JP5714195B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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直希 関根
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基樹 中澤
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Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
近年、半導体装置の大容量化の要求から、複数の半導体チップを基板あるいはリードフレーム上に積層して構成した積層型半導体装置が多く用いられるようになってきている。また、このような積層型半導体装置では、同時に薄型化、小形化の要請があることから、各層の半導体チップのパッドとリードフレームとを別々に接続するのではなく、隣接する各半導体チップのパッド間又は半導体チップのパッドとリードフレームのリードとの間をワイヤによって順次接続するワイヤボンディング方法が用いられている。この方法では、ワイヤボンディングの際に半導体チップにダメージを与えないように、まず、各半導体チップの各パッド上にバンプを形成し、その後、リードフレームのリードから半導体チップのパッドの上に向けて逆ボンディングを行い、更に、ボンディングがされたバンプ上から隣接する半導体チップのバンプの上に向けて次の逆ボンディングを行うようにしてワイヤをリードフレームから最上層の半導体チップのパッドに向けて順次接続する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
また、積層型半導体装置の中間層にある各パッド面にバンプを形成し、最上層の半導体チップのパッドにボールボンディングを行い、ワイヤを中間層のパッド上に形成したバンプ上にルーピングしてバンプ上にボンディングし、その後さらにワイヤを次の半導体チップのバンプ上にルーピングしてボンディングを行うようにして、隣接する中間層のパッド間をワイヤで接続する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３５７３１３３号明細書 特許第３６６２４６１号明細書
しかし、特許文献１に記載された従来技術は、各半導体チップのパッドにバンプを形成した後にワイヤボンディングを行うことから、工程数が多く、ボンディングに時間、コストがかかるという問題があった。例えば、二層に積層された積層型半導体の各パッドとリードとの接続は、二層の各半導体チップのパッドにそれぞれのバンプを形成する工程（２工程）と、リードと一層目の半導体チップのパッド上のバンプとの間のボンディングと、一層目のバンプと二層目の半導体チップのパッド上のバンプとの間のボンディングとの合計４工程が必要となる。また、特許文献２に記載された従来技術では中間層にある半導体チップのパッドにバンプを形成した後にボンディングを行うことから、特許文献１の記載された従来技術よりも工程数は少なくなるものの、ボンディング工程とは別にバンプ形成工程を設けることが必要で工程数が多いという問題は解決されていない。
また、半導体チップには、パッドが半導体チップの表面よりも凹んでいるものが用いられることも多い。このように半導体チップの表面から凹んでいるパッドの上にボンディングをする場合、キャピラリの先端がパッド周辺の半導体チップの表面に当たることを抑制するために、ワイヤの押し付け量（キャピラリり沈み込み量）を多くすることができない。このため、特許文献１、２に記載された従来技術のように、パッドの上に一旦バンプを形成した後、そのバンプの上にボンディングをすることが必要となり、効率的なボンディングができないという問題があった。
本発明は、半導体チップに与えるダメージを低減しつつ少ないボンディング回数でワイヤの接続を行うことを目的とする。また、本発明は、半導体チップの表面から凹んでいる電極に対して効率的にボンディングを行うことを目的とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、キャピラリによってワイヤの側面を一の電極に押し付けて、ワイヤの側面を一の電極に接合する接合工程と、接合工程の後、キャピラリによってワイヤを他の電極上までルーピングするルーピング工程と、を交互に繰り返して３つ以上の半導体チップまたは基板の電極を共通のワイヤによって順次接続し、ルーピング工程は、接合工程の後、一の電極からキャピラリを垂直に上昇させる第一上昇工程と、第一上昇工程の後、他の電極の方に向って斜め下方向にキャピラリを移動させる第一の斜め移動工程と、第一の斜め移動工程の後、再度、キャピラリを垂直に上昇させる第二上昇工程と、第二上昇工程の後、他の電極と反対側に向って斜め下方向にキャピラリを移動させるリバース工程と、リバース工程の後、一の電極直上まで斜め上方向にキャピラリを移動させる第二の斜め移動工程と、第二の斜め移動工程の後、再度、キャピラリを垂直に上昇させる第三上昇工程と、第三上昇工程の後、他の電極の直上に向って弧状にキャピラリを移動させる弧状移動工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法において、接合工程は、キャピラリによって共通のワイヤをその直径の１／４〜１／２の厚さに押しつぶして扁平形状にすると共に超音波加振を行って共通のワイヤを各電極に接合すること、としても好適である。
本発明の半導体装置の製造方法において、ルーピング工程は、接合工程の後、一の電極からキャピラリを垂直に上昇させる第一上昇工程と、第一上昇工程の後、他の電極の方に向って斜め下方向にキャピラリを移動させる第一の斜め移動工程と、第一の斜め移動工程の後、再度、キャピラリを垂直に上昇させる第二上昇工程と、第二上昇工程の後、他の電極と反対側に向って斜め下方向にキャピラリを移動させるリバース工程と、リバース工程の後、一の電極直上まで斜め上方向にキャピラリを移動させる第二の斜め移動工程と、第二の斜め移動工程の後、再度、キャピラリを垂直に上昇させる第三上昇工程と、第三上昇工程の後、他の電極の直上に向って弧状にキャピラリを移動させる弧状移動工程と、を含むこととしても好適である。
本発明の半導体装置の製造方法において、リバース工程は、接合工程においてワイヤの側面が接合された接合部を通る電極に垂直な線に対する角度が１０〜２０°となる点までキャピラリを移動させること、としても好適である。

以上
本発明の半導体装置の製造方法において、電極のうちの少なくとも１つは、半導体チップの表面から凹んだパッドであり、接合工程は、キャピラリによって共通のワイヤをパッドの凹み深さよりも厚い厚さに押しつぶして扁平形状にすると共に超音波加振を行って共通のワイヤをパッドに接合すること、としても好適である。
本発明は、半導体チップに与えるダメージを低減しつつ少ないボンディング回数でワイヤの接続を行うことができるとともに、半導体チップの表面から凹んでいる電極に対して効率的にボンディングを行うができるという効果を奏する。
本発明の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置の接合部を示す斜視図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置の接合部を形成する工程を示す説明図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置の接合部の側面図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置を製造するワイヤボンディング装置の系統図である。 図５に示したワイヤボンディング装置を用いて半導体装置を製造する工程を示す説明図である。 図５に示したワイヤボンディング装置を用いて半導体装置を製造する工程を示す説明図である。 半導体装置を製造する際のルーピング工程におけるキャピラリ先端の軌跡を示す説明図である。 他の半導体装置の接合部の側面図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置１００について説明する。図１に示すように、半導体装置１００は、基板１０の上に複数層に半導体チップ５６〜５１が積層された積層体で、各半導体チップ５６〜５１の表面に設けられた電極であるパッド６６〜６１を１本の共通のワイヤ１２によって順次接続したものである。図１に示すように、半導体チップ５６〜５１は互いに隣接する層の半導体チップであり、各パッド６６〜６１は互いに隣接する層のパッドである。また、各パッド６６〜６１は互いに隣接するパッドでもある。共通のワイヤ１２は金線であってもよいし、アルミ線、銅線等であってもよい。共通のワイヤ１２は、最上段の半導体チップ５６のパッド６６の上にボールボンディングされ、パッド６６の上には圧着ボール９０が形成されている。圧着ボール９０側の始端部８６ａからから次の段の半導体チップ５５のパッド６５の側の終端部８６ｂに向かってワイヤ１２が弧状にルーピングされたルーピング部８６が形成されている。ルーピング部８６の終端部８６ｂではワイヤ１２の側面がパッド６５の上に押圧、接合されて接合部７５が形成されている。そして、再び、接合部７５側の始端部８５ａから次の層の半導体チップ５４のパッド６４側の終端部８５ｂに向かってワイヤ１２が弧状にルーピングされ、パッド６５側の始端部８５ａからパッド６４側の終端部８５ｂに向かう弧状のルーピング部８５が形成されている。ルーピング部８５の終端部８５ｂではワイヤ１２の側面がパッド６４の上に押圧、接合されて接合部７４を形成している。同様に、ルーピング部８４、接合部７３、ルーピング部８３、接合部７２、ルーピング部８２、接合部７１が順次形成され、最後にパッド６１から基板１０の電極７０の上にワイヤ１２がルーピングされてその側面が電極７０の上に接合された後に切断される。このように、半導体装置１００では、１つの共通のワイヤ１２によって各半導体チップ５６〜５１の各パッド６６〜６１、及び基板１０の電極７０とが順次接続されている。
つまり、半導体装置１００は、図１に示すように、ルーピング部８６〜８２，接合部７５〜７１を交互に形成して、隣接層の半導体チップ５５〜５１の５つのパッド６５〜６１を１本のワイヤ１２で順次接続しているものである。なお、半導体装置１００では、最上段の半導体チップ５６のパッド６６にボールボンディングを行ってワイヤ１２とパッド６６とを接合することとして説明したが、接合の方法はこれに限らず、接合部７５〜７２のように、ワイヤ１２の側面をパッド６６の面に接合するようにしてもよい。
次に図２〜図４を参照しながら、半導体装置１００の接合部７５〜７１、ルーピング部８６〜８２の終端部８６ｂ〜８２ｂ、ルーピング部８５〜８１の始端部８５ａ〜８１ａの詳細について説明する。図２に示すように、接合部７５〜７１は厚さ（高さ）Ｈ１の長円形の扁平な板状で、ルーピング部８６〜８２の終端部８６ｂ〜８２ｂとルーピング部８５〜８１の始端部８５ａ〜８１ａとはそれぞれ接合部７５〜７１の各長径端から斜め上方向に向かって伸びると共に、その断面形状が扁平形状から直径Ｄの円形に変化していくものである。図２に示すように、ルーピング部８５〜８１の始端部８５ａ〜８１ａはパッド６６〜６１の面に対して角度θ１で斜め上方向に伸びており、ヒール部７５ｂ〜７１ｂの厚さ（高さ）は厚さ（高さ）Ｈ２である。
図３に示すように、接合部７５〜７１は、キャピラリ１６の先端面１６ｂを図３に示す矢印ｐのようにワイヤ１２の側面に押し付け、直径Ｄの円形断面のワイヤ１２を厚さ（高さ）Ｈ1の円形あるいは長円形の扁平な板状に押しつぶしたものである。接合部７５〜７１の厚さ（高さ）Ｈ1はワイヤ１２の直径Ｄの１／４〜１／２程度の厚さ（高さ）である。そして、ワイヤ１２はキャピラリ１６の先端面１６ｂによって扁平形状につぶされると共に、図３の横方向の矢印ｑに示すように水平方向に超音波振動が加えられ、これによって、図３に示す金属接合部７５ａ〜７１ａが形成され、ワイヤ１２の側面がパッド６５〜６１の上に金属接合されている。
また、図４に示すように、接合部７５〜７１の金属接合部７５ａ〜７１ａに隣接した部分では、ワイヤ１２の側面はパッド６５〜６１の表面に接した状態となっており、図４の点７５ｃ〜７１ｃにおいてパッド６５〜６１の表面から立ち上がり、角度θ1で斜め上方に伸びてルーピング部８５〜８１の始端部８５ａ〜８１ａにつながっている。図４に示す接合部７５〜７１から点７５ｃ〜７１ｃを経てルーピング部８５〜８１の始端部８５ａ〜８１ａにつながるまでの部分がヒール部７５ｂ〜７１ｂである。ヒール部７５ｂ〜７１ｂの接合部７５〜７１側の断面は、接合部７５〜７１と同様、ワイヤ１２の直径Ｄの１／４〜１／２の扁平形状となっており、始端部８５ａ〜８１ａに向うにつれてワイヤ１２と同様の直径Ｄの円形断面形状となる。図４に示すように、点７５ｃ〜７１ｃのヒール部７５ｂ〜７１ｂの厚さ（高さ）Ｈ2は、ワイヤ１２の直径Ｄの１／２〜４／５程度であり、接合部７５〜７１の厚さ（高さ）の約２倍の厚さ（高さ）となっている。
接合部７５〜７１は、ワイヤ１２の直径Ｄの１／４〜１／２の厚さ（高さ）Ｈ1までしか押しつぶされていないので、ヒール部７５ｂ〜７１ｂにつながる十分な強度を持っている。また、ヒール部７５ｂ〜７１ｂの厚さ（高さ）Ｈ2は、ルーピングの際にワイヤ１２がヒール部７５ｂ〜７１ｂからルーピング部８５〜８１の始端部８５ａ〜８１ａにクラック等の損傷が発生することなくつながっていくことができる厚さ（高さ）である。ヒール部７５ｂ〜７１ｂの角度θ1は、４５〜６０°程度とすることが好適である。また、後で説明するように、接合部７５〜７１を形成する際に超音波振動子の入力電圧を通常のセカンドボンディングの１．５倍程度にしているので、少ない押しつぶし量でも金属接合部７５ａ〜７１ａが十分に形成され、ワイヤ１２の側面とパッド６６〜６１との接合強度が十分となり、ルーピングの際にワイヤ１２がパッド６６〜６１から剥がれることはない。
以上説明した半導体装置１００では、接合部７５〜７１の厚さ（高さ）Ｈ１は、ワイヤ１２の直径Ｄの１／４〜１／２として説明したが、これに限らず、例えば、ワイヤ１２の直径Ｄの８／３０〜１２／３０であってもよいし、ワイヤ１２の直径Ｄの９／３０〜１１／３０あるいは１／３程度であればなお好ましい。また、ヒール部７５ｂ〜７１ｂの厚さ（高さ）Ｈ２は、ワイヤ１２の直径Ｄの１／２〜４／５として説明したが、これに限らず、例えば、ワイヤ１２の直径Ｄの１６／３０〜２４／３０としてもよいし、１８／３０〜２２／３０あるいは２／３程度であればなお好ましい。
次に図５〜図８を参照してワイヤボンディング装置１０１によって図１〜図４を参照して説明した半導体装置１００を製造する工程について説明する。まず、図５を参照しながら半導体装置１００の製造に用いるワイヤボンディング装置１０１について説明する。図５において、信号線は１点鎖線で示す。図５に示すように、ワイヤボンディング装置１０１は、ＸＹテーブル２０と、ＸＹテーブル２０の上に設置されたボンディングヘッド１９と、基板１０を吸着固定するボンディングステージ１４とを備えている。ボンディングヘッド１９にはＺ方向モータによって回転中心２８の回りに駆動されるボンディングアーム１３が取り付けられ、その先端には超音波ホーン１３ｂが取り付けられ、超音波ホーン１３ｂの先端はボンディングステージ１４の表面に対して弧状に接離動作するように構成されている。超音波ホーン１３ｂの先端は、ボンディングステージ１４の表面の近傍では上下方向であるＺ方向に移動する。また、超音波ホーン１３ｂの根元には、超音波振動子１５が取り付けられおり、超音波ホーン１３ｂの先端取り付けられたキャピラリ１６を超音波加振するよう構成されている。ＸＹテーブル２０とボンディングヘッド１９は移動機構１８を構成し、移動機構１８はＸＹテーブル２０によってボンディングヘッド１９をボンディングステージ１４の表面に沿った面内(ＸＹ面内)で自在な位置に移動することができ、ボンディングアーム１３の先端に取り付けられた超音波ホーン１３ｂの先端及びその先端に取り付けられたキャピラリ１６をＸＹＺの方向に自在に移動させることができる。
図５に示すように、ワイヤボンディング装置１０１は内部にＣＰＵを持つ制御部３１によって各部の位置の検出及び動作の制御が行われる。ＸＹテーブル２０には、ボンディングへッド１９のＸＹ方向位置を検出するＸＹ位置検出手段が内蔵されている。また、ボンディングへッド１９にはボンディングアーム１３の回転中心２８の回りの回転角度を検出することによってキャピラリ１６先端のＺ方向高さを検出するキャピラリ高さ検出器２９が設けられている。キャピラリ高さ検出器２９は回転角度を検出するものでなく、ボンディングアーム１３先端やキャピラリ１６先端の位置を直接検出するようなものであってもよい。また、キャピラリ高さ検出器２９も非接触式であってもよいし、接触式であってもよい。
キャピラリ高さ検出器２９の検出信号はキャピラリ高さ検出インターフェース３６を介してデータバス３９からＣＰＵを含む制御部３１に入力される。また、ＸＹテーブル２０とボンディングヘッド１９によって構成される移動機構１８、クランパ開閉機構２７、超音波振動子１５はそれぞれ移動機構インターフェース３８、クランパ開閉機構インターフェース３５、超音波振動子インターフェース３７を介してデータバス３９から制御部３１に接続され、制御部３１からの指令によって各機器が動作するように構成されている。
データバス３９には記憶部３２が接続されている。記憶部３２には、ボンディング制御全般をコントロールする制御プログラム３３と制御部３１の行う位置検出処理や制御指令出力動作に必要な制御データ３４とが格納されており、制御部３１とデータバス３９と記憶部３２と各インターフェース３５〜３８とは、一体として構成されたコンピュータ３０である。
以上のように構成されたワイヤボンディング装置１０１によって図１に示す半導体装置１００を製造する方法について説明する。図５に示すように、ボンディングステージ１４の表面には、図示しないダイボンダ装置等によって大きさの異なる半導体チップ５６〜５１が階段状に積層固定された基板１０が吸着固定されている（図１では積層数を省略して図示してある）。また、図６（ａ）に示すように、キャピラリ１６は最上段の半導体チップ５６のパッド６６の直上に位置し、その先端の高さは、高さＣ１となっている。
制御部３１は、図６の時刻ｔ１にキャピラリ１６を高さＣ１から最上段の半導体チップ５６のパッド６６に向って降下させてボールボンディングを開始する。キャピラリ１６の高さは、図５に示すキャピラリ高さ検出器２９によって検出され、キャピラリ高さ検出インターフェース３６から制御部３１に入力される。制御部３１は、図６の時刻ｔ２にキャピラリ１６の高さが高さＣ３まで降下した信号が入力されると、キャピラリ１６の降下速度を遅くして、キャピラリ１６先端のフリーエアボール８０がパッド６６の表面に接地するかどうかをサーチしながら更にキャピラリ１６を降下させていく。そして、制御部３１は、図６の時刻ｔ３にキャピラリ１６が高さＣ４となり、フリーエアボール８０がパッド６６の表面に接地した信号を検出したら、更に、キャピラリ１６を降下させてフリーエアボール８０をパッド６６の表面に押し付けて圧着ボール９０とする。それと共に、制御部３１は、図５に示す超音波振動子１５に通電して超音波振動を発生させ、キャピラリ１６によって所定の時間だけ圧着ボール９０を超音波加振してパッド６６の表面に金属接合する。接地の検出は、例えば、キャピラリ高さ検出器２９により検出される信号が所定の単位時間当たりに変化しない場合には、接地と判断してもよく、また、半導体チップ５６とワイヤ１２との間に電圧をかけておき、半導体チップ５６とワイヤ１２との間に電流が流れることを検出するようにしてもよい。
制御部３１は、図６の時間ｔ４にボールボンディングが終了したら、図６（ｃ）、図６（ｄ）に示すようにセカンドボンディングを開始する。制御部３１は、キャピラリ１６を高さＣ２まで上昇させた後、次の段の半導体チップ５５のパッド６５に向けてキャピラリ１６の先端を弧状に動かしてキャピラリ１６をパッド６５の直上まで移動させると共に、キャピラリ１６を高さＣ５まで降下させる。そして、制御部３１は、図６の時刻ｔ５にキャピラリの高さがＣ５となったら、キャピラリ１６の降下速度を遅くして、キャピラリ１６先端のワイヤ１２の側面がパッド６５の表面に接地するかどうかをサーチしながら更にキャピラリ１６を降下させていく。そして、制御部３１は、図６の時刻ｔ６にキャピラリ１６が高さＣ８となり、ワイヤ１２の側面がパッド６５の表面に接地した信号を検出したら、図３に示すように、キャピラリ１６の先端面１６ｂをワイヤ１２の側面に押し付ける。制御部３１は図５に示すキャピラリ高さ検出器２９によってキャピラリ１６の沈み込み量、すなわち、ワイヤ１２の押しつぶし量を検出し、ワイヤ１２の直径Ｄの２／３程度ワイヤ１２を押しつぶし、接合部７５の厚さ（高さ）Ｈ1がワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度となるまでワイヤ１２を押圧する。そして、接合部７５の厚さ（高さ）Ｈ1がワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度となると押圧を停止する。また、ワイヤ１２の押圧と共に、制御部３１は、図５に示す超音波振動子１５に通電して超音波振動を発生させ、キャピラリ１６によって所定の時間だけ接合部７５を超音波加振してパッド６５の表面との間に金属接合部７５ａを形成する。図７に示す時刻ｔ７に接合部７５が形成されると、パッド６６とパッド６５とがルーピング部８６によって接続される。ルーピング部８６は、図２、図４を参照して説明したようにパッド６６の側の始端部８６ａとパッド６５の側の終端部８６ｂとを備えており、終端８６ｂは接合部７５につながっている。接合部７５を形成すると、パッド６５へのセカンドボンディングが終了する。セカンドボンディングが終了すると、図３に示すように、キャピラリ１６の孔１６ａに挿通されたワイヤ１２はパッド６５から略垂直上方に伸びている。
パッド６５へのセカンドボンディングが終了したら、制御部３１は、図８に示すように、キャピラリ１６の先端を移動させるルーピングを行う。制御部３１は、パッド６５から垂直上方にキャピラリ１６を図８の点ａまで上昇させる（第一上昇工程）。次に図８に示す点ａから点ｂに向って、つまり、パッド６５から次にボンディングを行うパッド６４の方向に向かって、キャピラリ１６を円弧状に斜め下方向に移動させる（第一の斜め移動工程）。次に、制御部３１は、キャピラリ１６を点ｂから点ｃまで垂直に上昇させる（第二上昇工程）。キャピラリ１６を点ｃまで移動させたら、制御部３１は、リバース工程を行う。リバース工程は、点ｃから次のパッド６４と反対側に向ってキャピラリ１６を円弧状に斜め下方向に点ｄまで移動させる。点ｄは、接合部７５を通るパッド６５に垂直な線（第一上昇工程の際のキャピラリ１６の軌跡）に対する角度が１０〜２０°となる点である。キャピラリ１６が点ｄまで移動すると、図７（ｅ）に示すように、キャピラリ１６の先端には曲げ癖がついたワイヤ１２が接合部７５から伸びた状態となっている。次に、制御部３１は、先のリバース工程における点cから点ｄまでのキャピラリ１６の軌跡に沿ってキャピラリ１６を次のパッド６４に向って斜め上方向に移動させ、キャピラリ１６の位置をパッド６５の直上の点ｅとする（第二の斜め移動工程）。そして、制御部３１は、点ｅから点ｆまでキャピラリ１６を再度垂直に上昇させる（第三上昇工程）。その後、制御部３１は、点ｆからパッド６４の直上の点ｇまでキャピラリ１６を弧状に移動させる。このように、パッド６５から、第一上昇工程、第一の斜め移動工程、第二上昇工程、リバース工程、第二の斜め移動工程、第三上昇工程のようにキャピラリ１６を移動させた後、キャピラリ１６をパッド６４直上の点ｇに向って弧状に移動させることによって、図２、図４を参照して説明したような形状のヒール部７５ｂ〜７１ｂとルーピング部８５の始端部８５ａが形成される。特に、リバース工程において、接合部７５を通るパッド６５に垂直な線（第一上昇工程の際のキャピラリ１６の軌跡）に対する角度が１０〜２０°となる点ｄまでキャピラリ１６を移動させることによって、ヒール部７５ｂの厚さ（高さ）Ｈ2と斜め上方４５〜６０°の角度θ1とが形成される。
そして、図７に示す時間ｔ８にキャピラリ１６が高さＣ９まで降下してくると、先にパッド６５への接合部７５の形成と同様、キャピラリ１６の降下速度を小さくして、キャピラリ１６先端のワイヤ１２の側面がパッド６４に接地したかどうかを検出するサーチ動作を行い、図７の時刻ｔ９にキャピラリ１６が高さＣ１０となり、ワイヤ１２の側面がパッド６４の表面に接地した信号を検出したら、図３に示すように、キャピラリ１６の先端面１６ｂをワイヤ１２の側面に押し付け、キャピラリ高さ検出器２９によってキャピラリ１６の沈み込み量を制御しながら、接合部７４の厚さ（高さ）Ｈ1がワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度となるまでワイヤ１２を押圧すると共に超音波振動子１５に通電して超音波振動を発生させ、キャピラリ１６によって所定の時間だけ接合部７４を超音波加振してパッド６４の表面との間に金属接合部７４ａを形成する。図７の時刻ｔ１０に接合部７４が形成されると、パッド６５とパッド６４とが始端部８５ａと終端部８５ｂを有するルーピング部８５によって接続される。接合部７４を形成すると、パッド６４へのセカンドボンディングが終了する。
図７の時刻ｔ１０にパッド６４へのセカンドボンディングが終了したら、制御部３１は、先に説明したパッド６５とパッド６４との間の接続と同様、図７（ｇ）、図７（ｈ）に示すように、パッド６４から図８に示す点ａからｆのような軌跡でキャピラリ１６を移動させた後、パッド６３に向ってキャピラリ１６をルーピングさせ、図７の時刻ｔ１１にキャピラリ１６が高さＣ１１となったらキャピラリ１６の降下速度を小さくしてサーチを行いながらワイヤ１２の側面がパッド６３の表面に接するまでキャピラリ１６を降下させ、図７の時刻ｔ１２に接地を検出したら、キャピラリ高さ検出器２９によってキャピラリ１６の高さを検出しながらワイヤ１２をパッド６３に押圧すると共に超音波振動子１５に電圧を印加し、接合部７３を超音波加振して図３に示す金属接合部７３ａを形成する。
以下、同様にパッド６３とパッド６２、パッド６２とパッド６１とを１本の共通のワイヤ１２によって順次接続していく。そして、パッド６１へのセカンドボンディングが終了したら、制御部３１は、キャピラリ１６を基板１０の電極７０に向ってルーピングし、基板１０の電極７０の上に通常のセカンドボンディングを行った後、キャピラリ１６を上昇させた後、図５に示すクランパ１７を閉じてキャピラリ１６をさらに上昇させて、ワイヤ１２を切断し、１本のワイヤ１２のボンディングを終了する。ここで、基板１０の電極７０への通常のセカンドボンディングは、ワイヤ１２への切断がスムーズに行えるように、ワイヤ１２の押しつぶし量が接合部７５〜７１を形成する際のワイヤ１２の押しつぶし量の２倍以上であり、押圧荷重も接合部７５〜７１を形成する際の押圧荷重よりも非常に大きくなっている。一方、押圧荷重が大きいので、超音波加振が少なくても十分にワイヤ１２と電極７０とを金属接合できることから、超音波振動子１５に印加する電圧は接合部７５〜７１を形成する際の電圧よりも小さく、例えば、１／１．５程度となっている。
以上説明した本実施形態では、ワイヤ１２の押しつぶし量がボンディングの後にワイヤ１２を切断してワイヤテールを形成する通常のセカンドボンディングの際の押しつぶし量の半分程度と少なく、ワイヤ１２の押圧荷重も少ないので、ワイヤ１２の側面を半導体チップ５５〜５１のパッド６５〜６１の表面に直接ボンディングしても半導体チップ５５〜５１に与えるダメージが小さくなる。また、超音波加振は、通常のセカンドボンディングの際の１．５倍程度の電圧を超音波振動子１５に印加することによって行い、押圧荷重が少なくても十分に図３に示す金属接合部７５ａ〜７１ａが形成でき、ワイヤ１２とパッド６５〜６１との接合強度を確保している。さらに、接合部７５〜７１の厚さ（高さ）Ｈ1をワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度の厚さ（高さ）とすることにより、ルーピング部８６〜８２の終端部８６ｂ〜８２ｂおよびルーピング部８５〜８１の始端部８５ａ〜８１ａが接合部７５〜７１とスムーズにつながり、クラック等が発生せず、良好にワイヤ１２の側面をパッド６５〜６１にボンディングすることによってパッド６５〜パッド６１を１本のワイヤ１２によって接続することができる。
また、本実施形態では、キャピラリ高さ検出器２９によってキャピラリ１６の高さを検出してワイヤ１２の押しつぶし量を制御して接合部７５〜７１の高さをワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度にすることとして説明したが、ワイヤ１２の直径Ｄや材料別に押圧荷重とワイヤ１２の押しつぶし量との関係をマップにしておき、キャピラリ１６の押圧荷重を検出することによってワイヤ１２の押しつぶし量を制御して接合部７５〜７１の高さがワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度となるとようにしてもよい。この場合も、通常のセカンドボンディングよりも押圧荷重を低減することができるので、半導体チップ５５〜５１へのダメージを抑制することができる。
以上述べたように、本実施形態のワイヤボンディング方法は、半導体チップ５５〜５１に与えるダメージを低減しつつ少ないボンディング回数で共通のワイヤ１２の接続を行うことができるので、効率的に半導体装置１００を製造することができる。また、半導体装置１００は１本のワイヤ１２で半導体チップ５５〜５１の各パッド６５〜６１を順次接続していくので、各パッド６５〜６１とワイヤ１２との間の金属接合面が一つとなるので、パッド６５〜６１の上にバンプを形成してボンディングする場合に比べて各パッド６５〜６１と共通のワイヤ１２との間の導通抵抗が少なくなることから、各パッド６５〜６１の間の電気的な接続抵抗を低減することができ、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
次に、図９を参照しながら他の半導体装置１００について説明する。先に図１〜図８を参照して説明した半導体装置１００と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。先に図１から図８を参照して説明した半導体装置１００では、半導体チップ５６〜５１の各パッド６６〜６１は各半導体チップ５６〜５１の表面から突出した形状として説明したが、半導体チップ５６〜５１ではパッド６６〜６１が半導体チップ５６〜５１の表面より凹んだ凹部となっているものもある。このような凹部形状のパッド６５〜６１にワイヤ１２の側面を押し付けて接合部７５〜７１を形成する際には、図３に示すキャピラリ１６の先端面１６ｂが、半導体チップ５５〜５１の表面にぶつからないようにすることが必要である。この場合、パッド６５〜６１の凹み深さＤ１よりも接合部７５〜７１の厚さ（高さ）Ｈ１が高くなるように、ボンディングの際のキャピラリ１６の沈み込み量を制御する。また、凹み深さＤ１がワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度よりも深い場合には、接合部７５〜７１の厚さ（高さ）Ｈ１が１／３よりも厚くなるので、接合部７５〜７１の金属接合部７５ａ〜７１ａの接合強度を確保するために、超音波振動子１５に入力する電圧をより大きくするようにしてもよい。上記の点以外は、図９に示す半導体装置１００は、図１〜図８を参照して説明した半導体装置１００と同様であり、その製造工程も同様である。
図９に示す半導体装置１００は、各パッド６５〜６１が各半導体チップ５５〜５１の表面よりも凹んでいる場合でも、ワイヤ１２と各パッド６５〜６１との接合強度を確保することができるので、半導体チップ５５〜５１の表面から凹んでいるパッド６５〜６１に対しても一旦バンプを形成したりすることなく、ワイヤ１２の側面を直接パッド６５〜６１の表面にボンディングすることができるので、半導体チップ５５〜５１の表面よりもパッド６５〜６１が凹んでいる場合でも、短時間でボンディングを行うができる。
以上
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲により規定されている本発明の技術的範囲ないし本質から逸脱することない全ての変更及び修正を包含するものである。
１０ 基板、１２ ワイヤ、１３ ボンディングアーム、１３ｂ 超音波ホーン、１４ ボンディングステージ、１５ 超音波振動子、１６ キャピラリ、１６ａ 孔、１６ｂ 先端面、１７ クランパ、１８ 移動機構、１９ ボンディングヘッド、２０ ＸＹテーブル、２７ クランパ開閉機構、２８ 回転中心、２９ キャピラリ高さ検出器、３０ コンピュータ、３１ 制御部、３２ 記憶部、３３ 制御プログラム、３４ 制御データ、３５ クランパ開閉機構インターフェース、３６ キャピラリ高さ検出インターフェース、３７ 超音波振動子インターフェース、３８ 移動機構インターフェース、３９ データバス、５１〜５６ 半導体チップ、６１〜６６ パッド、７０ 電極、７１〜７５ 接合部、７１ａ〜７５ａ 金属接合部、７１ｂ〜７５ｂ ヒール部、７１ｃ〜７５ｃ 点、８０ フリーエアボール、８１〜８６ ルーピング部、８１ａ〜８６ａ 始端部、８６ｂ〜８２ｂ 終端部、９０ 圧着ボール、１００ 半導体装置、１０１ ワイヤボンディング装置。

Claims (4)

  1. 半導体装置の製造方法であって、
    キャピラリによってワイヤの側面を一の電極に押し付けて、前記ワイヤの側面を前記一の電極に接合する接合工程と、前記接合工程の後、キャピラリによって前記ワイヤを他の電極上までルーピングするルーピング工程と、を交互に繰り返して３つ以上の半導体チップまたは基板の電極を共通のワイヤによって順次接続し、
    前記ルーピング工程は、
    前記接合工程の後、前記一の電極から前記キャピラリを垂直に上昇させる第一上昇工程と、
    前記第一上昇工程の後、前記他の電極の方に向って斜め下方向に前記キャピラリを移動させる第一の斜め移動工程と、
    前記第一の斜め移動工程の後、再度、前記キャピラリを垂直に上昇させる第二上昇工程と、
    前記第二上昇工程の後、前記他の電極と反対側に向って斜め下方向に前記キャピラリを移動させるリバース工程と、
    前記リバース工程の後、前記一の電極直上まで斜め上方向に前記キャピラリを移動させる第二の斜め移動工程と、
    前記第二の斜め移動工程の後、再度、前記キャピラリを垂直に上昇させる第三上昇工程と、
    前記第三上昇工程の後、前記他の電極の直上に向って弧状にキャピラリを移動させる弧状移動工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記接合工程は、前記キャピラリによって前記共通のワイヤをその直径の１／４〜１／２の厚さに押しつぶして扁平形状にすると共に超音波加振を行って前記共通のワイヤを前記各電極に接合する半導体装置の製造方法。
  3. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記リバース工程は、前記接合工程において前記ワイヤの側面が接合された接合部を通る前記電極に垂直な線に対する角度が１０〜２０°となる点までキャピラリを移動させる半導体装置の製造方法。
  4. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記電極のうちの少なくとも１つは、半導体チップの表面から凹んだパッドであり、
    前記接合工程は、
    前記キャピラリによって前記共通のワイヤを前記パッドの凹み深さよりも厚い厚さに押しつぶして扁平形状にすると共に超音波加振を行って前記共通のワイヤを前記パッドに接合する半導体装置の製造方法。
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