディング方法において、第１ボンディングの際に発生するワイヤテール部のボンディング面への摺りによるボンディング面の損傷を抑制することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋭意検討した結果、第１ボンディングの際に、ワイヤの先端部（テール部）がボンディング面から浮いた状態とすれば、テール部の摺りを発生しないことに着目し、なされたものである。
【００１６】
すなわち、請求項１に記載の発明では、超音波エネルギーを用いてアルミニウムの太線をワイヤボンディングするワイヤボンディング方法において、ボンディングツール（１００）によって第２ボンディング面（２０）にワイヤ（３０）を押し付けて、ワイヤを第２ボンディング面に接合する第２ボンディングを行い、第２ボンディングによって形成された接合部（３１）から離れた位置にてワイヤをボンディングツールによって第２ボンディング面に押し付け固定し、この状態で、接合部とボンディングツールとの間にてワイヤをハーフカットし、この後ワイヤを引きちぎる工程を行い、この工程では、ワイヤを引きちぎった時点で、ボンディングツールがワイヤから離れるとともに、引きちぎられたワイヤの先端部（３３）とワイヤガイド（１１０）との間の曲がり部（３４）がボンディングツールの直下に位置し且つ引きちぎられたワイヤの先端部がボンディングツールの直下から外れた位置にあるような位置関係とし、次に、引きちぎられたワイヤを第１ボンディングする工程を行い、この工程では、ワイヤとボンディングツールとの位置関係を維持したまま、ワイヤをその先端部側から第１ボンディング面（１０）に押しつけていくことを特徴とする。
【００１７】
それによれば、第１ボンディング工程にてワイヤをボンディング面に押し付ける際に、引きちぎられたワイヤの先端部すなわちテール部が最初にボンディング面に当たり、ワイヤを押し付けていくに連れて、テール部がボンディング面から浮くようにワイヤが曲がる。
【００１８】
そして、ボンディングツールのワイヤへの押し付け終了後、ボンディングツールに振動を与えて第１ボンディングを行う際には、テール部がボンディング面から浮いた状態で延びるため、テール部のボンディング面への摺りが発生しないようにすることができる。
【００１９】
よって、本発明によれば、アルミニウムの太線をワイヤボンディングするワイヤボンディング方法において、第１ボンディングの際に発生するワイヤテール部のボンディング面への摺りによるボンディング面の損傷を抑制することができる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明では、ワイヤを引きちぎる工程は、ボンディングツールおよびワイヤガイドをいったん直上に移動させて、ツール溝に入り込んでいるワイヤをボンディングツールのツール溝から外し、それと同時にワイヤガイドからワイヤが引き延ばされるようにし、この後、ボンディングツールおよびワイヤガイドを斜め上方へ移動させて、ワイヤを引きちぎる工程であり、ボンディングツールの斜め上方への移動方向と水平方向とのなす角度（θ）を３０°以上とすることを特徴とする。
【００２１】
それによれば、請求項１に記載の方法において、ワイヤを引きちぎった後のワイヤとボンディングツールとの位置関係を、適切に実現することができ、好ましい。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１〜図３は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を工程順に示す工程図である。本ワイヤボンディング方法は、ワイヤとしてφ１００μｍ以上のＡｌ太線を用いたものであり、限定するものではないが、上記図４、図５に示したようなセル上ボンディングに適用可能である。
【００２４】
図１〜図３において、第２ボンディング面２０は、例えば基板上のパッドであり、第１ボンディング面１０は、例えば基板に搭載されたシリコンチップのアクティブ部である。次に、本実施形態のワイヤボンディング方法について述べる。
【００２５】
まず、図１（ａ）に示す第２ボンディング終了後の状態から本方法は開始される。ボンディングツール１００およびワイヤガイド１１０は、ワイヤボンディング装置に備えられたもので、これら両者１００、１１０は一体に移動するようになっている。
【００２６】
ボンディングツール１００は、ワイヤ３０の一部が入り込むことのできるツール溝を有し、この溝部分にてワイヤ３０を押し付けてワイヤ３０に超音波振動を与え、ワイヤ３０を接合するものである。
【００２７】
ワイヤガイド１１０は、筒状部材の中にワイヤ３０が挿入され、ワイヤ３０を支持しつつ移動させるものである。ワイヤガイド１１０に挿入されたワイヤ３０は、ワイヤガイド１１０に固定されているのではなく、ワイヤガイド１１０内を摺動可能になっている。
【００２８】
［図１（ａ）に示す工程］
図１（ａ）に示すように、ボンディングツール１００によって第２ボンディング面２０にワイヤ３０を押し付け、図中の矢印Ｙ１に示すような方向へツール１００を振動させることにより、接合部３１が形成される。これにより、ワイヤ３０は第２ボンディング面２０に接合される、すなわち、第２ボンディングが完了する。
【００２９】
［図１（ｂ）に示す工程］
次に、図１（ｂ）中の白抜き矢印に示すように、ボンディングツール１００およびワイヤガイド１１０を、接合部３１から遠ざかるように斜め上方へ方向へ移動させる。
【００３０】
［図１（ｃ）に示す工程］
次に、図１（ｃ）中の白抜き矢印に示すように、ボンディングツール１００およびワイヤガイド１１０を下方へ移動させることにより、ボンディングツール１００によって、接合部３１から離れた位置にてワイヤ３０を第２ボンディング面２０に押し付け固定する。
【００３１】
［図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す工程］
次に、図２に示すような第２ボンディング後のワイヤ３０をハーフカットした後引きちぎる工程を行う。
【００３２】
まず、図２（ａ）に示すように、ボンディングツール１００に押さえ荷重を加えてワイヤ３０を固定した状態で、カッター１２０により、接合部３１とボンディングツール１００との間にてワイヤ３０をハーフカットする。このとき、ツール１００による押さえ荷重は５０ｇｆ以下であることが好ましい。
【００３３】
このカッター１２０は、ボンディングツール１００と一体に移動するものであるが、さらに必要に応じてカッター１２０単独で上下にも移動できるように制御可能となっている。
【００３４】
次に、図２（ｂ）中の白抜き矢印に示すように、ボンディングツール１００およびワイヤガイド１１０を、いったん直上方向に移動させた後、斜め上方へ移動させる。ボンディングツール１００が直上に移動すると、ツール溝に入り込んでいるワイヤ３０のハーフカット部分３２の切り残し部が引っ張られる。
【００３５】
そのため、ワイヤ３０がボンディングツール１００のツール溝から外れ、それと同時に、図２（ｂ）中の矢印Ｙ２に示すように、ワイヤガイド１１０からワイヤ３０が引き延ばされる。
【００３６】
さらに、図２（ｃ）中の白抜き矢印に示すように、ボンディングツール１００およびワイヤガイド１１０を、斜め上方へ移動し続ける。すると、ハーフカット部分３２の切り残し部が引きちぎられる。こうして、第２ボンディング後のワイヤ３０をハーフカットした後引きちぎる工程が完了する。
【００３７】
ここで、この工程においては、図２（ｃ）に示すように、ボンディングツール１００の動き等を調整することで、ワイヤ３０を引きちぎった時点で、ボンディングツール１００の溝がワイヤ３０から離れるとともに、引きちぎられたワイヤ３０におけるその先端部（すなわちテール部）３３とワイヤガイド１１０との間の曲がり部３４が、ボンディングツール１００の直下に位置するとともに引きちぎられたワイヤ３０の先端部３３がボンディングツール１００の直下から外れた位置にあるような位置関係とすることが必要である。
【００３８】
このような位置関係を実現するには、ワイヤ３０を引きちぎるためにボンディングツール１００を直上に移動させた後、斜め上方へ移動させるにあたって、このボンディングツール１００の斜め上方への移動方向と水平方向とのなす角度θ（図２（ｃ）参照）を３０°以上とすることが好ましい。
【００３９】
また、上記図２（ａ）に示したハーフカット時のボンディングツール１００によるワイヤ３０の押さえ荷重は５０ｇｆ以下であることが好ましい。この押さえ荷重が大きいと、それだけワイヤ３０とボンディングツール１００との密着力が大きくなる。
【００４０】
すると、ワイヤ３０を引きちぎるときに、ワイヤ３０はボンディングツール１００から離れにくく、ツール１００と一体に動いてしまうため、ワイヤ３０が簡単に切れやすくなる。簡単にワイヤ３０が切れてしまうと、ワイヤ３０がワイヤガイド１１０から引き伸ばされる量が少なく、曲がり部３４がツール１００の直下まで来ない場合が発生する。
【００４１】
大きな押さえ荷重であっても簡単にワイヤ３０が切れないようにするには、ワイヤ３０のハーフカット量を少なくすればよい。しかし、その場合、ワイヤ３０が引きちぎられたときの衝撃が大きく、その大きな衝撃がボンディング面に損傷を与える可能性があり、好ましくない。
【００４２】
このような点を鑑みて、ハーフカット時のボンディングツール１００によるワイヤ３０の押さえ荷重は５０ｇｆ以下であることが好ましい。
【００４３】
このハーフカットおよび引きちぎる工程の具体的な例を、ワイヤ３０としてφ３００μｍのＡｌ太線を用いた場合について示しておく。ハーフカット時の押さえ荷重は上述したように５０ｇｆとする。ワイヤ３０のハーフカット量は、切り残し部の厚さとして約１５μｍ程度にできる。
【００４４】
また、ワイヤ３０を引きちぎるためのボンディングツール１００の動作として、ボンディングツール１００を直上に移動させる距離Ｗ１は６００μｍ程度、その後斜め上方へ移動させる場合の水平距離Ｗ２は３２０〜６３０μｍ程度、上記角度θは３０°以上にできる。各寸法Ｗ１、Ｗ２、θは図２（ｃ）を参照のこと。
【００４５】
［図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す工程］
次に、図３に示すような引きちぎられたワイヤ２０を第１ボンディングする工程を行う。
【００４６】
まず、図３（ａ）中の白抜き矢印に示すように、上記図２（ｃ）に示したようなワイヤ３０とボンディングツール１００との位置関係を維持したまま、ツール１００およびワイヤガイド１１０とともに、ワイヤ３０をその先端部（テール部）３３側から第１ボンディング面１０に押しつけていく。
【００４７】
そして、図３（ｂ）に示すように、ワイヤ３０を第１ボンディング面１０に押し付けて行くに連れて、先端部（テール部）３３が第１ボンディング面１０から浮くように、ワイヤ３０が曲がる。
【００４８】
そして、図３（ｃ）に示すように、ボンディングツール１００をワイヤ３０に押し付けても、テール部３３は第１ボンディング面１０から浮いた状態を維持できる。そして、ボンディングツール１００に振動を与えて第１ボンディングを行い、接合部３５を形成する。この際には、テール部３３が第１ボンディング面１０から浮いた状態で延びるため、テール部３３のボンディング面１０への摺りが発生しない。
【００４９】
したがって、本実施形態によれば、アルミニウムの太線をワイヤボンディングするワイヤボンディング方法において、第１ボンディングの際に発生するワイヤ３０のテール部３３のボンディング面１０への摺りによるボンディング面１０の損傷を抑制することができる。
【００５０】
なお、本実施形態は、１回目の第１ボンディングでは適用することはできないが、２回目以降の第１ボンディングすなわち第２ボンディングに続いて行われる多数回の第１ボンディングには適用して効果を発揮するものである。
【００５１】
そして、このように、第１ボンディングにおけるボンディング面の損傷を抑制可能な本実施形態のボンディング方法は、ボンディング面が弱く損傷を受けやすいセル上ボンディングに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を示す工程図である。
【図２】図１に続くワイヤボンディング方法を示す工程図である。
【図３】図２に続くワイヤボンディング方法を示す工程図である。
【図４】シリコンチップのアクティブ部にアルミニウム太線をワイヤボンディングした例を示す図である。
【図５】図４中のＡ部拡大断面図である。
【図６】第１ボンディングにおけるワイヤ振動の状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…第１ボンディング面、３０…ワイヤ、３３…ワイヤの先端部、
３４…ワイヤの曲がり部、１００…ボンディングツール、
１１０…ワイヤガイド。

Claims (2)

  1. 超音波エネルギーを用いてアルミニウムの太線をワイヤボンディングするワイヤボンディング方法において、
    ボンディングツール（１００）によって第２ボンディング面（２０）にワイヤ（３０）を押し付けて、前記ワイヤを前記第２ボンディング面に接合する第２ボンディングを行い、
    前記第２ボンディングによって形成された接合部（３１）から離れた位置にて前記ワイヤを前記ボンディングツールによって前記第２ボンディング面に押し付け固定し、
    この状態で、前記接合部と前記ボンディングツールとの間にて前記ワイヤをハーフカットし、この後前記ワイヤを引きちぎる工程を行い、この工程では、前記ワイヤを引きちぎった時点で、ボンディングツールが前記ワイヤから離れるとともに、引きちぎられた前記ワイヤの先端部（３３）とワイヤガイド（１１０）との間の曲がり部（３４）が前記ボンディングツールの直下に位置し且つ前記引きちぎられたワイヤの先端部が前記ボンディングツールの直下から外れた位置にあるような位置関係とし、
    次に、前記引きちぎられたワイヤを第１ボンディングする工程を行い、この工程では、前記ワイヤと前記ボンディングツールとの位置関係を維持したまま、前記ワイヤをその先端部側から第１ボンディング面（１０）に押しつけていくことを特徴とするワイヤボンディング方法。
  2. 前記ボンディングツールは、前記ワイヤの一部が入り込むことのできるツール溝を有し、この溝部分にて前記ワイヤを押し付けて前記ワイヤに超音波振動を与え、前記ワイヤを接合するもので、前記ワイヤを支持しつつ移動させるワイヤガイド（１１０）と一体に移動するようになっており、
    前記ワイヤを引きちぎる工程は、前記ボンディングツールおよび前記ワイヤガイドをいったん直上に移動させて、前記ツール溝に入り込んでいる前記ワイヤを前記ボンディングツールのツール溝から外し、それと同時に前記ワイヤガイドから前記ワイヤが引き延ばされるようにし、この後、前記ボンディングツールおよび前記ワイヤガイドを斜め上方へ移動させて、前記ワイヤを引きちぎる工程であり、
    前記ボンディングツールの斜め上方への移動方向と水平方向とのなす角度（θ）を３０°以上とすることを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
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