JPH07122565A - バンプ形成方法 - Google Patents

バンプ形成方法

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JPH07122565A
JPH07122565A JP5265005A JP26500593A JPH07122565A JP H07122565 A JPH07122565 A JP H07122565A JP 5265005 A JP5265005 A JP 5265005A JP 26500593 A JP26500593 A JP 26500593A JP H07122565 A JPH07122565 A JP H07122565A
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JP
Japan
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wire
ball
bump
pad
bump electrode
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JP5265005A
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Hideyuki Akimoto
英行 秋元
Shinji Shirakawa
信次 白川
Teruo Kikuchi
照夫 菊池
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Tanaka Denshi Kogyo KK
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Tanaka Denshi Kogyo KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】Ａｕや半田を用いた場合の欠点を解消すべくＡ
ｌワイヤを採用し、且つワイヤボンダの機械的な動作で
均一にバンプ電極を形成できるようにする。 【構成】高純度ＡｌにＭｇを０．５〜３．０ｗｔ％含有
せしめて細線状に作製したＡｌワイヤＷをキャピラリ３
に挿通せしめ、その先端を、Ａｒ−10％Ｈ2 ガスの還元
性雰囲気下でアーク放電により加熱溶融せしめてボール
Ｗ’を作製する。このボールＷ’を半導体チップ１のＡ
ｌパッド２上面に付着させ、その状態でキャピラリ３を
引き上げれば、ボールＷ’の根本部所定箇所でワイヤＷ
が切断し、その上面に所定高さｈのネックa1が残った状
態で、パッド２上面にバンプ電極ａが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤレスボンディン
グ法により半導体チップを基板へ実装する際又は半導体
チップと外部リードとを電気的に結ぶ際に用いるバンプ
を形成するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、合金ワイヤの先端にボールを
形成し、このボールを半導体チップのＡｌパッド上に圧
着した後にワイヤから切断せしめてバンプ電極を形成す
る方法が知られている。また従来、この種バンプ電極の
形成材料にはＡｕ又は半田が多く用いられ、半田バンプ
は主としてＦＣ法に、ＡｕバンプはＴＡＢ法に夫々使用
されている。
【０００３】ところが、上記半田バンプの形成に際して
はチップのＡｌパッドに直接半田を接合させることがで
きないことからＡｌパッド上面に下地金属層（バリヤメ
タル）を形成する必要があり、そのため製造工程が複雑
化すると共にコスト高になる問題があった。他方、Ａｕ
バンプはチップ上のＡｌパッドとの間にＡｕ−Ａｌ金属
間化合物が生成されてその接合が脆化し、長期の使用に
対する信頼性が低下する恐れがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のような問題点を
解決するためにＡｌワイヤを用い、その先端に形成した
ボールをパッド上面に圧着した後にワイヤから切断せし
めてバンプ電極を形成することも考えられる。しかし乍
ら本願発明者が本発明に至る過程において確認したとこ
ろ、高純度Ａｌワイヤであると真球状の良好なボール形
成が困難であり、またこれを改善するべく添加元素を含
有せしめるとボールの真球度は向上するもののボールが
硬すぎてＡｌパッドへのボンディングの際にパッド割れ
が発生し、バンプ形成用としての特性を満たさない場合
があることが判明した。
【０００５】本発明は斯る従来事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、Ａｕや半田を用いた場
合の欠点を解消すべくＡｌワイヤを採用し、且つワイヤ
ボンダの機械的な動作で均一にバンプ電極を形成できる
ようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本願発明者は、単純にＡｌワイヤの特性を変えただ
けでは上記不具合が発生することに着目し、添加元素及
びその含有量を選択して鋭意研究を行った結果、高純度
ＡｌにＭｇを所定範囲量含有せしめることがバンプ形成
材料としての特性改善に効果的であることを知見して本
発明を完成するに至った。
【０００７】すなわち本発明は、Ａｌ又はＡｌ合金から
なる被接合層の上面にバンプ電極を形成する方法であっ
て、高純度ＡｌにＭｇを０．５〜３．０ｗｔ％含有せし
めて細線状に作製したＡｌワイヤを用いてボールボンデ
ィング法によりバンプ電極を形成することを特徴とす
る。また後述の理由から、前記Ａｌ−Ｍｇの配合組成に
さらに白金族元素（Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｎ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｉ
ｒ）又はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｕ，Ｓｉより選択された
少なくとも１元素を０．００１〜０．３ｗｔ％含有せし
めること、及び、ボール形成時の雰囲気を不活性又は還
元性雰囲気にすることも良い。
【０００８】
【作用】本発明方法によれば、高純度ＡｌにＭｇを上記
設定量含有せしめることで、Ａｌワイヤにおけるボール
形成能，形成されるボールの硬さ等のバンプ形成特性が
著しく改善されると共に、ボール形成時における結晶粒
の粗大化領域が所定範囲内に収まり、その結果、ボール
をパッド上面に圧着せしめた後にワイヤを引き上げた際
の切断位置が安定し、且つ上面に残るネック高さが所定
範囲内である均一なバンプ形成が可能になる。しかも、
Ａｌ又はＡｌ合金からなる被接合層の上面に同種金属か
らなるＡｌバンプを直接形成するので、極めて強固な接
合強度が得られる。
【０００９】また、上述のＡｌ−Ｍｇの配合組成にさら
に請求項２記載の添加元素中から少なくとも１元素を上
記設定量含有せしめた場合は、Ｍｇとの総添加量が少量
であっても上記作用を効果的に得られる。
【００１０】尚、Ｍｇの含有量が０．５ｗｔ％未満、請
求項２記載の添加元素の含有量が０．００１ｗｔ％未満
の場合は上記作用が得られず、またＭｇの含有量が３．
０ｗｔ％を越えるか若しくは請求項２記載の添加元素の
含有量が０．３ｗｔ％を越えると、形成されたボールが
硬すぎてボンディング時にパッド割れが発生するため好
ましくない。よって、Ｍｇ及び請求項２記載の添加元素
の含有量を上述の範囲内に設定した。また、ボール形成
時の雰囲気を不活性又は還元性雰囲気にすることで、真
球度の高い安定したボールを作製することが可能にな
る。
【００１１】
【実施例】以下、実施例について説明する。図１は本発
明のバンプ形成方法を表し、図中Ｗは高純度ＡｌにＭｇ
を０．５〜３．０ｗｔ％の範囲内で含有せしめて細線状
に作製されたバンプ形成用Ａｌワイヤ、１は半導体チッ
プ、２はそのチップ上面に形成されたＡｌ又はＡｌ合金
からなるパッド、３は前記ワイヤＷを挿通せしめたキャ
ピラリ、４は基板、５はその基板上面に形成された外部
リードを示す。
【００１２】而して、まず図１(a) に示すように上記Ａ
ｌワイヤＷをキャピラリ３に挿通せしめ、且つその先端
を、Ａｒ−10％Ｈ2 ガスの還元性雰囲気下でアーク放電
により加熱溶融せしめてボールＷ’を作製する。この
時、ＡｌワイヤＷにおけるＭｇ含有量を上述の範囲内に
設定したことから同ＡｌワイヤＷはボール形成能，形成
されるボールの硬さ等のバンプ形成特性が著しく改善さ
れた状態にあり、且つボール形成のための熱影響による
結晶粒の粗大化領域ｓがボールＷ’根本部から所定範囲
内に収まり、これにより、後述するボールＷ’の切断位
置が均一になり且つその上面に残るネック高さｈが所定
高さになる。また、ボール形成時の雰囲気を上記還元性
雰囲気としたことから、作製されるボールＷ’の真球度
が向上する。
【００１３】ボールＷ’を作製した後、同図(b) の如く
キャピラリ３を下降させてボールＷ’をパッド２上面に
付着させる。この時、ボールＷ’がＡｌボールであるこ
とから、Ａｌ又はＡｌ合金からなるパッド２との間にＡ
ｌ−Ａｌ拡散が生じてその接合が極めて強固なものにな
る。よって、ボールＷ’は高い接合強度をもってパッド
２の上面に直接接合する。
【００１４】その状態でキャピラリ３を引き上げること
により、同図(c) の如くボールＷ’の根本部所定箇所で
ワイヤＷが切断し、その上面に所定高さｈのネックa1が
残った状態で、パッド２上面にバンプ電極ａが形成され
る。さらに同図(d) に示すように、上記バンプ電極ａを
基板４上に形成された外部リード５上面に圧着せしめて
半導体チップ１を基板４に実装し、半導体装置Ａを構成
する。
【００１５】次に、本発明実施例と比較例との性能に関
する試験結果を、表１に基づいて説明する。表中の試料
Ｎo.１は99.99 ％の高純度Ａｌを用いて細線状に作製さ
れたワイヤ、試料Ｎo.２〜２０は99.9％以上の高純度Ａ
ｌにＭｇ若しくは請求項２記載の添加元素中からＰｄを
選択して表中記載量含有せしめて細線状に作製されたワ
イヤで、これら各試料を用いて、図１に示すボールボン
ディング法により半導体チップのＡｌ合金パッド上面に
バンプ電極を形成した。その際のボール形成状態、ボー
ル硬さ、ネック高さ（ｈ）の平均値、シェアー強度、及
び、各試料によるワイヤ加工性について試験を行った。
尚、各試料により作製するワイヤの線径は２５μｍ、形
成するボールの直径は７０μｍとした。
【００１６】
【表１】
【００１７】以上の結果から、99.9％以上の高純度Ａｌ
にＭｇを０．５〜３．０ｗｔ％含有せしめたＡｌワイヤ
を用いた本発明実施例（試料Ｎo.２，８，１４）では、
アーク放電により安定したボールが形成されると共に、
形成されたボールに硬さ及びワイヤ切断後に残るネック
高さが所定範囲内に収まることから、パッド割れを生ず
ることなく均一なバンプ形成が可能であり、よって接合
不良発生率が低くボンディング作業性も良好であり、し
かもバンプ形成後のシェア強度が高く、且つワイヤ加工
性も良好であることが確認できた。
【００１８】また、Ｐｄを０．００１〜０．３ｗｔ％含
有せしめＡｌワイヤを用いた本発明実施例（試料Ｎo.３
〜６，９〜１２，１５〜１８）では、Ｍｇとの総添加量
が少量であっても上述の各作用を効果的に得られること
が確認できた。
【００１９】他方、Ｍｇの含有量が０．５ｗｔ％未満で
あるワイヤを用いた比較例（試料Ｎo.１）では、ボール
形成時において真円状のボールが作製されず接合不良を
起こすことが確認でき、またＭｇの含有量が３．０ｗｔ
％を越えた比較例（試料Ｎo.２０）では硬度が大きすぎ
て脆いことからワイヤ加工が困難であることが確認でき
た。
【００２０】さらに、Ｐｄの含有量が０．３ｗｔ％を越
えた比較例（試料Ｎo.７，１３，１９）では、ワイヤが
硬くなることからその加工性が低下すると共に、形成さ
れたボールが硬すぎてボンディングによりパッド割れが
発生することが確認できた。
【００２１】尚、上記実施例においては請求項２記載の
添加元素中からＰｄを選択して含有せしめたが、Ｐｄに
代えてそれ以外の添加元素、すなわちＰｔ，Ｒｎ，Ｒ
ｕ，Ｏｓ，Ｉｒ又はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｕ，Ｓｉより
選択された少なくとも１元素を表中記載量添加した場合
も同様の結果が得られた。
【００２２】
【発明の効果】本発明のバンプ形成方法は以上説明した
ように、高純度ＡｌにＭｇを０．５〜３．０ｗｔ％含有
せしめたＡｌワイヤを用いることで、下地金属層を介在
させることなく半導体チップのＡｌパッド又はＡｌ合金
パッド上に直接、ワイヤボンダを用いて均一なバンプ電
極を形成でき、しかも、Ａｌ又はＡｌ合金からなる被接
合層の上面に同種金属からなるＡｌバンプを直接形成す
るので、極めて強固な接合強度が得られる。従って、ワ
イヤボンダを用いて簡単，低コストでバンプ電極を製造
でき、且つ長期の使用における信頼性に極めて優れた半
導体装置の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバンプ形成方法の一実施例を示す
断面図。
【符号の説明】
Ｗ：バンプ形成用Ａｌワイヤ Ｗ’：ボール
ａ：バンプ電極 １：半導体チップ ２：パッド
３：キャピラリ ４：基板 ５：外部リード
Ａ：半導体装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ａｌ又はＡｌ合金からなる被接合層の上
    面にバンプ電極を形成する方法であって、前記バンプ電
    極を、高純度ＡｌにＭｇを０．５〜３．０ｗｔ％含有せ
    しめて細線状に作製したワイヤを用いてボールボンディ
    ング法により形成することを特徴とするバンプ形成方
    法。
  2. 【請求項２】 上記バンプ電極を、高純度ＡｌにＭｇを
    ０．５〜３．０ｗｔ％含有せしめ、さらに白金族元素
    （Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｎ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｉｒ）又はＦｅ，Ｎ
    ｉ，Ｃｏ，Ａｕ，Ｓｉより選択された少なくとも１元素
    を０．００１〜０．３ｗｔ％含有せしめて細線状に作製
    したワイヤを用いてボールボンディング法により形成す
    ることを特徴とする請求項１記載のバンプ形成方法。
  3. 【請求項３】 ボール形成時の雰囲気を不活性又は還元
    性雰囲気にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の
    バンプ形成方法。
JP5265005A 1993-10-22 1993-10-22 バンプ形成方法 Pending JPH07122565A (ja)

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