JPH11354567A - 室温での金線ウェッジボンディング処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウムへの金のボンディングに関連し
て使用される時、理想的なボンディング状態を提供す
る。 【解決手段】 電導性のアルミニウム結合場所（１
５）、金線（１３）及びウェッジ結合ツール（１１）を
供給される結合構造を形成する方法。金線はアルミニウ
ム結合場所に接触させるために作られ、金線とアルミニ
ウム結合場所の接点を提供する。潰す力（９）がウェッ
ジ結合ツール及び超音波エネルギー（５，７）の接点で
１６５ｋＨｚ以上の超音波周波数で加えられ、通常約１
５℃から約２５℃の室温の接点で超音波エネルギーを加
え始めて金線とアルミニウム結合場所のボンディングを
させるのに十分な期間、接点で１９３ｋＨｚが加えられ
のが好ましい。超音波周波数は通常、約０．５から約１
０ミリ秒の間、加えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱作業ホルダを
使用することなく室温でアルミニウム結合パッドに金線
をウェッジ結合し要求した結合接着力を増加させるため
の処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製作に求められる必要
不可欠の方法は、結合パッド等への線のボンディングで
ある。幾つかの要素がワイヤボンディング方法において
取り組まれなければならず、これらの要素の中にはお互
いに結合した部分の接着力の十分さ、含有材料間の起こ
り得る反作用、ボンディング動作を完了するのに必要な
時間及びボンディングが行われる状態がある。

【０００３】非常に好結果のボンディング方法は超音波
ボンディングである。超音波ボンディングは従来技術に
おいて、約１２５ＫＨｚまでのいろいろな周波数で成し
遂げられてきた。そのような結合は主に金結合線と集積
回路上のアルミニウム又はアルミニウム合金面との間で
行われていた。相互間接続はアルミニウム線とアルミニ
ウム面との間で行われていたが、これらの相互間接続は
通常、約６０ＫＨｚの周波数で行われてきた。そのよう
な相互間接続は、日本国、福岡県春日の九州大学、科学
工学大学院、材料科学及び科学技術学部の Hiroshi Haj
iらによる「ワイヤボンディングの超音波振動の影響(Ef
fect of Ultrasonic Vibration onWire Bonding)」とい
う表題の論文で説明されている。この低い周波数で行わ
れるアルミニウム間相互の接続は、強力な結合を生み出
す結合線と結合面との間の十分な金属交換を生じさせな
かった。そのため、処理は金属交換を通して、低温で結
合面接合部に対して強力な結合線を成し遂げることが求
められている。

【０００４】結合は、ＩＣＥＭＭ Proceedings of 1993
の中の記事で、Yuji Shiraiらによる「超音波の120ＫＨ
ｚの周波数による高信頼性のワイヤボンディング技術
（High Reliability Wire Bonding Technology by the
120 ＫＨz Frequency ofUltrasonic）」に説明されてい
る。この記事は１２０ＫＨｚでの減少したワイヤボンデ
ィングの欠陥率を示しており、室温での金ウェッジボン
ディングを論じている。

【０００５】特許No．5,660,319、これは主題の出願の
譲受人に譲渡されているが、１５０ＫＨｚから１６５Ｋ
Ｈｚの範囲、ほぼ１６２ＫＨｚの超音波エネルギー源を
使用して、アルミニウム結合場所にアルミニウム線を結
合することにより従来技術に対する改良を提供してい
る。ボンディング中に潰す力が圧力源から加えられる。
超音波エネルギーが加えられている間にアルミニウム線
とアルミニウム結合場所との間で金属交換が起こり、ア
ルミニウム線とアルミニウム結合場所との間に強力な結
合を生じさせる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のウェッジボンデ
ィング技術の問題は、そのような技術がアルミニウムへ
の金のボンディングに関連して使用される時、理想的な
ボンディング状態を提供しないことである。ボンディン
グは高い温度で行われ、現在の技術では必要な相互接続
を供給するために約１２０から約２２０℃の範囲で加熱
される加熱作業ホルダを必要とする。そのような温度で
は、結合される材料間で起こる反作用の可能性は増加す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によると、通常約
１５℃から約２５℃の範囲の室温で、アルミニウム結合
場所への金線ウェッジ結合又はその反対の結合を提供す
ることが可能であり、その方法も又、加熱を必要とする
高い温度で作動されることが分かる。アルミニウムは純
粋又は、例えば銅又はシリコンのように不純物を添加さ
せることができることが分かる。そのため、ここでアル
ミニウムが引用される場合には、その不純物を添加した
タイプと同様に純粋なものも含まれると理解すべきであ
る。その方法は結合がなされることになっているものへ
の線又は結合パッドの加熱を含んでいない。その方法
は、特定の場合に要求される周波数はパッケージ材料及
び溶接特性により変化してもよいけれども、１６５ＫＨ
ｚ以上、好ましくは約１９３ＫＨｚの周波数で作動する
高周波トランスデューサの使用を含んでいる。この方法
により得られる利点は、パッケージの間の通常の処理温
度の減少であり、これは別のプラスチックのパッケージ
材料の使用を可能にしパッケージングのコストを削減で
きることである。また、標準のアルミニウム線のウェッ
ジ結合は加熱作業ホルダの方式を変えることなく金線を
処理するために使用可能である。更に、結合作業場所で
過温度にならないので、パープルプレイグの可能性は排
除されている。

【０００８】結合は、金線の結合端部とほぼ室温である
アルミニウム結合場所の接点でアルミニウム結合場所と
金線の結合端部を接触させることにより本発明に従って
形成されている。接点がほぼ室温でなされて、１６５Ｋ
Ｈｚ以上、好ましくは約１９３ＫＨｚの超音波エネルギ
ーのパルスが、線及び結合パッドからの金属に合金又は
相互連結を生じさせるのに十分な期間、接点に加えら
れ、許容可能な結合接着力を提供する。この方法は、通
常約０．５から約１０ミリ秒行われ、超音波トランスデ
ューサ及び多くの他の公知ファクターから受け取った超
音波エネルギーによる整関数である。ボンディング時間
に含まれるファクターは超音波トランスデューサにより
供給されるエネルギー、線の硬度及び直径、含有材料、
等を含むことが理解されるべきである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明に従っ
て使用可能な典型的な超音波ボンディング装置１を示し
ている。その装置は、ボンディング動作を制御するため
の結合装置３、超音波源５を制御する結合装置、圧力源
９に結合される超音波トランスデューサ７を含んでい
る。超音波トランスデューサ７は標準ウェッジ結合ツー
ル１１に結合されている。

【００１０】動作において、金線１３は半導体チップ１
７上で結合パッド１５に接触して配置されている。圧力
源９はその後、ウェッジ結合ツール１１を金線１３に対
して下方に押し付け、潰す力を供給し、金線を結合パッ
ド１５に接触するよう強いて、図２に示すように金線端
部と結合パッドの接点を形成する。その後、ウェッジ結
合ツール１１からの力が依然として加えられ、図３に示
すように結合パッドに対して金線を平らにしたり或いは
潰すことを生じさせている間、金線１３と結合パッド１
５との間に所望の結合を提供するのに十分な期間、超音
波トランスデューサ７はつけられる。金線１３は図４に
示すように、ウェッジ結合ツールの溝又は穿孔２１を通
して供給可能である。超音波源は１６５ＫＨｚ以上、好
ましくは約１９３ＫＨｚの超音波周波数を提供する。ウ
ェッジ結合ツール１３はその後引っ込められる。

【００１１】本発明は特定の好適な実施例に関して説明
されているが、当業者にとって多くの変更及び修正が直
ちに明白であろう。そのため、従来技術を考慮して可能
な限り広く解釈される添付した特許請求の範囲がそのよ
うな全ての変更及び修正を含んでいるのが本発明であ
る。

【００１２】以下の記載に関連して、以下の各項を開示
する。 １．（ａ）電導性のアルミニウム結合場所を提供する段
階と、（ｂ）金線を提供する段階と、（ｃ）金線をアル
ミニウム結合場所に接触させ、金線と前記結合場所との
接点を提供する段階と、（ｄ）前記接点がほぼ室温の
時、超音波エネルギーを加え始めて前記金線と前記アル
ミニウム結合場所のボンディングをさせるのに十分な期
間、１６５ｋＨｚ以上の超音波周波数の超音波エネルギ
ーを接点に加える段階とを含むことを特徴とする結合構
造を形成する方法。 ２．前記超音波周波数が約１９３ｋＨｚである前記１項
に記載の方法。 ３．前記室温が約１５℃から約２５℃である前記１項に
記載の方法。 ４．前記室温が約１５℃から約２５℃である前記２項に
記載の方法。 ５．前記超音波周波数が約０．５から約１０ミリ秒の
間、加えられる前記１項に記載の方法。 ６．前記超音波周波数が約０．５から約１０ミリ秒の
間、加えられる前記２項に記載の方法。 ７．前記超音波周波数が約０．５から約１０ミリ秒の
間、加えられる前記３項に記載の方法。 ８．前記超音波周波数が約０．５から約１０ミリ秒間、
加えられる前記４項に記載の方法。 ９．（ａ）電導性アルミニウム結合場所を提供する段階
と、（ｂ）金線を提供する段階と、（ｃ）ウェッジ結合
ツールを提供する段階と、（ｄ）アルミニウム結合場所
に金線を接触させ、前記金線と前記アルミニウム結合場
所の接点を提供する段階と、（ｅ）前記ウェッジ結合ツ
ールで前記接点を潰す力を加える段階と、（ｆ）前記接
点がほぼ室温の時、超音波エネルギーを加え始めて前記
金線と前記アルミニウム結合場所のボンディングをさせ
るのに十分な期間、１６５ｋＨｚ以上の超音波周波数の
超音波エネルギーを接点に加える段階とを含むことを特
徴とする結合構造を形成する方法。 １０．前記超音波周波数が約１９３ｋＨｚである前記９
項に記載の方法。 １１．前記室温が約１５℃から約２５℃である前記９項
に記載の方法。 １２．前記室温が約１５℃から約２５℃である前記１０
項に記載の方法。 １３．前記超音波周波数が約０．５から約１０ミリ秒の
間、加えられる前記９項に記載の方法。 １４．前記超音波周波数が約０．５から約１０ミリ秒の
間、加えられる前記１０項に記載の方法。 １５．前記超音波周波数が約０．５から約１０ミリ秒の
間、加えられる前記１１項に記載の方法。 １６．前記超音波周波数が約０．５から約１０ミリ秒の
間、加えられる前記１２項に記載の方法。 １７．電導性のアルミニウム結合場所（１５）、金線
（１３）及びウェッジ結合ツール（１１）を供給される
結合構造を形成する方法。金線はアルミニウム結合場所
に接触させるために作られ、金線とアルミニウム結合場
所の接点を提供する。潰す力（９）がウェッジ結合ツー
ル及び超音波エネルギー（５，７）の接点で１６５ｋＨ
ｚ以上の超音波周波数で加えられ、通常約１５℃から約
２５℃の室温の接点で超音波エネルギーを加え始めて金
線とアルミニウム結合場所のボンディングをさせるのに
十分な期間、接点で１９３ｋＨｚが加えられのが好まし
い。超音波周波数は通常、約０．５から約１０ミリ秒の
間、加えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従って使用可能な標準の超音波ボン
ディング装置の概略図である。

【図２】 ボンディングの前のボンディングウェッジ及
び線の概略図である。

【図３】 ボンディング及びウェッジ結合ツールによる
潰す力を加えた後のボンディングウェッジ及び線の概略
図である。

【図４】 結合ウェッジツール及び線の断面図である。

【符号の説明】

１３ 金線 １５ 結合パッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）電導性のアルミニウム結合場所を
   提供する段階と、（ｂ）金線を提供する段階と、（ｃ）
   金線をアルミニウム結合場所に接触させ、金線と前記結
   合場所との接点を提供する段階と、（ｄ）前記接点がほ
   ぼ室温の時、超音波エネルギーを加え始めて前記金線と
   前記アルミニウム結合場所のボンディングをさせるのに
   十分な期間、１６５ｋＨｚ以上の超音波周波数の超音波
   エネルギーを接点に加える段階とを含むことを特徴とす
   る結合構造を形成する方法。