JPH09199549A - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング方法

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JPH09199549A
JPH09199549A JP8008678A JP867896A JPH09199549A JP H09199549 A JPH09199549 A JP H09199549A JP 8008678 A JP8008678 A JP 8008678A JP 867896 A JP867896 A JP 867896A JP H09199549 A JPH09199549 A JP H09199549A
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JP
Japan
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sensor chip
bonding
chip
adhesive
base
Prior art date
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Pending
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JP8008678A
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English (en)
Inventor
Kenichi Ao
青　　建一
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Priority to US08/786,764 priority patent/US5828116A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低応力の接着剤にて基台の上に半導体チップを
接着した場合においも、接合不良が発生しにくく信頼性
の高い超音波ワイヤボンディング方法を提供する。 【解決手段】半導体加速度センサチップとしてのセンサ
チップ３には枠部４と重り部５と薄肉の梁部６〜９が形
成され、梁部６〜９には歪みゲージ１０〜１３が配置さ
れている。基台１の上にシリコン系接着剤２４を介して
センサチップ３が配置され、センサチップ３の上面に形
成されたボンディングパッド１４〜２３に対しウェッジ
ツールを押し付けながら振動を加えることによりワイヤ
ボンディングを行う。このとき、チップ３の中心に向け
てウェッジツールによる振動を加える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波ワイヤボ
ンディング方法に係り、例えば薄肉部を有するセンサチ
ップに対しワイヤボンディングを行う際に用いると好適
なものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体加速度センサを実装例を図１７，
１８に示す。図１８に示すように、基台７０の上面には
凹部７１が形成されている。又、センサチップ７２にお
いては四角環状の枠部（フレーム部）７３と重り部７４
と梁部７５とを有し、枠部７３の内方において重り部７
４が梁部７５により連結支持され、梁部７５には歪みゲ
ージ７６が配置されている。又、センサチップ７２の上
面にはボンディングパッド７７が並設されている。基台
７０の凹部７１においてセンサチップ７２が配置され、
センサチップ７２の枠部７３と凹部７１の底面とが接着
剤７８にて接合されている。この接着剤７８は基台７０
からの応力を緩和するためにシリコン系の低応力接着剤
が使用される。基台７０の上面にはボンディングパッド
７９が並設されている。そして、センサチップ７２のボ
ンディングパッド７７と基台７０のボンディングパッド
７９とがワイヤ８０にてボンディングされている。より
具体的なボンディングの際の手順としては、基台７０の
凹部７１にセンサチップ７２を接着剤７８にて接合し、
この状態で超音波ボンディングを行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年、加速度セ
ンサの低コスト化のために、半導体加速度センサチップ
の小型化の要望が高い。しかし、センサチップを小型化
するためにはセンサチップの重り部７４と枠部７３の面
積を小さくすることが必要である。すると、センサチッ
プ７２と基台７０との接着面積（チップを実装するとき
の接着面積）が減少し、接着強度が低下する。その結
果、ワイヤをボンディングする時に、ワイヤボンディン
グの接合不良が多発してしまう。通常の半導体チップで
はこのようなときには接着強度の強い高ヤング率の接着
剤を用いればよいが、半導体加速度センサチップでは高
ヤング率の接着剤、即ち、高応力の接着剤を用いると熱
サイクルによる線膨張係数の差による変形応力が吸収さ
れず加速度が加わっていないにもかかわらず歪みが発生
し誤った検出動作が行われてしまう。その結果、センサ
特性を低下させることとなる。そのため、高ヤング率の
接着剤を使うことができない。
【０００４】そこで、この発明の目的は、低応力の接着
剤にて基台の上に半導体チップを接着した場合におい
も、接合不良が発生しにくく信頼性が高い超音波ワイヤ
ボンディング方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、図１７に
おける各ワイヤ８０でのボンディング状況について詳細
に調査した。その結果、チップ端面においてチップ中心
Ｏから離れた位置にあるワイヤ程、接合不良が多く発生
していることが判明した。これを考察して以下の推論を
行った。今、図１５，１６に示すように、平坦な基台６
７の上面において接着剤によりチップ６８が配置されて
いる場合を考える。このとき、接着剤は低応力なものを
用いており、モデル化に際しては低応力接着剤をエアク
ッションと仮定することができる。このような状態から
チップ６８の角部に配置したボンディングパッド６９に
振動を加えると、チップ６８の中心Ｏを回転中心とした
モーメントＭ（＝Ｆ・Ｌ）が発生し、チップ６８が回転
方向に揺れることとなる。その結果、安定したボンディ
ングを行うことができないものと考えられる。
【０００６】そこで、請求項１に記載の発明では、半導
体チップの中心に向けてウェッジツールによる振動を加
えるようにする。このようにすると、振動を加えたとき
にモーメントが発生せず半導体チップの揺れが抑制され
る。つまり、図１５，１６におけるＬ＝０とすることに
より、Ｍ（＝Ｆ・Ｌ）を「０」もしくはそれに近づける
ことができ半導体チップの揺れが抑制できる。
【０００７】その結果、低応力の接着剤にて基台の上に
半導体チップを接着した場合において、接合不良が発生
しにくく信頼性が高いボンディングを行うことができる
こととなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）以下、この発明の第１の実施の形
態を図面に従って説明する。
【０００９】図１には、本実施の形態における半導体加
速度センサの平面図を示す。図２には図１のＡ−Ａ断面
を、図３には図１のＢ−Ｂ断面を示す。基台１はセラミ
ック板よりなる。基台１の上面には長方形の凹部２が形
成されている。又、半導体チップとしてのセンサチップ
３は、表面が（１００）面の単結晶シリコン基板よりな
り長方形の板状をなしている。センサチップ３は、四角
環状の枠部（フレーム部）４と重り部５と薄肉部として
の梁部６，７，８，９とを有している。重り部５は四角
形状をなし、薄肉の梁部６，７，８，９は帯状をなし、
枠部４の内方において重り部５が梁部６，７，８，９に
より連結支持されている。
【００１０】本加速度センサにおいては低コスト化を図
るべく、センサチップ３を小型化している。つまり、セ
ンサチップ３の重り部５と枠部４の面積を極力小さくし
ている。
【００１１】梁部６，７，８，９には歪みゲージ１０，
１１，１２，１３が配置されている。本実施の形態にお
いては歪みゲージ１０，１１，１２，１３として不純物
拡散層よりなるピエゾ抵抗層が用いられている。図４に
示すように、各歪みゲージ１０〜１３はフルブリッジ接
続され、歪みゲージ１０と１１との間の接続点ａには定
電圧Ｖccの印加され、歪みゲージ１２と１３との間の接
続点ｂはアースされる。又、歪みゲージ１０と１２との
間の接続点ｃおよび歪みゲージ１１と１３との間の接続
点ｄが出力端子となる。そして、図３においてセンサチ
ップ３の表面に垂直な方向（図中、Ｘにて示す）に加速
度が加わると重り部５が変位し、この変位に伴い梁部６
〜９に歪み（応力）が発生する。この歪み量が歪みゲー
ジ１０〜１３において抵抗変化となって表れ、図４のブ
リッジ回路において接続点ｃ，ｄでの電位差として取り
出される。
【００１２】又、枠部４の上面にはアルミよりなるボン
ディングパッド１４，１５，１６，１７，１８および１
９，２０，２１，２２，２３が並設されている。基台１
の凹部２においてセンサチップ３が配置され、センサチ
ップ３の枠部４と凹部２の底面とが接着剤２４にて接合
されている。接着剤２４は、シリコン系接着剤を用いて
おり、このシリコン系接着剤は低応力な接着剤である。
より具体的には、応力値は１０Ｎ／ｍｍ2 程度となって
いる。これは、エポシキ系接着剤に比べ３桁も応力が低
い。このように低応力な接着剤を用いることにより基台
１からの応力が緩和される。つまり、半導体加速度セン
サチップでは高ヤング率の接着剤（高応力の接着剤）を
用いると、センサチップ３と基台１の間においては線膨
張係数に差があり、熱サイクルが加わったときに接着剤
にて変形応力が吸収されず加速度が加わっていないにも
かかわらず歪みが発生し誤った検出動作が行われてしま
いセンサ特性を低下させてしまうが、低ヤング率の接着
剤（低応力接着剤）を用いることにより、センサ特性の
低下が回避される。
【００１３】基台１の上面にはＡｕ（金）よりなるボン
ディングパッド２５，２６，２７，２８，２９および３
０，３１，３２，３３，３４が並設されている。そし
て、センサチップ３のボンディングパッド１４〜２３と
基台１のボンディングパッド２５〜３４とがアルミワイ
ヤ３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，
４３，４４にてボンディングされている。基台１には各
種駆動装置や信号処理回路が搭載されており、図４のブ
リッジ回路における定電圧Ｖccの印加動作や出力信号の
増幅処理（より詳しくは図４の接続点ｃと接続点ｄの電
位差の増幅等）を行う。
【００１４】ここで、アルミワイヤ３５〜４４は超音波
ボンディングにより接合されており、パッドに対しウェ
ッジツールの振動方向をセンサチップ３の中心方向と
し、ワイヤ３５〜４４は全てセンサチップ３の中心Ｏか
ら放射状に（センサチップ３の中心Ｏに向かって）延び
ている。これについては後述する。
【００１５】図５を用いて、より詳細に半導体加速度セ
ンサを説明する。図５は図３に対応するものである。セ
ンサチップ３はｐ型シリコン基板４５の上にｎ型エピタ
キシャル層４６が形成され、センサチップ３における所
定領域のｐ型シリコン基板４５が除去されｎ型エピタキ
シャル層４６よりなる梁部６，７，８，９が形成されて
いる。このｎ型エピタキシャル層４６よりなる梁部６，
７，８，９における表層部には歪みゲージ（ｐ型不純物
領域）１０，１１，１２，１３が形成されている。図５
の断面図においては、歪みゲージを１０および１２にて
示す。又、ｎ型エピタキシャル層４６の上面にはシリコ
ン酸化膜９０が形成されている。
【００１６】図５に示すようにセンサチップ３をチップ
化するまでの工程を図６〜図９を用いて説明すると、ま
ず、図６に示すように、ｐ型シリコンウェハ４７を用意
し、その上にｎ型エピタキシャル層４８を成長する。さ
らに、図７に示すように、ｎ型エピタキシャル層４８の
表層部における所定領域にｐ型不純物領域（歪みゲー
ジ）４９をイオン注入等により形成する。又、スクライ
ブラインにおけるｎ型エピタキシャル層４８の表層部に
はｎ+ 型不純物領域５０を形成するとともに、ｎ + 型不
純物領域５０に対しアルミ配線５１を接続する。さら
に、ｎ型エピタキシャル層４８の上面にシリコン酸化膜
９１を介してアルミよりなるボンディングパッド（図１
の１４〜２３）を形成する。
【００１７】さらに、図８に示すように、ｐ型シリコン
ウェハ４７の所定領域にマスク材５２を配置する。その
後、浴槽内のＫＯＨ溶液５３にウェハ４７を浸漬すると
ともにＫＯＨ水溶液中にＰｔ（白金）電極板５４をウェ
ハ４７に対向配置する。そして、ウェハ４７のアルミ配
線５１とＰｔ電極板５４との間に、定電圧電源５５と電
流計５６と接点５７とを直列接続する。エッチングの際
には接点５７を閉じ通電を開始する。この電気化学エッ
チングを行うときには、図９に示すように、ｎ型エピタ
キシャル層４８をｎ+ 型不純物領域５０を通して電流が
流れる。この通電によりｐ型シリコンウェハ４７がエッ
チングされていく。一方、電流計５６により通電電流を
監視しており、エッチング面がｐ型シリコンウェハ４７
とｎ型エピタキシャル層４８との界面に達し測定電流値
が低減すると接点５７を開き通電を終了する。これによ
り、図９に示すように、第１の凹部５８が形成され、梁
部となる薄肉部が形成される。
【００１８】さらに、ｎ型エピタキシャル層４８におけ
る所定領域をマスクした状態でｎ型エピタキシャル層４
８をエッチングして第１の凹部５８に達する第２の凹部
（図示略）を形成する。これにより、上下に貫通する貫
通溝が形成される。その結果、図１に示した枠部４と重
り部５と梁部６〜９とが区画形成される。
【００１９】引き続き、ダイシングによりチップ化す
る。このようにチップ化された後において、ボンディン
グパッド２５〜３４が形成された基台（セラミック板）
１における凹部２内に、接着剤２４を介してセンサチッ
プ３を接着する。さらに、センサチップ３のボンディン
グパッド１４〜２３にワイヤボンディングを施す。
【００２０】このボンディングを、図１０，１１を用い
て説明する。ウェッジツール５９は楔形の先端形状を有
し、アルミワイヤ６０の一端部を支持している。又、ウ
ェッジツール５９には振動子６１が組み込まれている。
ウェッジツール５９がボンディングパッド６２の上面を
押し付けながら振動子６１による超音波振動がアルミワ
イヤ６０に印加され、アルミワイヤ６０が接合される。
この際、センサチップ３の中心に向けてウェッジツール
５９による振動を加える。
【００２１】より詳しくは、図１２に示すように、ウェ
ッジツール５９に対しセンサチップ３の中心方向に振動
を加える。その結果、図１２に示すように、アルミ接合
界面の形状は小判形となるが、その小判形のアルミ接合
界面の中心線Ｌ１（アルミ接合界面を楕円形としたとき
の長軸の延長方向）がセンサチップ３の中心を向くこと
となる。尚、センサチップ３の中心方向とは、センサチ
ップ３を四角形と見なした時の対角線の交点の方向のこ
とを言う。
【００２２】このとき、ウェッジツール５９の振動をセ
ンサチップの中心方向とすることによりウェッジツール
５９が振動しても図１５，１６に示すセンサチップ３を
回転させるモーメントＭが発生しない。つまり、図１
５，１６におけるＬ＝０となり、Ｍ（＝Ｆ・Ｌ）を
「０」とすることによりセンサチップ３が回転方向に揺
れることはない。そのため、低応力接着剤を用いた小型
のセンサチップにおいてもボンディング時の揺れが少な
く良好なボンディングが行われる。即ち、小型化を図る
べくセンサチップ３と基台１との接着面積を小さくする
とともに、センサ特性の低下を回避すべく低応力接着剤
を用いた場合においても、ボンディング時の揺れが少な
く良好なボンディングを行うことができる。
【００２３】これを、センサチップ３における全てのボ
ンディングパッド１４〜２３に対して行うとともに、そ
のパッド１４〜２３に対応する基台１側のパッド２５〜
３４に対してもワイヤボンディグを行い接合する。この
ようにしてセンサチップ３と外部の処理回路とが電気的
に接続される。
【００２４】このように、本実施の形態では、センサチ
ップ３と他の部材とを信号伝達用のボンディングワイヤ
にてボンディングする際に、センサチップ３の中心に向
けてウェッジツール５９による振動を加えるようにした
ので、振動を加えたときにモーメントが発生せずチップ
の揺れが抑制される。つまり、図１７に示したように各
ワイヤ８０をチップ端面に対し９０°の方向にワイヤボ
ンディングすると、図１５，１６に示すようにチップ６
８の中心Ｏを回転中心としたモーメントＭ（＝Ｆ・Ｌ）
が発生しチップ６８が回転方向に揺れてしまうが、図１
５，１６におけるＬ＝０とすることにより、Ｍ（＝Ｆ・
Ｌ）を「０」もしくはそれに近づけることによりセンサ
チップの揺れが抑制できる。このようにして、低応力の
接着剤２４にて基台１の上にセンサチップ３を接着した
場合においも、接合不良が発生しにくく信頼性の高いボ
ンディングを行うことができる。 （第２の実施の形態）次に、この発明の第２の実施の形
態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００２５】前記第１の実施の形態においてはセンサチ
ップ３と基台１との間におけるワイヤボンディングにつ
いて説明したが、本実施の形態においてはセンサチップ
とＩＣチップとの間におけるワイヤボンディングに用い
ている。
【００２６】図１３には、本実施の形態における半導体
加速度センサの平面図を示す。図１４には図１３のＣ−
Ｃ断面を示す。基台６３はセラミック板よりなる。基台
６３の上面には凹部６４が形成されている。凹部６４内
に、センサチップ３と信号処理用チップ６５とが接着剤
２４にて接合されている。センサチップ３には前述した
ように枠部、梁部、重り部が形成され、さらに、上面に
はボンディングパッドが形成されている。信号処理用チ
ップ６５には信号処理回路が形成されるとともに、上面
にはボンディングパッドが形成されている。
【００２７】そして、センサチップ３の中心に向けてウ
ェッジツール５９による振動を加え、センサチップ３の
ボンディングパッドに対しウェッジツールを押し付けな
がら振動を加えることによりワイヤボンディングを行
う。その結果、センサチップ３の中心から放射状にアル
ミワイヤ６６が延びることとなる。
【００２８】これまでの説明においては、アルミワイヤ
を用いた場合について述べたが、ボンディングワイヤと
してアルミ・シリコンからなるワイヤを用いてもよい。
又、これまでの説明においては、超音波ボンディングの
みの場合について述べたが、超音波と熱圧着とを併用し
たボンディングを行うときにも用いることができる。
【００２９】さらに、半導体加速度センサの他にも、半
導体圧力センサや半導体ヨーレイトセンサ等の他の力学
量センサに用いてもよい。さらには、半導体チップを基
台に接着し、ワイヤボンディングする半導体装置全般に
用いることができる。
【００３０】さらに、上述した例ではパッドに対しボン
ディングツールの振動方向をセンサチップ３の中心方向
とし、かつ、ワイヤ３５〜４４はセンサチップ３の中心
Ｏから放射状に延びる（センサチップ３の中心Ｏに向か
って延びる）ようにしたが、パッドに対しボンディング
ツールの振動方向をセンサチップ３の中心方向とする
が、ワイヤ３５〜４４は必ずしもセンサチップ３の中心
Ｏから放射状に延びなくてもよい（センサチップ３の中
心Ｏに向かわなくてもよい）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態における半導体加速度セン
サの平面図。
【図２】 図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】 図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】 歪みゲージの接続状態を示す配線図。
【図５】 要部を詳細に説明するための断面図。
【図６】 製造工程を説明すめための断面図。
【図７】 製造工程を説明すめための断面図。
【図８】 製造工程を説明すめための断面図。
【図９】 製造工程を説明すめための断面図図。
【図１０】 ワイヤボンディング工程を説明するための
平面図。
【図１１】 ワイヤボンディング工程を説明するための
断面図。
【図１２】 ワイヤボンディング工程を説明するための
斜視図。
【図１３】 第２の実施の形態における半導体加速度セ
ンサの平面図。
【図１４】 図１３のＣ−Ｃ断面図。
【図１５】 ワイヤボンディング工程を説明するための
平面図。
【図１６】 ワイヤボンディング工程を説明するための
断面図。
【図１７】 従来の技術を説明するための半導体加速度
センサの平面図。
【図１８】 図１７のＤ−Ｄ断面図。
【符号の説明】
１…基台、３…センサチップ（半導体チップ）、６〜９
…梁部（薄肉部）、１０〜１３…歪みゲージ、１４〜２
３…ボンディングパッド、２４…接着剤、５９…ウェッ
ジツール。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基台の上に接着剤を介して半導体チップ
    が配置され、当該半導体チップの上面に形成されたボン
    ディングパッドに対しウェッジツールを押し付けながら
    振動を加えることにより超音波ワイヤボンディングを行
    うためのワイヤボンディング方法であって、 前記半導体チップの中心に向けて前記ウェッジツールに
    よる振動を加えるようにしたことを特徴とするワイヤボ
    ンディング方法。
  2. 【請求項２】 前記半導体チップは前記基台に接着され
    ない薄肉部を有し、当該薄肉部には歪みゲージを有する
    ものである請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
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