JPH08124973A - 超音波ワイヤボンディング方法 - Google Patents

超音波ワイヤボンディング方法

Info

Publication number
JPH08124973A
JPH08124973A JP6260823A JP26082394A JPH08124973A JP H08124973 A JPH08124973 A JP H08124973A JP 6260823 A JP6260823 A JP 6260823A JP 26082394 A JP26082394 A JP 26082394A JP H08124973 A JPH08124973 A JP H08124973A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intermetallic compound
aluminum
ultrasonic
wire
wire bonding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6260823A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuaki Yamazaki
和昭 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP6260823A priority Critical patent/JPH08124973A/ja
Publication of JPH08124973A publication Critical patent/JPH08124973A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—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
    • H01L24/85—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—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
    • H01L2224/05617—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 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/05624—Aluminium [Al] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • 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
    • H01L2224/45117—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 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • 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
    • H01L2224/485—Material
    • H01L2224/48505—Material at the bonding interface
    • H01L2224/48699—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Aluminium (Al)
    • H01L2224/487—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Aluminium (Al) with a principal constituent of the bonding area 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
    • H01L2224/48717—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Aluminium (Al) with a principal constituent of the bonding area 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 400°C and less than 950 °C
    • H01L2224/48724—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H01L2224/852—Applying energy for connecting
    • H01L2224/85201—Compression bonding
    • H01L2224/85205—Ultrasonic bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01014—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01028—Nickel [Ni]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01327—Intermediate phases, i.e. intermetallics compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体素子のＡｌ電極にＮｉ細線をボンディン
グする際、Ａｌ表面の酸化膜のために生ずる未接合部分
を無くするために超音波振動エネルギーを大きくすると
半導体素体に損傷を与える問題を解決する。 【構成】Ａｌ電極あるいはＡｌ細線の表面に、Ａｌと金
属間化合物を生成する、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉなどの薄膜を
形成したのちボンディングする。これにより、Ａｌが酸
化膜を通して拡散して金属間化合物が生成されるので、
半導体素体に損傷を与えない程度の小さい超音波振動エ
ネルギーでもＡｌ酸化膜同志の接触面より高い接合強度
が得られる。また、素子使用中の温度上昇により金属間
化合物が成長するため、接合強度の劣化も避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の製造の際
などに適用される超音波ワイヤボンディング方法であ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体素体上の電極との接続のために、
アルミニウム電極にアルミニウム細線を加圧して接触さ
せ、超音波振動を与えて接合する超音波ワイヤボンディ
ング方法が広く用いられている。超音波ワイヤボンディ
ングは、通常超音波振動をするウエッジツール先端で、
ボンディングワイヤを被接合物に押し付け、超音波振動
と加圧により接合する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超音波
ワイヤボンディング方法では、アルミニウム細線の接合
面に作用する超音波振動エネルギーが小さな場合には必
要な接合強度が得られなかったり、逆に大きな場合には
被接合物である半導体素体を損傷させてしまい、その機
能を低下させてしまう問題がある。
【０００４】超音波エネルギーの小さい場合に必要な接
合強度が得られない原因として、アルミニウム電極およ
びアルミニウム細線の表面に生じているアルミニウムの
酸化膜によることがわかった。超音波エネルギーが小さ
い場合には、接合面の内部にアルミニウムの酸化膜同志
が接したままの状態の未接合部分が生ずる。また、半導
体素子はその使用環境において電力の印加により発熱す
る。従来の超音波ワイヤボンディングの接合部の接合強
度は、このような使用中の温度上昇において劣化する現
象が見られるという問題もある。
【０００５】本発明の目的は、上述の諸問題を解決し、
半導体素体を損傷することのない範囲の超音波振動条件
で、酸化膜による未接合部分がなくて充分な接合強度が
得られると共に、使用中の接合強度の劣化もない超音波
ワイヤボンディング方法を提供することにある。
【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、基体上のアルミニウム層およびアルミニウム線相
互をアルミニウムと金属間化合物を生成する金属よりな
る膜を介して加圧し、加圧面に超音波振動を与えるもの
とする。アルミニウムと金属間化合物を生成する金属よ
りなる膜は、あらかじめ基体上のアルミニウム層の表面
上に被着しても、アルミニウム線の表面上に被着しても
よい。その膜の厚さが１μｍ以下であることが望まし
い。アルミニウムと金属間化合物を生成する金属が金、
銅およびニッケルの中の一つであることが有効である。
【０００７】
【作用】超音波ボンディング時に介在させる金属膜の金
属がＡｌと金属間化合物を生成するものであり、さらに
Ａｌに比して酸化しにくい場合は、Ａｌ層およびＡｌ線
の表面に形成されている酸化膜を通ってＡｌ層およびＡ
ｌ線の双方からＡｌ原子が拡散して金属間化合物の薄い
膜が生ずる。この膜の部分は、Ａｌ酸化物同志の接する
面より接合強度が高くなるため、接合面全体としての強
度が向上する。また、生成された金属間化合物中のＡｌ
原子の拡散速度はＡｌ中よりも速く、温度が上昇すると
共にさらに速くなるので、半導体素子の使用環境のよう
に基体の温度が上昇する場合は、金属間化合物が成長
し、接合強度の向上の効果が増すため、接合強度の劣化
が防止される。このような金属膜は、Ａｌ層あるいはＡ
ｌ線の上に通常の方法で容易に形成できる。そして膜の
厚さは、薄すぎれば生成される金属間化合物の量が少な
くて接合強度向上の効果が現れないのは当然であるが、
１μｍより厚くなると、Ａｌ母材より強度的に劣る金属
間化合物膜が厚くなりすぎるため、接合面全体の強度向
上の十分な効果が得られない。
【０００８】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。図１は、本発明の一実施例において、Ａｌ細線
の超音波ボンディングされる半導体素子の一部分を示
し、シリコン基体１上に被着されたＡｌ電極２の上に厚
さ２５ｎｍおよび５０ｎｍのＡｕ薄膜３がスパッタリン
グにより形成されている。このＡｕ被覆Ａｌ電極２に直
径３００μｍの９9.９９％の純Ａｌ細線を６０ＫＨｚの
超音波ワイヤーボンダを用いてボンディングした。図３
は、接合直後ならびにこの素子を１５０℃で２０時間お
よび４０時間加熱した後の接合部の剪断強度を示す。試
料数は各５個である。
【０００９】図３から、接合初期においてＡｕ膜を有し
ない試料の接合強度よりＡｕ膜を有する試料の接合強度
が向上していることおよび高温加熱の状況下において接
合強度が劣化していないことがわかる。また、高温加熱
の状況下において、Ａｕ膜を有している試料の接合強度
が時間の経過により向上していくこと、およびＡｕ膜の
厚さが５０ｎｍである試料の方がその接合強度の向上効
果が大きいことから、Ａｌ電極２とＡｕ薄膜３との間に
酸化膜を通じての拡散が起こり、ＡｌとＡｕとの金属間
化合物が形成されること、また、この金属間化合物への
Ａｌの拡散速度が温度が上昇するほど高くなることが証
明される。
【００１０】図２は、本発明の別の実施例においてシリ
コン基体上のＡｌ電極に超音波ボンディングされるＡｌ
細線を示し、純Ａｌ細線４の表面に厚さ１μｍ以下のＡ
ｕ薄膜３がスパッタリングにより形成されている。この
Ａｌ細線をＡｌ電極にボンディングした場合も接合強度
の向上が認められた。以上の実施例では、Ａｌと金属間
化合物を形成する金属としてＡｕを用いたが、Ａｕ以外
にＣｕ、Ｎｉなどの薄膜を形成しても効果がある。薄膜
の形成方法は、スパッタリング法に限定されず、真空蒸
着法あるいはめっき法を適用してもよい。また、そのよ
うな薄膜が形成される電極あるいは細線の材料は純Ａｌ
に限定されず、Ａｌ合金であってもよい。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、Ａｌ層とＡｌ線との超
音波ワイヤボンディングする際に、Ａｌと金属間化合物
を生成する金属の膜を介在させ、Ａｌ酸化膜同志の接触
を避けることにより、Ａｌ層の下にある半導体素体等に
損傷を与えるおそれのない充分小さな超音波振動エネル
ギーの条件のもとで接合強度の向上し、使用中の劣化も
ないボンディングが可能になった。しかも、被接合物の
材質を変化させる必要がなく、金属膜をＡｌ層あるいは
Ａｌ線の表面に被着するだけの簡便な方法であるため、
得られる効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の超音波ワイヤボンディング
に用いた半導体素子の一部分の断面図
【図２】本発明の別の実施例の超音波ワイヤボンディン
グに用いたアルミニウム細線の断面図
【図３】本発明の一実施例および比較例の超音波ワイヤ
ボンディング部の接合直後の接合強度および接合強度の
加熱による変化の加熱時間との関係を示す線図
【符号の説明】
１ シリコン基体 ２ Ａｌ電極 ３ Ａｕ薄膜 ４ Ａｌ細線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基体上のアルミニウム層およびアルミニウ
    ム線相互をアルミニウムと金属間化合物を生成する金属
    よりなる膜を介して加圧し、加圧面に超音波振動を与え
    て接合することを特徴とする超音波ワイヤボンディング
    方法。
  2. 【請求項２】アルミニウムと金属間化合物を生成する金
    属よりなる膜をあらかじめ基体上のアルミニウム層の表
    面上に被着する請求項１記載の超音波ワイヤボンディン
    グ方法。
  3. 【請求項３】アルミニウム金属間化合物を生成する金属
    よりなる膜をあらかじめアルミニウム線の表面上に被着
    する請求項１記載の超音波ワイヤボンディング方法。
  4. 【請求項４】アルミニウムと金属間化合物を生成する金
    属よりなる膜の厚さが１μｍ以下である請求項１ないし
    ３のいずれかに記載の超音波ワイヤボンディング方法。
  5. 【請求項５】アルミニウムと金属間化合物を生成する金
    属が金、銅およびニッケルの中の一つである請求項１な
    いし３のいずれかに記載の超音波ワイヤボンディング方
    法。
JP6260823A 1994-10-26 1994-10-26 超音波ワイヤボンディング方法 Pending JPH08124973A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6260823A JPH08124973A (ja) 1994-10-26 1994-10-26 超音波ワイヤボンディング方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6260823A JPH08124973A (ja) 1994-10-26 1994-10-26 超音波ワイヤボンディング方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08124973A true JPH08124973A (ja) 1996-05-17

Family

ID=17353263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6260823A Pending JPH08124973A (ja) 1994-10-26 1994-10-26 超音波ワイヤボンディング方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08124973A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6757946B2 (en) 2000-03-17 2004-07-06 Murata Manufacturing Co., Ltd. Wire bonding method
JP2018067680A (ja) * 2016-10-21 2018-04-26 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6757946B2 (en) 2000-03-17 2004-07-06 Murata Manufacturing Co., Ltd. Wire bonding method
JP2018067680A (ja) * 2016-10-21 2018-04-26 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5060051A (en) Semiconductor device having improved electrode pad structure
US4772935A (en) Die bonding process
JPS61204953A (ja) ハ−メチツクシ−ルカバ−及びその製造方法
JPH0964258A (ja) 大電力半導体デバイス
EP0880801B1 (en) DIE ATTACHED SiC AND DIE ATTACH PROCEDURE FOR SiC
JPH11234082A (ja) 表面弾性波装置
JPH08124973A (ja) 超音波ワイヤボンディング方法
US3483610A (en) Thermocompression bonding of foil leads
JP3805277B2 (ja) 超音波接合構造及び方法
JPH11307596A (ja) 低温接合方法
JP2001110823A (ja) 半導体装置の製造方法
JPS62136835A (ja) 半導体装置の製造方法
JP3160555B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2000068396A (ja) ハーメチックシール用カバー
JPH02114545A (ja) ワイヤボンディング接続方法
JP4229460B2 (ja) 電子部品及びその製造方法
JPS5952031B2 (ja) 冷間圧接方法
JPH02183538A (ja) 半導体装置
JPS6316632A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2770575B2 (ja) 半導体装置のボンディング方法および半導体装置
JPS63164329A (ja) 半導体装置
JPS62136836A (ja) 半導体装置の製造方法
JPS62136839A (ja) 半導体装置
JPH07106458A (ja) 気密封止形半導体装置
SU585939A1 (ru) Способ ультразвуковой микросварки