JPH11135714A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH11135714A
JPH11135714A JP9297429A JP29742997A JPH11135714A JP H11135714 A JPH11135714 A JP H11135714A JP 9297429 A JP9297429 A JP 9297429A JP 29742997 A JP29742997 A JP 29742997A JP H11135714 A JPH11135714 A JP H11135714A
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bonding
wire
chip
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Masaaki Hiromitsu
正明 弘光
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップと所定の対象物とをその特性を
損なうことなくワイヤボンディングによって電気的な接
続が図れるようにする。 【解決手段】半導体チップ3と所定の接続対象物(フイ
ルム基板2または第3の半導体チップ5)とが金属線ワ
イヤW1,W2を介して電気的に接続された半導体装置
1において、上記半導体チップ3および/または上記接
続対象物2,5のワイヤボンディング部位を貴金属によ
って形成した。好ましくは、上記半導体チップ3および
/または上記接続対象物2,5のワイヤボンディング部
位は、金製のバンプ30a,40aであり、上記金属線
ワイヤは、金製である。上記半導体チップ3および/ま
たは上記接続対象物5は、強誘電体メモリチップであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、半導体チップと
所定の接続対象物とが金属線ワイヤを介して電気的に接
続された半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、半導体チップどうしを電
気的に接続する場合には、金属線ワイヤを用いた熱圧着
ボンディングあるいは超音波ボンディングなどの方法が
一般的に採用されている。熱圧着ボンディングは、ヒー
タなどによって比較的高温(400℃程度)にボンディ
ング対象物を予め加熱しておき、金属線ワイヤをボンデ
ィング部位に圧し付けることにより行なわれる。一方、
超音波ボンディングは、ボンディング対象物を加熱せず
に、金属線ワイヤをボンディング対象物に圧し付けた状
態で超音波を付与することにより行なわれる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱圧着
ボンディングは、ボンディング対象物を400℃程度に
加熱しなければならないため、熱に弱い半導体チップを
ボンディング対象物とする場合には不向きである。ま
た、所定の治具などによって比較的強い力で金属線ワイ
ヤをボンディング対象物に圧し付けなければならないた
め、ボンディング対象物がダメージを被ってその特性が
損なわれてしまう場合もある。一方、超音波ボンディン
グは、あまり大きな超音波を付与した場合には金属線ワ
イヤが切断してしまうといった欠点を有する。
【0004】また、通常、半導体チップの表面には、ワ
イヤボンディング用のワイヤボンディングパッドがアル
ミニウムなどによって形成されているが、アルミニウム
が酸化して酸化膜を形成しやすいために、形成された酸
化膜によってボンディングパッドと金属線ワイヤとの間
に接合性が悪いといった不具合を生じていた。この不具
合は、ワイヤボンディング時の温度が高くなればなるほ
ど顕著に表れる。このような不具合を解消するために
は、形成された酸化膜を除去するために、ボンディング
部位に付与する超音波振動を大きくしなければならず、
この場合には、上述したように金属線ワイヤが切断して
しまうといった事態が生じかねない。
【0005】本願発明は、上記した事情のもとで考え出
されたものであって、半導体チップと所定の対象物とを
その特性を損なうことなくワイヤボンディングによって
電気的な接続が図れるようにすることをその課題として
いる。
【0006】
【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。
【0007】すなわち、本願発明によれば、半導体チッ
プと所定の接続対象物とが金属線ワイヤを介して電気的
に接続された半導体装置であって、上記半導体チップお
よび/または上記接続対象物のワイヤボンディング部位
が貴金属によって形成されていることを特徴とする、半
導体装置が提供される。
【0008】上記構成によれば、上記半導体チップおよ
び/または上記接続対象物のワイヤボンディング部位が
貴金属によって形成されているために、ワイヤボンディ
ング部位が酸化されにくいものとなっている。すなわ
ち、半導体チップと所定の接続対象物とを金属線ワイヤ
を介して接続する際に、ワイヤボンディング部位に形成
された酸化膜を除去するといった操作が不要となる。こ
のため、酸化膜を除去すべくワイヤボンディング時に大
きな超音波振動を付与したり、あるいは上記半導体チッ
プや上記接続対象物を高温に加熱するなどして大きなエ
ネルギを付与する必要はないといった利点が得られる。
【0009】好ましい実施形態においては、上記半導体
チップおよび/または上記接続対象物のワイヤボンディ
ング部位は、金製のバンプである。
【0010】ところで、ワイヤボンディング工程は、金
属線の先端部を加熱することにより溶融状態の金属ボー
ルとし、この金属ボールをボンディング部位に圧し付け
ることにより行なわれるファーストボンディングと、金
属線ワイヤをボンディング部位に所定の治具によって押
圧・圧着した後に金属線ワイヤを切断するセカンドボン
ディングとからなる。このため、上記ワイヤボンディン
グ部位を金製のバンプとすれば、ワイヤボンディング工
程において金属線ワイヤをボンディング部位に押圧した
場合には、上記金製バンプがクッションとなって押圧力
が吸収され、上記半導体チップおよび/または上記接続
対象物へのダメージが軽減される。特に、このような利
点は、セカンドボンディングにおいて金属線ワイヤを押
圧切断する場合に顕著に表れる。
【0011】好ましい実施形態においてはさらに、上記
金属線ワイヤは、金製である。
【0012】上記金属線ワイヤが金製である場合には、
ファーストボンディング部分および/またはセカンドボ
ンディング部分が、金と金との接続なる。この場合に
は、接続部分が、酸化されにくい同種の金属どうしの接
続であるため、従来のような異種金属(金とアルミニウ
ム)どうしの接続に比べて小さなエネルギの付与によっ
て接続することが可能となる。また、上記ボンディング
部位と金線ワイヤとが接続された場合には、接続部が金
−金接続となるため、接続部が酸化することなく良好な
接続状態を維持することができる。
【0013】なお、上記接続対象物としては、第2の半
導体チップ、あるいはセラミック製、金属製、あるいは
樹脂製の基板などが考えられる。上記接続対象物として
第2の半導体チップが採用される場合には、半導体チッ
プおよび第2の半導体チップの双方のボンディング部位
とも金製バンプとすることが好ましい。すなわち、上述
したように、上記金製バンプはボンディング押圧時の押
圧力を吸収することができるため、外力に弱い半導体チ
ップのボンディング部位は金製バンプとすることが好ま
しい。
【0014】好ましい実施形態においてはさらに、上記
半導体チップおよび/または上記第2の半導体チップ
は、強誘電体メモリチップである。
【0015】ここで、「強誘電体メモリチップ」とは、
誘電率の高い強誘電体の自発分極を利用した不揮発性メ
モリであり、この強誘電体メモリチップは、強誘電体の
分極方向を反転させることによって極めて高速かつ低電
圧で情報の書き換えが可能なメモリである。ところが、
強誘電体メモリチップに使用されている強誘電体は熱に
弱いため(170〜180℃程度で自発分極しなくな
る)、これを有する強誘電体メモリチップも熱に弱いと
いった欠点があり、この強誘電体メモリチップが所定温
度以上に加熱された場合には動作が不安定になってしま
う。このため、強誘電体メモリチップを他の半導体チッ
プや基板などと金属線ワイヤを用いて電気的に接続する
場合には、強誘電体メモリチップを加熱する温度を少な
くとも170℃以下にする必要がある。しかし、熱圧着
ボンディングでは、400℃に強誘電体メモリチップを
加熱する必要があるため強誘電体メモリチップの動作が
不安定になってしまう。一方、超音波ボンディングで
は、超音波振動によって金属線ワイヤが切断されてしま
うことが懸念される。
【0016】本願発明では、たとえばボンディング部位
を金製バンプとするとともに、金属線ワイヤを金製とす
ることによって、接続部を酸化されにくい同種の金属ど
うしの接続とされている。このため、従来の異種金属ど
うしの接続と比較すれば小さなエネルギの付与によって
ワイヤボンディングが行なえるのは上述の通りである。
したがって、たとえ熱に弱い強誘電体メモリチップに対
してワイヤボンディングする場合であっても、その加熱
温度を100℃程度とし、あまり大きくない超音波振動
を付与するによって、金線ワイヤが切断されることなく
良好にワイヤボンディングを行うことが可能となる。
【0017】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より
明らかとなろう。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【0019】図1は、本願発明に係る半導体装置の一例
を表す全体斜視図であり、図2は、図1のII−II線に沿
う断面図である。
【0020】図1および図2に示すように、上記半導体
装置1は、ポリイミド樹脂製などのフイルム基板2と、
このフイルム基板2上に実装される第1の半導体チップ
3と、この第1の半導体チップ3と電気的な導通が図ら
れた第2の半導体チップ4と、この第2の半導体チップ
4上に実装された第3の半導体チップ5とを備えて大略
構成されている。
【0021】図1および図2に良く表れているように、
上記フイルム基板2の両端部には、それぞれ5つの貫通
孔20aが形成されており、これらの貫通孔20aの形
成部位に対応して端子20が計10個形成されている。
これらの各端子20は、上記フイルム基板2の上面に形
成された薄膜端子部22と上記フイルム基板2の下面に
形成されたボール状端子部21とを有しており、もちろ
ん上記薄膜端子部22と上記ボール状端子部21とは上
記貫通孔20aを介して電気的に導通している。なお、
上記薄膜端子部22は、たとえば銅などによって形成さ
れており、上記ボール状端子部21は、たとえばハンダ
などによって形成されている。また、上記貫通孔2aお
よび端子20の形成部位および個数は適宜設計事項であ
る。
【0022】図1および図2に良く表れているように、
上記第1の半導体チップ3は、主面3aの側縁部に列状
に並ぶようにして、たとえばアルミニウム製などの2種
類の電極パッド30,31がそれぞれ複数個ずつ形成さ
れており、これらの電極パッド30,31上には、金製
バンプ30a,31aがそれぞれ形成されている。これ
らの金製バンプ30a,31aは、たとえば半導体チッ
プがウエハの段階において金メッキを施すなどして形成
される。そして、上記金製バンプ30aと上記フイルム
基板2の端子20とがワイヤW1を介して接続されて上
記フイルム基板2と上記第1の半導体チップ3とが電気
的に導通されている。もちろん、上記各電極パッド3
0,31は、上記第1の半導体チップ3の主面3aに形
成された回路素子(図示略)と導通している。なお、図
面上は表れていないが、上記第1の半導体チップ3は、
たとえばエポキシなどの樹脂によって上記フイルム基板
2と接合されている。
【0023】図1および図2に良く表れているように、
上記第2の半導体チップ4は、主面4aの側縁部に列状
に並ぶようにして複数の電極パッド40が形成されてい
る。これらの電極パッド40上には、金製バンプ40a
がそれぞれ形成されている。そして、これらの金製バン
プ40aと上記第1の半導体チップ3の金製バンプ31
aとは、電気的に接続されている。これらの電気的な導
通には、異方性導電膜やハンダペーストなどが用いられ
る。もちろん、上記各電極パッド40は、上記第2の半
導体チップ4の主面4aに形成された回路素子(図示
略)と導通している。
【0024】図1および図2に良く表れているように、
上記第3の半導体チップ5は、主面5aの側縁部に列状
に並ぶようにして複数の電極パッド50が形成されてお
り、これらの電極パッド50上には、金製バンプ50a
がそれぞれ形成されている。そして、金製バンプ50a
と上記第1の半導体チップ3の金製バンプ30aとは、
ワイヤW2を介して電気的に接続されている。もちろ
ん、上記各電極パッド50は、上記第3の半導体チップ
5の主面5aに形成された回路素子(図示略)と導通し
ている。なお、上記第3の半導体チップ5は、その裏面
5bが上記第2の半導体チップ4の裏面4bと、たとえ
ばエポキシ樹脂などによって接合されている。
【0025】なお、上記第1ないし第3半導体チップ
3,4,5、フイルム基板2、および金線ワイヤW1,
W2は、エポキシなどの樹脂を用いた金型成形によって
形成された樹脂パッケージ61によって保護されてい
る。
【0026】次に、図1および図2に示した半導体装置
1の製造方法の一例を、図3ないし図8を参照しつつ簡
単に説明する。
【0027】まず、図3に良く表れているような樹脂フ
イルム2Aに端子20の薄膜端子部22を形成する。上
記樹脂フイルム2Aは、たとえばポリイミド樹脂製であ
り、幅方向の両側部に係止穴20Aが形成されており、
所定の送り機構によってピッチ送り、あるいは連続送り
が可能とされている。このような樹脂フイルム2Aに薄
膜端子部22を形成する工程は、上記樹脂フイルム2A
の表面に、たとえばスパッタリング、蒸着、あるいはC
VDなどの手段によって銅などの被膜を形成した後に、
エッチング処理を施すことによって行われる。
【0028】ついで、上記第1の半導体チップ3を上記
樹脂フイルム2Aに実装して図3に示された状態とす
る。この工程は、たとえば液状あるいは固体状の樹脂製
接着剤を上記樹脂フイルム2A、あるいは上記第1の半
導体チップ3の一面3bに塗布した状態で上記第1の半
導体チップ3を上記樹脂フイルム2A上に載置すること
により行われる。上記樹脂製接着剤60としては、常温
で硬化する樹脂や後述するワイヤボンディング時の加熱
温度程度で硬化するエポキシ樹脂やフェノール樹脂など
が好適に採用される。なお、上記第1の半導体チップ3
には、金製バンプ30a,31aが形成されているが、
これらの金製バンプ30a,31aは、たとえば所定の
回路素子が形成されたウエハの段階において、ウエハ上
の電極パッド30,31に金メッキを施すなどして形成
される。
【0029】つづいて、図4および図5に示すように、
上記薄膜端子22と上記第1の半導体チップ3の第3金
製バンプ30aとの間を金線ワイヤWによって接続す
る。この工程は、いわゆる熱超音波ボンディングによっ
て行われる。この熱超音波ボンディングは、たとえば支
持台9上に上記樹脂フイルム2Aを載置して、上記支持
台9から上記樹脂フイルム2Aおよび第1の半導体チッ
プ3を100〜200℃程度に加熱した状態で行われる
が、この熱超音波ボンディングは図4に示すファースト
ボンディングと、図5に示すセカンドボンディングとか
らなる。
【0030】図4に良く表れているように、ファースト
ボンディングは、キャピラリ8と呼ばれる治具内に挿通
された金線ワイヤ50の先端部を、上記キャピラリ8の
先端部80から突出させておき、金線ワイヤWの先端部
を水素炎や放電などによって加熱溶融させて金ボールW
aを形成し、上記キャピラリ8を移動させて上記第3金
製バンプ30a上に上記金ボールWaを圧し付けて固着
することにより行われる。もちろん、上記金ボールWa
を圧し付ける際に、固着すべき部位に超音波振動を供給
してもよい。図5に良く表れているように、セカンドボ
ンディングは、上記金線ワイヤWの先端部を固着した状
態で上記金線ワイヤWを引き出しつつ上記樹脂フイルム
2Aに薄膜端子部22の部位まで移動させ、上記キャピ
ラリ8の先端部80によって上記薄膜端子部22の上面
に上記金線ワイヤWを圧し付けながら超音波振動を供給
することにより行われる。そして、上記金線ワイヤWが
圧着された場合には、上記キャピラリ8を上方移動させ
て上記金線ワイヤWを引きちぎってワイヤボンディング
工程が終了する。
【0031】上記構成によれば、上記第1の半導体チッ
プ3ワイヤボンディング部位、すなわち金製バンプ30
aが金によって形成されているために、ワイヤボンディ
ング部位(金製バンプ30a)が酸化されにくいものと
なっている。すなわち、第1の半導体チップ3と上記樹
脂フイルム2Aとを金線ワイヤWを介して接続する際
に、ファーストボンディング部位(金製バンプ30a)
に形成された酸化膜を除去するといった操作が不要とな
る。このため、酸化膜を除去すべくワイヤボンディング
時に大きな超音波振動を付与したり、あるいは上記第1
の半導体チップ3や上記樹脂フイルム2Aを高温に加熱
するなどして大きなエネルギを付与する必要はないとい
った利点が得られる。
【0032】ところで、上述したように、ワイヤボンデ
ィング工程のファーストボンディングは、金線ワイヤW
の先端部を加熱することにより溶融状態の金ボールWa
とし、この金属ボールをボンディング部位(金製バンプ
30a)に圧し付けることにより行なわれる。このた
め、上記ワイヤボンディング部位を金製のバンプ30a
とすれば、ファーストボンディングにおいて金線ワイヤ
Wの先端部をボンディング部位に押圧した場合には、上
記金製バンプ30aがクッションとなって押圧力が吸収
され、上記第1の半導体チップ3へのダメージが軽減さ
れる。
【0033】また、ボンディングにおいて使用されるワ
イヤWが金製であるため、ファーストボンディング部分
(金線ワイヤW1の一端部と金製バンプ30aとの接続
部分)が、金と金との接続となる。この場合には、接続
部分が、酸化されにくい同種の金属どうしの接続である
ため、従来のような異種金属(金とアルミニウム)どう
しの接続に比べて小さなエネルギの付与によって接続す
ることが可能となる。また、上記ボンディング部位(金
製バンプ30a)と金線ワイヤWとが接続された場合に
は、接続部が金−金接続となるため、接続部が酸化する
ことなく良好な接続状態を維持することができる。
【0034】ついで、図6に示すように、上記第2の半
導体チップ4の金製バンプ40aを上記第1の半導体チ
ップ3の金製バンプ31aと対向させて上記第2の半導
体チップ4を上記第1の半導体チップ3に圧し付ける。
このようにして、上記第1金製バンプ31aと、上記第
金製バンプ40aとが電気的に接続される。この工程
は、たとえば既存のチップマウンタを用い、上記第2の
半導体チップ4を位置決めしつつ行なうことがきる。な
お、この工程は、上記各金製バンプ31a,40a間の
良好な接続状態を得るために、たとえば予め上記第1の
半導体チップ3または上記第2の半導体チップ4の金製
バンプ31a,40aにハンダペーストを塗布した状態
で、あるいは上記各半導体チップ3,4間に異方性導電
膜を介在させた状態で行なわれる。
【0035】さらに、図7に示すように、上記第2の半
導体チップ4上に第3の半導体チップ5を実装する。こ
の工程も、たとえば既存のチップマウンタを用い、上記
第2の半導体チップ4を位置決めしつつ行なうことが
き、また、上記第2の半導体チップ4と上記第3の半導
体チップ5との間にエポキシなどの樹脂製接着材を介在
させた状態で行なわれる。
【0036】ついで、図8に示すように、上記第3の半
導体チップ5の金製バンプ50aと上記第1の半導体チ
ップ3の金製バンプ30aとをワイヤを用いて電気的に
接続する。この工程は、上述した上記樹脂フイルム2A
の膜状端子部22と上記第1の半導体チップ3の金製バ
ンプ30aとの間のワイヤボンディングと同様にして行
なわれる。ところで、上記各金製バンプ30a,50a
間の接続においては、ファーストボンディング部位(金
製バンプ50a)およびセカンドボンディング部位(金
製バンプ30a)の双方が金によって突出形成されてい
るので、キャピラリ8をボンディング部位の押圧した際
に上記金製バンプ30a,50aがクッションとなって
押圧力が吸収され、上記第1および第3の半導体チップ
3,5へのダメージが軽減されるのは上述の通りであ
る。特に、セカンドボンディングは、上記キャピラリ8
をスライド移動させて上記金線ワイヤWを圧し切る必要
があるため、上記第1の半導体チップ3への負担が大き
いが、セカンドボンディング部位を金製バンプ30aと
することによって上記第1の半導体チップ3へのダメー
ジが大幅に軽減される。
【0037】ついで、図示しないが、上記第1ないし第
3半導体チップ3,4,5および金線ワイヤW1,W2
を覆うようにして樹脂パッケージ61を形成する。この
樹脂パッケージ61は、たとえば所定の樹脂を用いた金
型成形によって形成される。そして、上記樹脂フイルム
2Aの貫通孔20aが形成された部位の下面側に、ハン
ダなどによってボール状端子部21を形成して、上記樹
脂フイルム2Aから切り離すことによって、図1および
図2に示したような半導体装置1が得られる。もちろ
ん、この樹脂パッケージングにおいては使用される樹脂
としては、100℃程度で硬化するエポキシ樹脂やフェ
ノール樹脂を用いるのが好ましい。
【0038】本実施形態では、各ワイヤボンディング部
位を金製バンプ30a,50aとするとともに、ボンデ
ィングワイヤWとして金製のものを用いることによっ
て、接続部が酸化されにくい同種の金属どうしの接続と
されている。このため、従来の異種金属どうしの接続と
比較すれば小さなエネルギの付与によってワイヤボンデ
ィングが行なえるのは上述の通りである。したがって、
たとえ熱に弱い強誘電体メモリチップに対してワイヤボ
ンディングする場合であっても、ボンディング時のチッ
プの加熱温度を100℃程度とし、あまり大きくない超
音波振動を付与するによってワイヤボンディングを行う
ことが可能となる。また、上述した各製造工程において
使用される樹脂製接着剤として、常温硬化性の樹脂や1
00℃程度の加熱によって硬化する樹脂を用いた場合に
は、樹脂を硬化させる工程において強誘電体メモリチッ
プの特性が損なわれることはない。すなわち、本実施形
態では、170〜180℃程度で動作が不安定になる強
誘電体メモリチップを備えた半導体装置1の製造に好適
に採用しうる半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係る半導体装置の一例を表す全体斜
視図である。
【図2】図1のII−II線に沿う断面図である。
【図3】長尺状の樹脂フイルムに第1の半導体チップを
実装した状態を表す斜視図である。
【図4】上記樹脂フイルムの端子と上記第1の半導体チ
ップの金製バンプとをワイヤボンディング(ファースト
ボンディング)によって接続している状態を表す図であ
る。
【図5】上記樹脂フイルムの端子と上記第1の半導体チ
ップの金製バンプとをワイヤボンディング(セカンドボ
ンディング)によって接続している状態を表す図であ
る。
【図6】上記第1の半導体チップ上に第2の半導体チッ
プを実装した状態を表す図である。
【図7】上記第2の半導体チップ上に第3の半導体チッ
プを実装した状態を表す図である。
【図8】上記第1の半導体チップと上記第3の半導体チ
ップとをワイヤボンディングによって接続している状態
を表す図である。
【符号の説明】
1 半導体装置 3 第1の半導体チップ 3a 電極パッド形成面(第1の半導体チップの) 4 第2の半導体チップ(接続対象物としての) 4a 電極パッド形成面(第2の半導体チップの) 5 第3の半導体チップ(接続対象物としての) 30a 金製バンプ(第1の半導体チップの) 31a 金製バンプ(第1の半導体チップの) 40a 金製バンプ(第2の半導体チップの) 50a 金製バンプ(第3の半導体チップの) W1,W2 金線ワイヤ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップと所定の接続対象物とが金
    属線ワイヤを介して電気的に接続された半導体装置であ
    って、上記半導体チップおよび/または上記接続対象物
    のワイヤボンディング部位が貴金属によって形成されて
    いることを特徴とする、半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記半導体チップおよび/または上記接
    続対象物のワイヤボンディング部位は、金製のバンプで
    ある、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 上記金属線ワイヤは、金製である、請求
    項1または2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 上記接続対象物は、第2の半導体チップ
    である、請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 上記接続対象物は、セラミック製、金属
    製、あるいは樹脂製の基板である、請求項1ないし4の
    いずれかに記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 上記半導体チップおよび/または上記第
    2の半導体チップは、強誘電体メモリチップである、請
    求項4または5に記載の半導体装置。
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