JPH11163027A - 二工程ワイヤ接合プロセス - Google Patents

二工程ワイヤ接合プロセス

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JPH11163027A
JPH11163027A JP10276967A JP27696798A JPH11163027A JP H11163027 A JPH11163027 A JP H11163027A JP 10276967 A JP10276967 A JP 10276967A JP 27696798 A JP27696798 A JP 27696798A JP H11163027 A JPH11163027 A JP H11163027A
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JP
Japan
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wire
contact pad
bonding
bonding process
wire bonding
Prior art date
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JP10276967A
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English (en)
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Mo Won Seo
セオ・モ・ウォン
Yun Cho Sai
サイ・ユン・チョー
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Original Assignee
Motorola Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性が高いワイヤ・ボンドを形成する方法
を提供する。 【解決手段】 二工程ワイヤ接合プロセスを用いて、半
導体素子（１０）上のコンタクト・パッド（１３）にワ
イヤ（１８）を取り付ける。第１工程を用いて、ワイヤ
（１８）の丸い先端（１９）を扁平化し、接合プロセス
を開始する。これは、比較的大きな力を丸い先端（１
９）に加え、比較的小さな振動変位を扁平化したワイヤ
の先端（１９）に加えることによって行う。第２工程の
間、逆に、大きな力を減少させ、振動変位を増大させ
る。二工程ワイヤ接合プロセスに要する全時間は、従来
技術の一工程プロセスよりも多少短い程度で済む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、半導体
集積回路に関し、更に特定すれば、半導体集積回路に接
合するワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の表面にワイヤを接合
し、この集積回路に対する電気的接触を形成することは
既知である。この接合を行うには、通常ワイヤ・ボンダ
(wire bonder) が用いられる。ワイヤ・ボンダは、超音
波エネルギおよび力をワイヤに加えることができる。言
い換えると、ワイヤ・ボンダは、接合プロセスの間、超
音波エネルギおよび力をワイヤに加えることができる。
【０００３】半導体基板が増々薄くなり、更に、非常に
脆いＩＩＩ−Ｖ物質のように一層脆弱な材料が用いられ
るに連れて、ワイヤ・ボンドは障害を生じ易くなり、あ
るいは接合プロセスが容認できない程多数の半導体ダイ
に損傷を与えるようになった。障害の機構は、ワイヤ・
ボンドの浮き(lifting) または半導体基板自体に発生す
るクラックである。半導体基板のコンタクト・パッド上
にへこみ(cratering)が発生すると、ここからワイヤ・
ボンドが浮き上がることが注目された。また、へこみの
縁周囲には、クラックもあった。ワイヤ・ボンドの障害
は、温度サイクル検査の間、または実際の使用において
通常の温度サイクルを受ける場合に現れると思われてい
るので、視覚による検出または最終的な電気的検査の間
の検出が困難な場合もある。
【０００４】半導体素子に接合する際に使用されるワイ
ヤは、非常に細く、典型的に先端が丸くなっており、こ
れを半導体素子上のコンタクト・パッドに被着する。ワ
イヤ・ボンダは、先端が丸く細いワイヤを、半導体素子
上のコンタクト・パッドに被着するために用いられる。
ワイヤ・ボンダは、コンタクト・パッドに接触する際に
僅かな力、即ち、振動周波数をワイヤに加え、振動変位
(vibrating displacement)を制御することができる。振
動周波数によって、超音波ボンディングを行う。しかし
ながら、接合プロセスの間、振動するワイヤは、コンタ
クト・パッドを摩滅させ、コンタクト・パッド内にへこ
みを掘り込む恐れがある。へこみは、障害の原因になる
と考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】過去において試行され
た解決策には、弱い力と共に低振動変位を用いたもの、
またはより強い力と共に中間の振動変位を用いたものが
あった。しかしながら、不十分な接合や接合の剪断強さ
の低下というような、他の問題が表面化した。この問題
を解決するための試行の１つとして、熱圧縮接合(therm
ocompression bond)が提案されたが、このプロセスは時
間がかかり過ぎるため、製造時間の延長を招いた。他の
提案された解決策に、へこみが生じても、ワイヤ・ボン
ドを形成したへこみの下において半導体基板にクラック
が発生するのを防止することを目的として、ボンディン
グ・パッドの厚さを大きくしたものがあった。しかし、
この提案された解決案はコストの上昇、更にプロセス時
間の延長を招いた。
【０００６】したがって、本発明は、これらの問題を克
服し、信頼性の高いワイヤ・ボンドを形成しようとする
ものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】図示の簡略化および明確化のため
に、図に示すエレメントは必ずしも同一拡縮率で描かれ
ている訳ではないことは認められよう。例えば、エレメ
ントの中には、明確化のためにその寸法を他のエレメン
トに対して誇張したものもある。
【０００８】図１に示すのは、二工程ワイヤ接合プロセ
スの開始時における、本発明の外観の図式表現である。
半導体素子１０は、一般的に集積回路とも呼び、リード
フレーム１４に取り付けられる。通常熱伝導性エポキシ
（図示せず）を用いて、半導体素子即ち半導体基板１０
をリードフレーム１４に取り付ける。半導体素子１０
は、Ｎ領域１２およびＰ領域１１を有するものとして示
されている。光学素子では、Ｐ領域１１は発光領域とな
る。半導体素子１０の第１表面上に、ボンディング即ち
コンタクト・パッド１３が示されており、半導体素子１
０に電気的接触を与えるために用いられる。コンタクト
・パッド１３へのボンディングによって、電気ワイヤ１
８が取り付けられる。電気ワイヤ１８は、半導体素子１
０とリードフレーム１４との間に電気経路を与える。典
型的な電気ワイヤ１８は、直径２．５４マイクロメート
ルの金合金ワイヤまたは金ワイヤであり、キャピラリ１
７に通された後、ワイヤ１８の端部に球状体(ball conf
iguration)１９を形成する。ボール１９は、電子フレー
ム・オフ・プロセス(electronic flame off process)に
よって形成される。ワイヤ１８に電圧を印加し、火花放
電を発生し、ワイヤ１８の先端を加熱する。ボールは、
溶融したワイヤの先端における表面張力によって形成す
る。球状体、即ち、丸い形状１９は、コンタクト・パッ
ド１３に接合されるワイヤ１８の部分である。リードフ
レーム１４は、ワイヤ接合機械の一部である、ヒート・
ブロック１６上に静止する。ヒート・ブロック１６は、
半導体素子１０に熱を加えるために用いられ、一方半導
体素子１０はコンタクト・パッド１３を加熱する。
【０００９】従来技術の一工程プロセスでは、キャピラ
リ１７を用いて、ボール１９にわずかな圧力を加えつ
つ、比較的大きな変位で１３ミリ秒間これを振動させて
いた。これによって、ワイヤ１８がコンタクト・パッド
１３に接合し、その間ボール１９はその丸い形状をほぼ
維持していた。これまで、丸い形状の直径は約７．６２
マイクロメートルであった。しかしながら、このプロセ
スにおいて、コンタクト・パッド１３にへこみが形成さ
れた。その結果、へこみの周囲においてＰ領域１１にク
ラックが発生する場合もあった。一旦Ｐ領域１１にクラ
ックが発生すると、半導体素子はもはや機能しない。こ
れらの障害の多くは、電気的検査の間に検出可能であ
る。しかしながら、障害の中には、半導体素子１０がエ
ンド・ユーザの環境に入り、多くの温度サイクルを受け
た後まで、露呈しないものもあった。
【００１０】本発明において用いられるワイヤ・ボンダ
は、日本国東京にあるShinkawa Companyが製造するShin
kawa Wire Bonder Model UTC 205である。振動パワー
は、振動中のキャピラリ１７の変位の測定値であり、ダ
イアル設定に対して線形相関を有する。前述の従来技術
例において用いたパワー設定は５６であった。モデルUT
C 205 は６２．５Ｋｈｚで振動し、ヒート・ブロック１
６も含む。ヒート・ブロック１６は、約２４０℃の温度
を維持する。
【００１１】この二工程ワイヤ接合プロセスの第１工程
は、約９０グラムの力をボール１９上に加えつつ、ヒー
ト・ブロック１６によって半導体素子１０を加熱するこ
とから成る。同時に、比較的低いパワー設定で、キャピ
ラリ１７を約６ミリ秒間振動させる。好適なパワー設定
は、約４０であることがわかった。これらの条件を、約
６ミリ秒の間維持する。
【００１２】ボール１９に加えられた９０グラムの力に
よって、図２に示すように、ボール１９が平らになり、
扁平先端１９となる。ボール１９の扁平面は、振動また
は超音波エネルギによって擦られる領域に広がり、コン
タクト・パッド１３内にへこみを形成しない。また、こ
の第１工程において用いられる振動変位は、従来技術の
プロセスよりも少ないことを注記しておく。以前は、９
０グラムというような大きな力をボール１９を通じて加
えると、特にガリウム砒素のようなＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体素子のような半導体素子に損傷を与える原因にな
ると考えられていた。しかしながら、変位パワーを低く
設定すると、おそらく障害の可能性は低下するであろう
が、変位の設定を低くするだけでは、コンタクト・パッ
ド１３に対する接合は不十分となる。
【００１３】本発明の第２工程では、ボール１９に加え
る力を約２６グラムにまで減少させ、超音波変位を約６
０の設定に増大させる。これは、従来技術の単一工程プ
ロセスにおいて用いられているよりも高い値である。こ
の工程は、約５ミリ秒を要する。この結果、ワイヤ１８
とコンタクト・パッド１３との間に、信頼性の高い良好
な接合が得られる。また、へこみが形成されなかったの
で、コンタクト・パッド１３またはＰ領域１１のクラッ
クも発生しない。結果的に、扁平端即ちボール１９のサ
イズは、約１０．２マイクロメートル、即ち、従来技術
の一工程プロセスにおけるよりも、約３５パーセント面
積が広がった。
【００１４】以上の説明から、ワイヤと半導体素子との
間に、改善されたワイヤ・ボンドが与えられたことが認
められよう。このプロセスは二工程プロセスと考えるこ
とができるが、従来の一工程プロセスよりも要する時間
は多少短くて済む。この新たな二工程プロセスは、事実
上コンタクト・パッドのへこみを全て根絶するので、一
層信頼性の高いワイヤ・ボンドが得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の開始点を表す図。
【図２】本発明の製造プロセスにおける別の工程を示す
図。
【符号の説明】
１０ 半導体素子 １１ Ｐ領域 １２ Ｎ領域 １３ コンタクト・パッド １４ リードフレーム １６ ヒート・ブロック １７ キャピラリ １８ 電気ワイヤ １９ ボール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サイ・ユン・チョー 大韓民国キョンギ−ド、コヤン−シ、イル サン−ク、タンヤン−ドン1477、505− 1601

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワイヤ（１８）をコンタクト・パッド（１
    ３）に接合する二工程ワイヤ接合方法であって、前記コ
    ンタクト・パッドが半導体素子（１０）の表面上に位置
    し、前記ワイヤが球体の先端を有し、前記方法は：前記
    ワイヤ（１８）の前記球体（１９）を扁平化するのに十
    分な力によって、前記ワイヤを前記コンタクト・パッド
    に押圧し、前記ワイヤの先端を扁平化し、面積を約３５
    パーセント広げる段階；および前記力を減少させ、超音
    波ボンディングを用いることにより、前記ワイヤの先端
    の前記コンタクト・パッド（１３）に対する接合を完成
    させる段階；から成ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】約９０グラムの力によって前記ワイヤ（１
    ８）を前記コンタクト・パッド（１３）上に押圧し、前
    記ワイヤの前記先端を前記コンタクト・パッドに接合す
    る間、約２６グラムの力を用いる段階を更に含むことを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記押圧段階の間減少超音波変位を加える
    段階と、該減少段階の間、前記減少超音波変位よりも大
    きい超音波変位を加える段階を更に含むことを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
JP10276967A 1997-10-02 1998-09-30 二工程ワイヤ接合プロセス Pending JPH11163027A (ja)

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