WO2022249384A1 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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WO2022249384A1
WO2022249384A1 PCT/JP2021/020152 JP2021020152W WO2022249384A1 WO 2022249384 A1 WO2022249384 A1 WO 2022249384A1 JP 2021020152 W JP2021020152 W JP 2021020152W WO 2022249384 A1 WO2022249384 A1 WO 2022249384A1
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capillary
bump
wire
electrode
bonding
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PCT/JP2021/020152
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直希 関根
美仁 萩原
真一 秋山
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株式会社新川
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    • H01L2224/4848—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas, e.g. pre-ball, wedge-on-ball, ball-on-ball between the wire connector and the bonding area being a pre-ball (i.e. a ball formed by capillary bonding) the connecting portion being a wedge bond, i.e. wedge on pre-ball outside the semiconductor or solid-state body
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    • 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
    • H01L2224/85009—Pre-treatment of the connector or the bonding area
    • H01L2224/85051—Forming additional members, e.g. for "wedge-on-ball", "ball-on-wedge", "ball-on-ball" connections

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device.
  • stacked semiconductor devices configured by stacking a plurality of semiconductor chips on a substrate or lead frame are often used.
  • the pads of the adjacent semiconductor chips are connected to each other.
  • a wire bonding method is used in which wires are sequentially connected between the semiconductor chips or between the pads of the semiconductor chip and the leads of the lead frame. In this method, bumps are first formed on the pads of each semiconductor chip so as not to damage the semiconductor chips during wire bonding, and then bumps are formed from the leads of the lead frame onto the pads of the semiconductor chip.
  • Reverse bonding is performed, and the wires are successively directed from the lead frame to the pads of the uppermost semiconductor chip by performing the next reverse bonding from above the bonded bumps to above the bumps of the adjacent semiconductor chip.
  • a connection method is used (see, for example, Patent Document 1).
  • connection between two bumps by ball bonding is repeated multiple times to connect three bumps.
  • ball bonding it is necessary to shape the tip of the wire into a free-air ball, and in the prior art disclosed in Patent Document 1, wire bonding may take a long time.
  • an object of the present invention is to connect three or more electrodes with wires in a short time.
  • the method of manufacturing a semiconductor device is a method of manufacturing a semiconductor device in which three or more electrodes of a semiconductor chip or substrate are sequentially connected by a common wire, and includes a bump forming step of forming bumps on each electrode using a capillary. , after the bump forming step, a bonding step in which the side surface of the wire is pressed against one bump formed on one electrode by a capillary to bond the side surface of the wire to the one bump, and after the bonding step, the capillary A looping step of looping a wire onto another bump of another electrode is alternately repeated to sequentially connect each electrode with a common wire.
  • each electrode is recessed from the surface of the semiconductor chip or substrate, and the bump forming step is performed so that the top end of each bump is higher than the surface of the semiconductor chip or substrate.
  • Each bump may be formed thereon.
  • the looping step includes, after the bonding step, a first lifting step of vertically lifting the capillary from one bump on one electrode; a first oblique moving step of moving the capillary obliquely downward toward another bump on the electrode; and a second lifting step of vertically lifting the capillary again after the first oblique moving step.
  • the reverse step of moving the capillary obliquely downward toward the opposite side of the other bump on the other electrode a second oblique movement step of moving the capillary obliquely upward to directly above
  • a third lifting step of vertically lifting the capillary again after the second oblique moving step moving the capillary in an arc directly over another bump on the electrode.
  • the present invention can connect three or more electrodes with wires in a short time.
  • FIG. 1 is a system diagram showing the configuration of a wire bonding apparatus that executes a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a semiconductor device manufactured by the wire bonding apparatus shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view showing a joint portion of the semiconductor device shown in FIG. 2
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing movement of the tip of a capillary when forming a bump on an electrode
  • FIG. 4 is a diagram showing a step of forming a free air ball when forming a bump using the wire bonding apparatus shown in FIG.
  • FIG. 1; 2 is a view showing a state in which a press-bonded ball is formed by performing ball bonding when forming a bump using the wire bonding apparatus shown in FIG. 1;
  • FIG. FIG. 5B is a diagram showing a state in which the capillary is lifted from the state shown in FIG. 5B; It is a figure which shows the state which moved the capillary to the reverse side from the state shown to FIG. 5C. It is a figure which shows the state which raised the capillary from the state shown to FIG. 5D.
  • FIG. 5E is a diagram showing a state in which the capillary is laterally moved to the forward side from the state shown in FIG. 5E and the face portion on the reverse side is positioned directly above the ball neck.
  • FIG. 5B is a diagram showing a state in which the capillary is lifted from the state shown in FIG. 5B; It is a figure which shows the state which moved the capillary to the reverse side from the state shown to FIG. 5C. It is a figure
  • FIG. 10 is a view showing a state in which a crushed portion is formed by pressing the side surface of the wire onto the ball neck with the face portion on the reverse side of the capillary.
  • FIG. 5C is a diagram showing a state in which the capillary is lifted from the state in FIG. 5G.
  • FIG. 5H is a diagram showing a state in which the capillary is laterally moved to the reverse side from the state shown in FIG. 5H and the face portion on the forward side is positioned directly above the crushing portion.
  • FIG. 10 is a diagram showing a state in which a bump is formed by pressing the side surface of the wire onto the crushed portion with the face portion on the forward side of the capillary. After raising the wire clamper and the capillary from the state of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a state in which the capillaries are moved directly above the pads of the uppermost semiconductor chip after free air balls are formed in the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 6B is a view showing a process of pressing the free air ball formed in FIG. 6A against a pad of a semiconductor chip to form a compression ball; FIG. FIG. 6B is a diagram showing a step of looping toward a bump formed on the next pad after FIG. 6B; FIG.
  • FIG. 6C illustrates the step of bonding the side of the wire onto the bump formed on the next pad after the looping shown in FIG. 6C
  • FIG. 6D is a diagram showing a step of looping the wire from the state shown in FIG. 6D
  • FIG. 6D illustrates bonding the side of the wire over the bump on the next pad after the looping shown in FIG. 6E
  • 6F shows a step of looping the wire from the state shown in FIG. 6F
  • FIG. Figure 6G shows the step of bonding the sides of the wire over the bump on the next pad after the looping shown in Figure 6G
  • FIG. 6B is a diagram showing changes in capillary height in the steps shown in FIGS. 6A to 6D
  • FIG. 6C is a diagram showing changes in capillary height in the steps shown in FIGS. 6E to 6H.
  • FIG. It is a figure which shows the locus
  • a method for manufacturing the semiconductor device 100 of the embodiment will be described below with reference to the drawings. Before describing the manufacturing method of the semiconductor device 100, the wire bonding apparatus 101 that executes the manufacturing method of the embodiment will be described.
  • the wire bonding apparatus 101 manufactures the semiconductor device 100 by executing the manufacturing method of the embodiment.
  • the wire bonding apparatus 101 includes an XY table 18x, a bonding head 18a placed on the XY table 18x, and a bonding stage 14 for sucking and fixing the substrate 10 and the semiconductor chips 51 to 56.
  • the bonding head 18a is mounted on an XY table 18x and moved in the XY directions by the XY table 18x.
  • Mounted in the bonding head 18a is a Z-direction motor 18z and a bonding arm 13 that is driven around a rotation center 28 by the Z-direction motor 18z.
  • the root portion 13a of the bonding arm 13 faces the stator 18s of the Z-direction motor 18z, and is a rotor that is rotatably mounted around the rotation center 28 of the Z-direction motor 18z.
  • An ultrasonic horn 16 is attached to the tip of the bonding arm 13 .
  • the tip of the ultrasonic horn 16 moves in the Z direction, which is the vertical direction, near the surface of the bonding stage 14 .
  • An ultrasonic vibrator 15 is attached to the base of the ultrasonic horn 16 and configured to ultrasonically vibrate the capillary 20 attached to the tip of the ultrasonic horn 16 .
  • An XY table 18x and a Z-direction motor 18z for a bonding head 18a constitute a moving mechanism 18.
  • the moving mechanism 18 moves the bonding head 18a freely within a plane (in the XY plane) along the surface of the bonding stage 14 by means of the XY table 18x. position can be moved.
  • the moving mechanism 18 can freely move the tip of the ultrasonic horn 16 attached to the tip of the bonding arm 13 and the capillary 20 attached to the tip in the XYZ directions.
  • a discharge electrode 19 is provided above the bonding stage 14 .
  • the discharge electrode 19 is inserted into the capillary 20 and discharges with the wire 12 extending from the tip 25 of the capillary 20 to melt the wire 12 and form the free air ball 40 .
  • the wire bonding apparatus 101 is controlled by the controller 31 to detect the position of each part and to control the operation.
  • the control unit 31 is a computer that includes a CPU 32 that is a processor that internally processes information, and a memory 33 that stores operation programs and operation data.
  • the XY table 18x incorporates XY position detection means for detecting the XY direction position of the bonding head 18a.
  • the bonding head 18a is also provided with a capillary height detector 29 for detecting the Z-direction height of the tip 25 of the capillary 20 by detecting the rotation angle around the rotation center 28 of the bonding arm 13.
  • the capillary height detector 29 does not detect the rotation angle, but may directly detect the position of the tip of the bonding arm 13 or the tip 25 of the capillary 20 . Also, the capillary height detector 29 may be of a non-contact type or a contact type.
  • a detection signal from the capillary height detector 29 is input to the control section 31 .
  • the moving mechanism 18 constituted by the XY table 18x and the Z-direction motor 18z of the bonding head 18a, the clamper opening/closing mechanism 27, and the ultrasonic transducer 15 are each connected to the control unit 31, and each device is controlled by a command from the control unit 31. is configured to work.
  • a semiconductor device 100 manufactured by a wire bonding apparatus 101 is a laminate in which semiconductor chips 56 to 51 are laminated in multiple layers on a substrate 10 .
  • Pads 66-61 which are electrodes provided on the surfaces of the semiconductor chips 56-51, are recessed from the surfaces of the semiconductor chips 56-51.
  • Each bump 45e-45a higher than the surface of .about.51 is formed.
  • Pads 66 of the uppermost semiconductor chip 56, bumps 45e to 45a of the semiconductor chips 55 to 51 of each stage, and electrodes 70 of the substrate 10 are sequentially connected by one common wire 12.
  • the bumps 45a to 45e will be referred to as bumps 45 when not distinguished from each other.
  • the common wire 12 may be a gold wire, an aluminum wire, a copper wire, or the like.
  • the common wire 12 is ball-bonded onto the pad 66 of the uppermost semiconductor chip 56 , and the compression ball 90 is formed on the pad 66 .
  • a looping portion 86 is formed by arcuately looping the wire 12 from a starting end portion 86a on the crimping ball 90 side toward a terminal end portion 86b on the side of the bumps 45e of the semiconductor chip 55 in the next stage. At the end portion 86b of the looping portion 86, the side surface of the wire 12 is pressed and joined to the bump 45e to form a joint portion 75. As shown in FIG.
  • the wire 12 is again looped in an arc from the starting end 85a on the side of the bonding portion 75 toward the terminal end 85b on the side of the bump 45d of the semiconductor chip 54 in the next layer, and from the starting end 85a on the side of the bump 45e
  • An arcuate looping portion 85 is formed toward the end portion 85b on the side of 45d.
  • the side surface of the wire 12 is pressed and joined to the bump 45d to form a joining portion 74. As shown in FIG.
  • a looping portion 84, a joint portion 73, a looping portion 83, a joint portion 72, a looping portion 82, and a joint portion 71 are sequentially formed, and finally the wire 12 is connected from the bump 45a on the pad 61 to the electrode 70 of the substrate 10. It is cut after being looped and its side surface is bonded onto the electrode 70 .
  • the semiconductor device 100 can connect the pads 66 of the semiconductor chips 56 to 51, the bumps 45e to 45a formed on the pads 65 to 61, and the electrodes 70 of the substrate 10 by one common wire 12. are connected in sequence.
  • each bonding portion 75-71 is bonded onto each bump 45e-45a formed on each pad 65-61.
  • Each joint portion 75-71 is an oval flat plate with a thickness (height) H1 .
  • Each of the joint portions 75 to 71 extends obliquely upward from the long diameter ends of the joint portions 75 to 71, and its cross-sectional shape changes from a flat shape to a circular shape with a diameter D.
  • the starting ends 85a to 81a of the looping portions 85 to 81 extend obliquely upward at an angle ⁇ 1 with respect to the surfaces of the pads 66 to 61, and the thickness (height ) is the thickness (height) H2 .
  • the direction from the pad 61 to the pad 62 of the semiconductor chip 52 in the second stage is called the "forward direction", and the direction away from the pad 62 or the direction opposite to the pad 62 approaches the electrode 70 of the substrate 10.
  • the direction is called the "reverse direction”.
  • the "F” code shown in each figure indicates the forward direction, and the “R” code indicates the reverse direction.
  • Arrows 91a to 91j shown in FIG. 4 correspond to arrows 91a to 91j shown in FIGS. 5A to 5K.
  • the CPU 32 which is the processor of the control unit 31, first opens the wire clamper 17, drives and controls the XY table 18x and the Z-direction motor 18z, and moves the tip 25 of the capillary 20 to the vicinity of the discharge electrode 19. Then, the CPU 32 generates a discharge between the discharge electrode 19 and the wire tail 47a (see FIG. 5K) extending from the tip 25 of the capillary 20, and as shown in FIG. The wire 12 thus formed is formed into a free air ball 40. - ⁇
  • the CPU 32 drives and controls the XY table 18x and the Z-direction motor 18z to align the XY coordinates of the center line 24 of the capillary 20 with the XY coordinates of the center line 61a of the pad 61. . Then, the CPU 32 lowers the tip 25 of the capillary 20 to the point a as indicated by the arrow 91a shown in FIGS. 4 and 5B, and moves the free air ball 40 onto the pad 61 with the face portion 23 of the capillary 20 as shown in FIG. 5B. Perform ball bonding that presses onto the When capillary 20 presses free-air ball 40a onto pad 61, face portion 23 and chamfer portion 22 form free-air ball 40a into crimped ball 41a and ball neck 42a.
  • the CPU 32 drives and controls the XY table 18x and the Z-direction motor 18z to raise the tip 25 of the capillary 20 to the point b as indicated by the arrow 91b shown in FIGS. 4 and 5C.
  • the CPU 32 laterally moves the tip 25 of the capillary 20 to the point c in the reverse direction as indicated by the arrow 91c shown in FIGS. 4 and 5D.
  • the CPU 32 raises the tip 25 of the capillary 20 to the point d as indicated by an arrow 91d shown in FIGS. 4 and 5E.
  • the CPU 32 moves the capillary 20 to the point e where the center of the face portion 23 on the reverse side of the capillary 20 in the face width direction becomes the XY coordinate of the center line 61a of the pad 61, as indicated by an arrow 91e shown in FIGS. 20 is laterally moved to the forward side.
  • the tip 25 of the capillary 20 is lifted and then laterally moved in the reverse direction.
  • the wire 12 above the ball neck 42a is folded over the ball neck 42a in the reverse direction and the forward direction.
  • the CPU 32 drives and controls the XY table 18x and the Z-direction motor 18z to lower the tip 25 of the capillary 20 to the point f as indicated by the arrow 91f shown in FIGS. , the sides of the wire 12 folded back in the reverse direction and the forward direction are pressed onto the ball neck 42a and crushed to form a crushed portion 43a.
  • the CPU 32 raises the tip 25 of the capillary 20 to the point g as indicated by an arrow 91g shown in FIGS. 4 and 5H, and then lifts the forward face of the capillary 20 as indicated by an arrow 91h shown in FIGS. 4 and 5I.
  • the capillary 20 is laterally moved to the reverse side until the point h where the center of the portion 23 in the face width direction becomes the XY coordinates of the center line 61 a of the pad 61 .
  • the CPU 32 drives and controls the XY table 18x and the Z-direction motor 18z to lower the tip 25 of the capillary 20 to the point i as indicated by the arrow 91i shown in FIGS.
  • the sides of the wire 12 are pressed upward to form a second crushed portion 44a.
  • the crushed portion 44a and the wire 12 in the through hole 21 of the capillary 20 are connected by a thin connecting portion 46a.
  • the CPU 32 drives and controls the XY table 18x and the Z-direction motor 18z to raise the capillary 20 and extend the wire tail 47a from the tip 25 of the capillary 20 as indicated by the arrow 91j shown in FIG. 5K.
  • the CPU 32 closes the wire clamper 17 and further raises the wire clamper 17 and the capillary 20 to cut the lower end of the wire tail 47a connected to the wire supply and the connecting portion 46a.
  • a bump 45a is formed on the pad 61 as shown in FIGS. 5K and 6.
  • the upper end of bump 45a is higher than the surface of semiconductor chip 51. As shown in FIG.
  • Bumps 45b to 45e are formed on pads 62 to 65 of semiconductor chips 52 to 55 in a similar manner.
  • the CPU 32 of the control unit 31 lowers the capillary 20 from the height C1 toward the pads 66 of the uppermost semiconductor chip 56 to start ball bonding.
  • the height of the capillary 20 is detected by the capillary height detector 29 shown in FIG.
  • the control unit 31 receives a signal indicating that the height of the capillary 20 has fallen to the height C3 at time t2 shown in FIG. While searching whether 40 is grounded on the surface of pad 66, capillary 20 is further lowered.
  • the CPU 32 of the control unit 31 detects a signal that the capillary 20 reaches the height C4 at time t3 in FIG.
  • the ball 40 is pressed against the surface of the pad 66 to form a crimped ball 90 as shown in FIG.
  • the CPU 32 of the control unit 31 energizes the ultrasonic transducer 15 shown in FIG. Metallic bonding to the surface.
  • Ground detection may be determined, for example, when the signal detected by the capillary height detector 29 does not change per predetermined unit time, and the voltage between the semiconductor chip 56 and the wire 12 may be determined as ground. may be applied to detect the current flowing between the semiconductor chip 56 and the wire 12 .
  • the CPU 32 of the control unit 31 starts second bonding as shown in FIGS. 6C and 6D.
  • the CPU 32 of the control unit 31 moves the tip 25 of the capillary 20 in an arc toward the bump 45e formed on the pad 65 of the semiconductor chip 55 in the next stage.
  • the capillary 20 is lowered to the height C5. Then, when the height of the capillary 20 reaches C5 at time t5 shown in FIG.
  • the CPU 32 of the control unit 31 slows down the descent speed of the capillary 20 so that the side surface of the wire 12 at the tip 25 of the capillary 20 becomes a bump 45e.
  • the capillary 20 is further lowered while searching whether or not it is grounded on the surface of .
  • the CPU 32 of the control unit 31 detects a signal that the capillary 20 reaches the height C8 at the time t6 shown in FIG. 7 and the side surface of the wire 12 is grounded to the surface of the bump 45e, the capillary 20
  • the face portion 23 of the tip 25 of the wire 12 is pressed against the side surface of the wire 12 to start the joining process.
  • the CPU 32 of the control unit 31 detects the amount of sinking of the capillary 20, that is, the amount of crushing of the wire 12 by the capillary height detector 29 shown in FIG.
  • the wire 12 is pressed until the thickness (height) H1 of the joint portion 75 becomes approximately one-third the diameter D of the wire 12 . Then, when the thickness (height) H1 of the joint portion 75 becomes approximately 1/3 of the diameter D of the wire 12, the pressing is stopped.
  • the CPU 32 of the controller 31 energizes the ultrasonic vibrator 15 shown in FIG.
  • the joint portion 75 is formed at time t7 shown in FIG. 7, the pad 66 and the bump 45e formed on the pad 65 are connected by the looping portion 86.
  • the looping portion 86 has a starting end portion 86a on the pad 66 side and a terminal end portion 86b on the pad 65 side. ing.
  • the bonding portion 75 is formed, the second bonding and bonding process to the bump 45e formed on the pad 65 are completed.
  • the CPU 32 of the control unit 31 After completing the second bonding to the bump 45e, the CPU 32 of the control unit 31 starts the looping process of moving the tip 25 of the capillary 20 at time t7 shown in FIG.
  • the CPU 32 of the control unit 31 raises the capillary 20 vertically upward from the bump 45e to the point p in FIG. 9, as indicated by an arrow 92a in FIG. 9 (first raising step).
  • the capillary 20 is curved like an arrow 92b shown in FIG. Move obliquely downward (first oblique movement step).
  • the CPU 32 of the control section 31 vertically raises the capillary 20 from the point q to the point r as indicated by an arrow 92c in FIG. 9 (second raising step).
  • the CPU 32 of the controller 31 performs the reverse process.
  • the capillary 20 is moved obliquely downward in an arc from the point r toward the side opposite to the next bump 45d to the point s.
  • the point s is the point at which the angle ⁇ 2 with respect to the line perpendicular to the pad 65 passing through the joint 75 (the trajectory of the capillary 20 during the first rising step) is 10 to 20°.
  • the wire 12 with a bending habit extends from the joint 75 at the tip 25 of the capillary 20 as shown in FIG. 6E.
  • the CPU 32 of the control unit 31 moves the capillary 20 toward the next bump 45d along the trajectory of the capillary 20 from the point r to the point s in the previous reverse process, as indicated by an arrow 92e in FIG.
  • the position of the capillary 20 is set to the point t directly above the bump 45e (second oblique movement step).
  • the CPU 32 of the control unit 31 vertically raises the capillary 20 again from the point t to the point u as indicated by an arrow 92f in FIG. 9 (third raising step).
  • the CPU 32 of the control unit 31 moves the capillary 20 in an arc from the point u to the point v directly above the bump 45d, as indicated by an arrow 92g in FIG. 9 (arc movement step).
  • arc movement step the capillary 20 is moved from the bump 45e through the first rising process, the first oblique movement process, the second rising process, the reverse process, the second oblique movement process, and the third rising process.
  • a search operation is performed to detect whether or not the side surface of the wire 12 of 25 is grounded to the bump 45d, and at time t9 in FIG.
  • the face portion 23 of the tip 25 of the capillary 20 is pressed against the side surface of the wire 12 to start the joining process.
  • the CPU 32 of the control unit 31 controls the sinking amount of the capillary 20 by the capillary height detector 29 until the thickness (height) H1 of the joint 74 becomes about 1/3 of the diameter D of the wire 12.
  • the wire 12 is pressed and the ultrasonic vibrator 15 is energized to generate ultrasonic vibrations.
  • the bump 45e and the bump 45d are connected by the looping portion 85 having the leading end portion 85a and the terminating end portion 85b.
  • the bonding portion 74 is formed, the second bonding to the bump 45d and the bonding process are completed.
  • the CPU 32 of the control unit 31 performs the bonding as shown in FIGS.
  • the capillary 20 is moved from the bump 45d along a trajectory such as from the point p to the point u shown in FIG. reaches height C11, the lowering speed of the capillary 20 is decreased and while searching is performed, the capillary 20 is lowered until the side surface of the wire 12 comes into contact with the surface of the bump 45c.
  • the wire 12 is pressed against the bump 45c and a voltage is applied to the ultrasonic vibrator 15 to ultrasonically vibrate the joint 73 shown in FIG. A joining step of forming is performed.
  • FIG. 1 When the second bonding to the bump 45a is completed, the CPU 32 of the control unit 31 loops the capillary 20 toward the electrode 70 of the substrate 10, performs normal second bonding on the electrode 70 of the substrate 10, The capillary 20 is lifted, the wire clamper 17 shown in FIG. Here, in the normal second bonding of the substrate 10 to the electrode 70, the wire 12 is crushed by an amount equal to that of the wire 12 when forming the bonding portions 75 to 71 so that the wire 12 can be cut smoothly.
  • the pressing load is much larger than the pressing load when forming the joints 75-71.
  • the pressing load is large, the wire 12 and the electrode 70 can be metal-bonded even with a small amount of ultrasonic vibration. It is smaller than the voltage, for example, about 1/1.5.
  • the semiconductor chips 55 to 55 can be manufactured in a short time.
  • the pads 65-61 of 51 and the electrodes 70 of the substrate 10 can be connected.
  • the bumps 45e to 45a are formed on the pads 65 to 61 so that the upper ends of the bumps 45e to 45a are higher than the surfaces of the semiconductor chips 55 to 51 in the bump formation process. forming.
  • the pads 65 to 61 of the semiconductor chips 55 to 51 are recessed from the surface, when the wires 12 are joined to the bumps 45e to 45a by the capillary 20, the face portion 23 of the tip 25 of the capillary 20 is semiconductor. Contact with the protective film on the surfaces of the chips 55 to 51 can be suppressed.
  • bumps 45e to 45a are sequentially connected by the common wire 12 from the upper stage, and the wire 12 is finally bonded to the electrode 70 of the substrate 10, but the present invention is not limited to this.
  • bumps 45a to 45f bumps 45f are not shown
  • ball bonding is performed to electrodes 70 of substrate 10.
  • bumps 45a to 45f are attached to the lower stage. may be connected by the common wire 12 in order from .
  • the bumps 45 are formed on the electrodes 70 of the substrate 10, and the bumps 45 on the electrodes 70 of the substrate 10 and the pads 61 to 66 of the semiconductor chips 51 to 56 are formed without ball bonding.
  • the formed bumps 45a to 45f may be sequentially connected by a common wire 12.

Abstract

半導体チップ（５５、５４）の電極（６５、６４）を共通のワイヤ（１２）によって順次接続する半導体装置の製造方法であって、キャピラリ（２０）によって各電極(６５、６４）にバンプ（４５ｅ、４５ｄ）を形成するバンプ形成工程と、バンプ形成工程の後、キャピラリ（２０）によってワイヤ（１２）の側面をバンプ（４５ｅ）に押し付けて、ワイヤ（１２）の側面をバンプ（４５ｅ）に接合する接合工程と、接合工程の後、キャピラリ（２０）によってワイヤ（１２）をバンプ（４５ｄ）の上までルーピングするルーピング工程と、キャピラリ（２０）によってワイヤ（１２）の側面をバンプ（４５ｄ）に押し付けて、ワイヤ（１２）の側面をバンプ（４５ｄ）に接合する接合工程と、により電極（６５、６４）を共通のワイヤ（１２）によって順次接続する。

Description

半導体装置の製造方法
　本発明は半導体装置の製造方法に関する。
　近年、半導体装置の大容量化の要求から、複数の半導体チップを基板あるいはリードフレーム上に積層して構成した積層型半導体装置が多く用いられている。また、このような積層型半導体装置では、同時に薄型化、小形化の要請があることから、各層の半導体チップのパッドとリードフレームとを別々に接続するのではなく、隣接する各半導体チップのパッド間又は半導体チップのパッドとリードフレームのリードとの間をワイヤによって順次接続するワイヤボンディング方法が用いられている。この方法では、ワイヤボンディングの際に半導体チップにダメージを与えないように、まず、各半導体チップの各パッド上にバンプを形成し、その後、リードフレームのリードから半導体チップのパッドの上に向けて逆ボンディングを行い、更に、ボンディングがされたバンプ上から隣接する半導体チップのバンプの上に向けて次の逆ボンディングを行うようにしてワイヤをリードフレームから最上層の半導体チップのパッドに向けて順次接続する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３５７３１３３号明細書
　しかし、特許文献１に記載された従来技術では、２つのバンプの間をボールボンディングで接続することを複数回繰り返して３つのバンプの接続を行っている。ボールボンディングではワイヤの先端をフリーエアボールに成形することが必要であり、特許文献１に記載された従来技術ではワイヤボンディングに時間が掛かってしまう場合があった。
　そこで、本発明は、短時間に３つ以上の電極をワイヤで接続することを目的とする。
　本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップ又は基板の３つ以上の電極を共通のワイヤによって順次接続する半導体装置の製造方法であって、キャピラリによって各電極にバンプを形成するバンプ形成工程と、バンプ形成工程の後、キャピラリによってワイヤの側面を一の電極の上に形成された一のバンプに押し付けて、ワイヤの側面を一のバンプに接合する接合工程と、接合工程の後、キャピラリによってワイヤを他の電極の他のバンプの上までルーピングするルーピング工程と、を交互に繰り返して各電極を共通のワイヤによって順次接続すること、を特徴とする。
　このように、共通のワイヤで３つ以上の電極の上のバンプを順次接続するので、短い時間で半導体チップの電極と基板の電極とを接続することができる。
　本発明の半導体装置の製造方法において、各電極は、半導体チップ又は基板の表面から凹んでおり、バンプ形成工程は、各バンプの上端が半導体チップ
又は基板の表面よりも高くなるように各電極の上に各バンプをそれぞれ形成してもよい。
　これにより、半導体チップの電極が表面よりも凹んでいる場合に、キャピラリでワイヤをバンプに接合する際に、キャピラリの先端が半導体チップの表面の保護膜に接触することを抑制できる。
　本発明の半導体装置の製造方法において、ルーピング工程は、接合工程の後、一の電極の上の一のバンプからキャピラリを垂直に上昇させる第一上昇工程と、第一上昇工程の後、他の電極の上の他のバンプの方に向って斜め下方向にキャピラリを移動させる第一の斜め移動工程と、第一の斜め移動工程の後、再度、キャピラリを垂直に上昇させる第二上昇工程と、第二上昇工程の後、他の電極の上の他のバンプと反対側に向って斜め下方向にキャピラリを移動させるリバース工程と、リバース工程の後、一の電極の上の一のバンプの直上まで斜め上方向にキャピラリを移動させる第二の斜め移動工程と、第二の斜め移動工程の後、再度、キャピラリを垂直に上昇させる第三上昇工程と、第三上昇工程の後、他の電極の上の他のバンプの直上に向って弧状にキャピラリを移動させる弧状移動工程と、を含んでもよい。
　本発明は、短時間に３つ以上の電極をワイヤで接続できる。
実施形態の半導体装置の製造方法を実行するワイヤボンディング装置の構成を示す系統図である。 図１に示すワイヤボンディング装置で製造した半導体装置を示す断面図である。 図２に示す半導体装置の接合部を示す斜視図である。 電極の上にバンプを形成する際のキャピラリの先端の移動を示す説明図である。 図１に示すワイヤボンディング装置を用いてバンプを形成する際のフリーエアボールの形成工程を示す図である。 図１に示すワイヤボンディング装置を用いてバンプを形成する際のボールボンディングを行って圧着ボールを形成した状態を示す図である。 図５Ｂに示す状態からキャピラリを上昇させた状態を示す図である。 図５Ｃに示す状態からキャピラリをリバース側に横移動させた状態を示す図である。 図５Ｄに示す状態からキャピラリを上昇させた状態を示す図である。 図５Ｅに示す状態からキャピラリをフォワード側に横移動させ、リバース側のフェイス部をボールネックの直上に位置させた状態を示す図である。 キャピラリのリバース側のフェイス部でボールネックの上にワイヤの側面を押し付けて押し潰し部を形成した状態を示す図である。 図５Ｇの状態からキャピラリを上昇させた状態を示す図である。 図５Ｈに示す状態からキャピラリをリバース側に横移動させ、フォワード側のフェイス部を押し潰し部の直上に位置させた状態を示す図である。 キャピラリのフォワード側のフェイス部で押し潰し部の上にワイヤの側面を押し付けてバンプを形成した状態を示す図である。 図５Ｊの状態からワイヤクランパとキャピラリとを上昇させ、キャピラリの先端からワイヤテールを延出させた後、ワイヤクランパを閉とした状態でクランパとキャピラリとを更に上昇させてワイヤテールをバンプから分離した状態を示す図である。 実施形態の半導体装置の製造方法において、フリーエアボールを形成した後、キャピラリを最上段の半導体チップのパッドの直上に移動させた状態を示す図である。 図６Ａで形成したフリーエアボールを半導体チップのパッドに押圧して圧着ボールを形成する工程を示す図である。 図６Ｂの後、次のパッドの上に形成されたバンプに向かってルーピングする工程を示す図である。 図６Ｃに示すルーピングの後、次のパッドの上に形成されたバンプの上にワイヤの側面を接合する工程を示す図である。 図６Ｄに示す状態からワイヤをルーピングする工程を示す図である。 図６Ｅに示すルーピングの後、次のパッドの上のバンプの上にワイヤの側面を接合する工程を示す図である。 図６Ｆに示す状態からワイヤをルーピングする工程を示す図である。 図６Ｇに示すルーピングの後、次のパッドの上のバンプの上にワイヤの側面を接合する工程を示す図である。 図６Ａ～図６Ｄに示す工程におけるキャピラリの高さの変化を示す図である。 図６Ｅ～図６Ｈに示す工程におけるキャピラリの高さの変化を示す図である。 実施形態の半導体装置の製造方法のルーピング工程におけるキャピラリの先端の軌跡を示す図である。
　以下、図面を参照しながら実施形態の半導体装置１００の製造方法について説明する。半導体装置１００の製造方法について説明する前に、実施形態の製造方法を実行するワイヤボンディング装置１０１について説明する。ワイヤボンディング装置１０１は、実施形態の製造方法を実行して半導体装置１００を製造する。
　図１に示すように、ワイヤボンディング装置１０１は、ＸＹテーブル１８ｘと、ＸＹテーブル１８ｘの上に設置されたボンディングヘッド１８ａと、基板１０と半導体チップ５１～５６とを吸着固定するボンディングステージ１４とを備えている。ボンディングヘッド１８ａは、ＸＹテーブル１８ｘの上に取付けられてＸＹテーブル１８ｘによってＸＹ方向に移動する。ボンディングヘッド１８ａの中には、Ｚ方向モータ１８ｚとＺ方向モータ１８ｚによって駆動され、回転中心２８の回りに駆動されるボンディングアーム１３が取り付けられている。
　ボンディングアーム１３は、根元部１３ａがＺ方向モータ１８ｚの固定子１８ｓに対向し、Ｚ方向モータ１８ｚの回転中心２８の周りに回転自在に取付けられる回転子となっている。ボンディングアーム１３の先端には超音波ホーン１６が取り付けられている。
　超音波ホーン１６の先端は、ボンディングステージ１４の表面の近傍では上下方向であるＺ方向に移動する。また、超音波ホーン１６の根元には、超音波振動子１５が取り付けられおり、超音波ホーン１６の先端に取り付けられたキャピラリ２０を超音波加振するよう構成されている。ＸＹテーブル１８ｘとボンディングヘッド１８ａのＺ方向モータ１８ｚとし移動機構１８を構成し、移動機構１８はＸＹテーブル１８ｘによってボンディングヘッド１８ａをボンディングステージ１４の表面に沿った面内(ＸＹ面内)で自在な位置に移動することができる。そして、移動機構１８は、ボンディングアーム１３の先端に取り付けられた超音波ホーン１６の先端及びその先端に取り付けられたキャピラリ２０をＸＹＺの方向に自在に移動させることができる。
　また、ボンディングステージ１４の上側には放電電極１９が設けられている。放電電極１９は、キャピラリ２０に挿通してキャピラリ２０の先端２５から延出したワイヤ１２との間で放電を行い、ワイヤ１２を溶融させてフリーエアボール４０を形成する。
　図１に示すように、ワイヤボンディング装置１０１は制御部３１によって各部の位置の検出及び動作の制御が行われる。制御部３１は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ３２と、動作プログラムや動作データを格納するメモリ３３とを備えるコンピュータである。ＸＹテーブル１８ｘには、ボンディングヘッド１８ａのＸＹ方向位置を検出するＸＹ位置検出手段が内蔵されている。また、ボンディングヘッド１８ａにはボンディングアーム１３の回転中心２８の回りの回転角度を検出することによってキャピラリ２０の先端２５のＺ方向高さを検出するキャピラリ高さ検出器２９が設けられている。キャピラリ高さ検出器２９は回転角度を検出するものでなく、ボンディングアーム１３の先端やキャピラリ２０の先端２５の位置を直接検出するものでもよい。また、キャピラリ高さ検出器２９も非接触式であってもよいし、接触式であってもよい。
　キャピラリ高さ検出器２９の検出信号は制御部３１に入力される。また、ＸＹテーブル１８ｘとボンディングヘッド１８ａのＺ方向モータ１８ｚによって構成される移動機構１８、クランパ開閉機構２７、超音波振動子１５はそれぞれ制御部３１に接続され、制御部３１からの指令によって各機器が動作するように構成されている。
　次に、ワイヤボンディング装置１０１が製造する半導体装置１００について簡単に説明する。図２に示すように、ワイヤボンディング装置１０１が製造する半導体装置１００は、基板１０の上に複数層に半導体チップ５６～５１が積層された積層体である。各半導体チップ５６～５１の表面に設けられた電極であるパッド６６～６１は、半導体チップ５６～５１の表面よりも凹んでおり、パッド６５～６１の上には、高さが各半導体チップ５６～５１の表面よりも高い各バンプ４５ｅ～４５ａが形成されている。そして、最上段の半導体チップ５６のパッド６６と各段の半導体チップ５５～５１の各バンプ４５ｅ～４５ａと、基板１０の電極７０とは１本の共通のワイヤ１２によって順次接続されている。尚、以下の説明では、各バンプ４５ａ～４５ｅを区別しない場合には、バンプ４５という。ここで、共通のワイヤ１２は金線であってもよいし、アルミ線、銅線等であってもよい。
　共通のワイヤ１２は、最上段の半導体チップ５６のパッド６６の上にボールボンディングされ、パッド６６の上には圧着ボール９０が形成されている。圧着ボール９０側の始端部８６ａから次の段の半導体チップ５５のバンプ４５ｅの側の終端部８６ｂに向かってワイヤ１２が弧状にルーピングされたルーピング部８６が形成されている。ルーピング部８６の終端部８６ｂではワイヤ１２の側面がバンプ４５ｅに押圧、接合されて接合部７５が形成されている。そして、再び、接合部７５側の始端部８５ａから次の層の半導体チップ５４のバンプ４５ｄの側の終端部８５ｂに向かってワイヤ１２が弧状にルーピングされ、バンプ４５ｅの側の始端部８５ａからバンプ４５ｄの側の終端部８５ｂに向かう弧状のルーピング部８５が形成されている。ルーピング部８５の終端部８５ｂではワイヤ１２の側面がバンプ４５ｄに押圧、接合されて接合部７４を形成している。同様に、ルーピング部８４、接合部７３、ルーピング部８３、接合部７２、ルーピング部８２、接合部７１が順次形成され、最後にパッド６１の上のバンプ４５ａから基板１０の電極７０にワイヤ１２がルーピングされてその側面が電極７０の上に接合された後に切断される。このように、半導体装置１００は、１つの共通のワイヤ１２によって各半導体チップ５６～５１のパッド６６と各パッド６５～６１の上に形成された各バンプ４５ｅ～４５ａ、及び基板１０の電極７０とが順次接続される。
　図３に示すように、各接合部７５～７１は、各パッド６５～６１の上に形成された各バンプ４５ｅ～４５ａの上に接合されている。各接合部７５～７１は厚さ（高さ）Ｈ１の長円形の扁平な板状で、ルーピング部８６～８２の終端部８６ｂ～８２ｂとルーピング部８５～８１の始端部８５ａ～８１ａとはそれぞれ接合部７５～７１の各長径端から斜め上方向に向かって伸びると共に、その断面形状が扁平形状から直径Ｄの円形に変化していくものである。図３に示すように、ルーピング部８５～８１の始端部８５ａ～８１ａはパッド６６～６１の面に対して角度θ１で斜め上方向に伸びており、ヒール部７５ｂ～７１ｂの厚さ（高さ）は厚さ（高さ）Ｈ２である。
　次に、半導体装置１００の製造方法について説明する。最初に、図４、図５Ａ～図５Ｋを参照しながら、一段目の半導体チップ５１のパッド６１の上にバンプ４５ａを形成するバンプ形成工程について説明する。
　以下の説明では、パッド６１から二段目の半導体チップ５２のパッド６２に近づく方向を「フォワード方向」と呼び、パッド６２から離れる方向、或いは、パッド６２と反対方向で基板１０の電極７０に近づく方向を「リバース方向」と呼ぶ。各図中に示す「Ｆ」の符号はフォワード方法を示し、「Ｒ」の符号は、リバース方向を示す。また、図４に示す矢印９１ａ～９１ｊは、図５Ａ～図５Ｋ中に示す矢印９１ａ～９１ｊに対応する。
　制御部３１のプロセッサであるＣＰＵ３２は、まず、ワイヤクランパ１７を開放して、ＸＹテーブル１８ｘ及びＺ方向モータ１８ｚを駆動制御して、キャピラリ２０の先端２５を放電電極１９の近傍に移動させる。そして、ＣＰＵ３２は、放電電極１９とキャピラリ２０の先端２５から延出したワイヤテール４７ａ（図５Ｋ参照）との間で放電を発生させ、図５Ａに示すように、キャピラリ２０の先端２５から延出したワイヤ１２をフリーエアボール４０に成形する。
　そして、ＣＰＵ３２は、図４、図５Ａに示すように、ＸＹテーブル１８ｘ及びＺ方向モータ１８ｚを駆動制御して、キャピラリ２０の中心線２４のＸＹ座標をパッド６１の中心線６１ａのＸＹ座標に合わせる。そして、ＣＰＵ３２は、図４、図５Ｂに示す矢印９１ａの様にキャピラリ２０の先端２５を点ａまで下降させ、図５Ｂに示すように、キャピラリ２０のフェイス部２３でフリーエアボール４０をパッド６１の上に押圧するボールボンディングを行う。キャピラリ２０がフリーエアボール４０ａをパッド６１の上に押圧すると、フェイス部２３とチャンファー部２２とは、フリーエアボール４０ａを圧着ボール４１ａとボールネック４２ａとに成形する。
　次には、ＣＰＵ３２は、ＸＹテーブル１８ｘ及びＺ方向モータ１８ｚを駆動制御して、図４、図５Ｃに示す矢印９１ｂの様にキャピラリ２０の先端２５を点ｂまで上昇させる。次に、ＣＰＵ３２は、図４、図５Ｄに示す矢印９１ｃの様にキャピラリ２０の先端２５を点ｃまでリバース方向に向かって横方向に移動させる。そして、ＣＰＵ３２は、図４、図５Ｅに示す矢印９１ｄの様に、キャピラリ２０の先端２５を点ｄまで上昇させる。その後、ＣＰＵ３２は、図４、図５Ｆ中に示す矢印９１ｅの様に、キャピラリ２０のリバース側のフェイス部２３のフェイス幅方向の中心がパッド６１の中心線６１ａのＸＹ座標となる点ｅまでキャピラリ２０をフォワード側に横移動させる。
　矢印９１ｂ～９１ｅに示すように、キャピラリ２０の先端２５を上昇させた後リバース方向へ横移動させ、その後、再度、キャピラリ２０を上昇させた後フォワード方向に移動させることにより、図５Ｆに示すように、ボールネック４２ａの上側のワイヤ１２がボールネック４２ａの上でリバース方向とフォワード方向とに折り返されたような形状になる。
　そして、ＣＰＵ３２は、ＸＹテーブル１８ｘ及びＺ方向モータ１８ｚを駆動制御して、図４、図５Ｇに示す矢印９１ｆに示すようにキャピラリ２０の先端２５を点ｆまで下降させて、ボールネック４２ａの上でリバース方向とフォワード方向とに折り返されたワイヤ１２の側面をボールネック４２ａの上に押圧して押し潰し、押し潰し部４３ａを形成する。
　その後、ＣＰＵ３２は、図４、図５Ｈに示す矢印９１ｇの様にキャピラリ２０の先端２５を点ｇまで上昇させた後、図４、図５Ｉに示す矢印９１ｈの様にキャピラリ２０のフォワード側のフェイス部２３のフェイス幅方向の中心がパッド６１の中心線６１ａのＸＹ座標となる点ｈまでキャピラリ２０をリバース側に横移動させる。
　このようなキャピラリ２０の上昇とリバース方向への横移動により、図５Ｈに示す押し潰し部４３ａのフォワード側から上方向に立ち上がったワイヤ１２は、押し潰し部４３ａの上側に折り重ねられる。
　そして、ＣＰＵ３２は、ＸＹテーブル１８ｘ及びＺ方向モータ１８ｚを駆動制御して、図４、図５Ｊに示す矢印９１ｉに示すように、キャピラリ２０の先端２５を点ｉまで下降させ、押し潰し部４３ａの上にワイヤ１２の側面を押圧して二回目の押し潰し部４４ａを形成する。この際、押し潰し部４４ａとキャピラリ２０の貫通孔２１の中に入っているワイヤ１２とは、細い接続部４６ａでつながっている。
　次に、ＣＰＵ３２は、ＸＹテーブル１８ｘ及びＺ方向モータ１８ｚを駆動制御して、図５Ｋに示す矢印９１ｊのようにキャピラリ２０を上昇させてキャピラリ２０の先端２５からワイヤテール４７ａを延出させる。その後、ＣＰＵ３２は、ワイヤクランパ１７を閉としてワイヤクランパ１７とキャピラリ２０とを更に上昇させることによりワイヤ供給に接続されているワイヤテール４７ａの下端と接続部４６ａとを切断する。これにより、図５Ｋ、図６に示すように、パッド６１の上にバンプ４５ａが形成される。図５Ｋに示すように、バンプ４５ａの上端は半導体チップ５１の表面よりも高くなっている。
　以下、同様の方法で、半導体チップ５２～５５の各パッド６２～６５の上に各バンプ４５ｂ～４５ｅを形成する。
　次に、図６Ａ～図６Ｈ、図７～図９を参照しながら、各パッド６５～６１にそれぞれバンプ４５ｅ～４５ａを形成した後に、最上段の半導体チップ５６のパッド６６にボールボンディングを行い、その後、各半導体チップ５５、５４の各パッド６５、６４の上に形成された各バンプ４５ｅ、４５ｄにワイヤ１２をボンディングする工程について説明する。初期状態（図７に示す時刻ｔ１）では、図６Ａに示すように、キャピラリ２０は最上段の半導体チップ５６のパッド６６の直上に位置し、その先端２５の高さは、高さＣ１となっている。この際、キャピラリ２０の先端２５には、フリーエアボール４０が形成されている。
　制御部３１のＣＰＵ３２は、図７に示す時刻ｔ１にキャピラリ２０を高さＣ１から最上段の半導体チップ５６のパッド６６に向って降下させてボールボンディングを開始する。キャピラリ２０の高さは、図１に示すキャピラリ高さ検出器２９によって検出されて制御部３１のＣＰＵ３２に入力される。制御部３１は、図７に示す時刻ｔ２にキャピラリ２０の高さが高さＣ３まで降下した信号が入力されると、キャピラリ２０の降下速度を遅くして、キャピラリ２０の先端２５のフリーエアボール４０がパッド６６の表面に接地するかどうかをサーチしながら更にキャピラリ２０を降下させていく。そして、制御部３１のＣＰＵ３２は、図６の時刻ｔ３にキャピラリ２０が高さＣ４となり、フリーエアボール４０がパッド６６の表面に接地した信号を検出したら、更に、キャピラリ２０を降下させてフリーエアボール４０をパッド６６の表面に押し付けて図６Ｂに示すように圧着ボール９０とする。それと共に、制御部３１のＣＰＵ３２は、図１に示す超音波振動子１５に通電して超音波振動を発生させ、キャピラリ２０によって所定の時間だけ圧着ボール９０を超音波加振してパッド６６の表面に金属接合する。接地の検出は、例えば、キャピラリ高さ検出器２９により検出される信号が所定の単位時間当たりに変化しない場合に接地と判断してもよく、また、半導体チップ５６とワイヤ１２との間に電圧をかけておき、半導体チップ５６とワイヤ１２との間に電流が流れることを検出するようにしてもよい。
　制御部３１のＣＰＵ３２は、図７に示す時刻ｔ４にボールボンディングが終了したら、図６Ｃ、図６Ｄに示すようにセカンドボンディングを開始する。制御部３１のＣＰＵ３２は、キャピラリ２０を高さＣ２まで上昇させた後、次の段の半導体チップ５５のパッド６５の上に形成されたバンプ４５ｅに向けてキャピラリ２０の先端２５を弧状に動かしてキャピラリ２０をバンプ４５ｅの直上まで移動させると共に、キャピラリ２０を高さＣ５まで降下させる。そして、制御部３１のＣＰＵ３２は、図７に示す時刻ｔ５にキャピラリ２０の高さがＣ５となったら、キャピラリ２０の降下速度を遅くして、キャピラリ２０の先端２５のワイヤ１２の側面がバンプ４５ｅの表面に接地するかどうかをサーチしながら更にキャピラリ２０を降下させていく。そして、制御部３１のＣＰＵ３２は、図７に示す時刻ｔ６にキャピラリ２０が高さＣ８となり、ワイヤ１２の側面がバンプ４５ｅの表面に接地した信号を検出したら、図６Ｄに示すように、キャピラリ２０の先端２５のフェイス部２３をワイヤ１２の側面に押し付けて接合工程を開始する。制御部３１のＣＰＵ３２は図１に示すキャピラリ高さ検出器２９によってキャピラリ２０の沈み込み量、すなわち、ワイヤ１２の押しつぶし量を検出し、ワイヤ１２の直径Ｄの２／３程度ワイヤ１２を押しつぶし、接合部７５の厚さ（高さ）Ｈ１がワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度となるまでワイヤ１２を押圧する。そして、接合部７５の厚さ（高さ）Ｈ１がワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度となると押圧を停止する。また、ワイヤ１２の押圧と共に、制御部３１のＣＰＵ３２は、図１に示す超音波振動子１５に通電して超音波振動を発生させ、バンプ４５ｅの表面との間に接合部７５を形成する。図７に示す時刻ｔ７に接合部７５が形成されると、パッド６６とパッド６５の上に形成されたバンプ４５ｅとがルーピング部８６によって接続される。ルーピング部８６は、図２、図３を参照して説明したようにパッド６６の側の始端部８６ａとパッド６５の側の終端部８６ｂとを備えており、終端部８６ｂは接合部７５につながっている。接合部７５を形成すると、パッド６５の上に形成されたバンプ４５ｅへのセカンドボンディングと接合工程が終了する。
　バンプ４５ｅへのセカンドボンディングが終了したら、制御部３１のＣＰＵ３２は、図８に示す時刻ｔ７にキャピラリ２０の先端２５を移動させるルーピング工程を開始する。制御部３１のＣＰＵ３２は、図９中の矢印９２ａに示すように、バンプ４５ｅから垂直上方にキャピラリ２０を図９の点ｐまで上昇させる（第一上昇工程）。次に図９に示す点ｐから点ｑに向って、つまり、バンプ４５ｅから次にボンディングを行うバンプ４５ｄの方向に向かって、図９中に示す矢印９２ｂの様に、キャピラリ２０を円弧状に斜め下方向に移動させる（第一の斜め移動工程）。次に、制御部３１のＣＰＵ３２は、図９中の矢印９２ｃに示すように、キャピラリ２０を点ｑから点ｒまで垂直に上昇させる（第二上昇工程）。キャピラリ２０を点ｒまで移動させたら、制御部３１のＣＰＵ３２は、リバース工程を行う。リバース工程は、図９中の矢印９２ｄに示すように、点ｒから次のバンプ４５ｄと反対側に向ってキャピラリ２０を円弧状に斜め下方向に点ｓまで移動させる。点ｓは、接合部７５を通るパッド６５に垂直な線（第一上昇工程の際のキャピラリ２０の軌跡）に対する角度θ２が１０～２０°となる点である。キャピラリ２０が点ｓまで移動すると、図６Ｅに示すように、キャピラリ２０の先端２５には曲げ癖がついたワイヤ１２が接合部７５から伸びた状態となっている。次に、制御部３１のＣＰＵ３２は、図９中の矢印９２ｅに示すように、先のリバース工程における点ｒから点ｓまでのキャピラリ２０の軌跡に沿ってキャピラリ２０を次のバンプ４５ｄに向って斜め上方向に移動させ、キャピラリ２０の位置をバンプ４５ｅの直上の点ｔとする（第二の斜め移動工程）。そして、制御部３１のＣＰＵ３２は、図９中の矢印９２ｆに示すように、点ｔから点ｕまでキャピラリ２０を再度垂直に上昇させる（第三上昇工程）。その後、制御部３１のＣＰＵ３２は、図９中の矢印９２ｇに示すように、点ｕからバンプ４５ｄの直上の点ｖまでキャピラリ２０を弧状に移動させる（弧状移動工程）。このように、バンプ４５ｅから、第一上昇工程、第一の斜め移動工程、第二上昇工程、リバース工程、第二の斜め移動工程、第三上昇工程のようにキャピラリ２０を移動させた後、キャピラリ２０をバンプ４５ｄ直上の点ｇに向って弧状に移動させる弧状移動工程によって、図２、図３を参照して説明したような形状のヒール部７５ｂ～７１ｂとルーピング部８５の始端部８５ａが形成される。特に、リバース工程において、接合部７５を通るパッド６５に垂直な線（第一上昇工程の際のキャピラリ２０の軌跡）に対する角度θ２が１０～２０°となる点ｓまでキャピラリ２０を移動させることによって、ヒール部７５ｂの厚さ（高さ）Ｈ２と斜め上方４５～６０°の角度θ１とが形成される。
　そして、図８に示す時刻ｔ８にキャピラリ２０が高さＣ９まで降下してくると、先にバンプ４５ｅへの接合部７５の形成と同様、キャピラリ２０の降下速度を小さくして、キャピラリ２０の先端２５のワイヤ１２の側面がバンプ４５ｄに接地したかどうかを検出するサーチ動作を行い、図８の時刻ｔ９にキャピラリ２０が高さＣ１０となり、ワイヤ１２の側面がバンプ４５ｄの表面に接地した信号を検出したら、図６Ｆに示すように、キャピラリ２０の先端２５のフェイス部２３をワイヤ１２の側面に押し付けて接合工程を開始する。制御部３１のＣＰＵ３２は、キャピラリ高さ検出器２９によってキャピラリ２０の沈み込み量を制御しながら、接合部７４の厚さ（高さ）Ｈ１がワイヤ１２の直径Ｄの１／３程度となるまでワイヤ１２を押圧すると共に超音波振動子１５に通電して超音波振動を発生させ、キャピラリ２０によって所定の時間だけ接合部７４を超音波加振してバンプ４５ｄの表面との間に接合部７４を形成する。図８の時刻ｔ１０に接合部７４が形成されると、バンプ４５ｅとバンプ４５ｄとが始端部８５ａと終端部８５ｂを有するルーピング部８５によって接続される。接合部７４を形成すると、バンプ４５ｄへのセカンドボンディングと接合工程が終了する。
　図８に示す時刻ｔ１０にバンプ４５ｄへのセカンドボンディングが終了したら、制御部３１のＣＰＵ３２は、先に説明したバンプ４５ｅとバンプ４５ｄとの間の接続と同様、図６Ｇ、図６Ｈに示すように、バンプ４５ｄから図９に示す点ｐから点ｕのような軌跡でキャピラリ２０を移動させた後、バンプ４５ｃに向ってキャピラリ２０をルーピングさせるルーピング工程を行い、図８に示す時刻ｔ１１にキャピラリ２０が高さＣ１１となったらキャピラリ２０の降下速度を小さくしてサーチを行いながらワイヤ１２の側面がバンプ４５ｃの表面に接するまでキャピラリ２０を降下させ、図８に示す時刻ｔ１２に接地を検出したら、キャピラリ高さ検出器２９によってキャピラリ２０の高さを検出しながらワイヤ１２をバンプ４５ｃに押圧すると共に超音波振動子１５に電圧を印加し、超音波加振して図２に示す接合部７３を形成する接合工程を行う。
　以下、同様に、接合工程とルーピング工程とを交互に繰り返して実行し、バンプ４５ｃとバンプ４５ｂ、バンプ４５ｂとバンプ４５ａとを１本の共通のワイヤ１２によって順次接続していく。そして、バンプ４５ａへのセカンドボンディングが終了したら、制御部３１のＣＰＵ３２は、キャピラリ２０を基板１０の電極７０に向ってルーピングし、基板１０の電極７０の上に通常のセカンドボンディングを行った後、キャピラリ２０を上昇させて、図１に示すワイヤクランパ１７を閉じてキャピラリ２０を更に上昇させて、ワイヤ１２を切断し、１本のワイヤ１２のボンディングを終了する。ここで、基板１０の電極７０への通常のセカンドボンディングは、ワイヤ１２への切断がスムーズに行えるように、ワイヤ１２の押しつぶし量が接合部７５～７１を形成する際のワイヤ１２の押しつぶし量の２倍以上であり、押圧荷重も接合部７５～７１を形成する際の押圧荷重よりも非常に大きくなっている。一方、押圧荷重が大きいので、超音波加振が少なくても十分にワイヤ１２と電極７０とを金属接合できることから、超音波振動子１５に印加する電圧は接合部７５～７１を形成する際の電圧よりも小さく、例えば、１／１．５程度となっている。
　以上説明したように、実施形態の半導体装置１００の製造方法は、共通のワイヤ１２で３つ以上のパッド６５～６１の上のバンプ４５ｅ～４５ａを順次接続するので、短い時間で半導体チップ５５～５１のパッド６５～６１と基板１０の電極７０とを接続することができる。
　実施形態の半導体装置１００の製造方法では、バンプ形成工程において、バンプ４５ｅ～４５ａの上端が半導体チップ５５～５１の表面よりも高くなるように各パッド６５～６１の上に各バンプ４５ｅ～４５ａを形成している。これにより、半導体チップ５５～５１のパッド６５～６１が表面よりも凹んでいる場合に、キャピラリ２０でワイヤ１２をバンプ４５ｅ～４５ａに接合する際に、キャピラリ２０の先端２５のフェイス部２３が半導体チップ５５～５１の表面の保護膜に接触することを抑制できる。
　以上説明した実施形態の半導体装置１００の製造方法では、最上段の半導体チップ５６のパッド６６にボールボンディングを行い、その後、各段の半導体チップ５５～５１の各パッド６５～６１の上に形成された各バンプ４５ｅ～４５ａを上側の段から順に共通のワイヤ１２で接続し、最後にワイヤ１２を基板１０の電極７０にボンディングすることとして説明したがこれに限らない。例えば、各パッド６１～６６の上に各バンプ４５ａ～４５ｆ（バンプ４５ｆは図示せず）を形成し、基板１０の電極７０にボールボンディングを行った後、各バンプ４５ａ～４５ｆを下側の段から順に共通のワイヤ１２で接続するようにしてもよい。また、基板１０の電極７０の上にバンプ４５を形成し、ボールボンディングを行わずに、基板１０の電極７０の上のバンプ４５と、各半導体チップ５１～５６の各パッド６１～６６の上に形成した各バンプ４５ａ～４５ｆを共通のワイヤ１２で順次接続してもよい。
　１０　基板、１２　ワイヤ、１３　ボンディングアーム、１３ａ　根元部、１４　ボンディングステージ、１５　超音波振動子、１６　超音波ホーン、１７　ワイヤクランパ、１８　移動機構、１８ａ　ボンディングヘッド、１８ｓ　固定子、１８ｘ　ＸＹテーブル、１８ｚ　Ｚ方向モータ、１９　放電電極、２０　キャピラリ、２１　貫通孔、２２　チャンファー部、２３　フェイス部、２４　中心線、２５　先端、２７　クランパ開閉機構、２８　回転中心、２９　キャピラリ高さ検出器、３１　制御部、３２　ＣＰＵ、３３　メモリ、４０、４０ａ　フリーエアボール、４１ａ、９０　圧着ボール、４２ａ　ボールネック、４３ａ、４４ａ　押し潰し部、４５、４５ａ～４５ｅ　バンプ、４６ａ　接続部、４７ａ　ワイヤテール、５１～５６　半導体チップ、６１～６６　パッド、６１ａ　中心線、７０　電極、７１～７５　接合部、７５ｂ～７１ｂ　ヒール部、８５～８１　ルーピング部、８５ａ～８１ａ　始端部、８６ｂ～８２ｂ　終端部、１００　半導体装置、１０１　ワイヤボンディング装置。

Claims (3)

  1. 　半導体チップ又は基板の３つ以上の電極を共通のワイヤによって順次接続する半導体装置の製造方法であって、
    　キャピラリによって各電極にバンプを形成するバンプ形成工程と、
    　前記バンプ形成工程の後、前記キャピラリによって前記ワイヤの側面を一の電極の上に形成された一のバンプに押し付けて、前記ワイヤの側面を前記一のバンプに接合する接合工程と、前記接合工程の後、前記キャピラリによって前記ワイヤを他の電極の他のバンプの上までルーピングするルーピング工程と、を交互に繰り返して各電極を共通の前記ワイヤによって順次接続すること、
    　を特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
    　各電極は、前記半導体チップ又は前記基板の表面から凹んでおり、
    　前記バンプ形成工程は、各バンプの上端が前記半導体チップ又は前記基板の前記表面よりも高くなるように各電極の上に各バンプをそれぞれ形成すること、
    　を特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 　請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法であって、
    　前記ルーピング工程は、
    　前記接合工程の後、一の電極の上の一のバンプから前記キャピラリを垂直に上昇させる第一上昇工程と、
    　前記第一上昇工程の後、他の電極の上の他のバンプの方に向って斜め下方向に前記キャピラリを移動させる第一の斜め移動工程と、
    　前記第一の斜め移動工程の後、再度、前記キャピラリを垂直に上昇させる第二上昇工程と、
    　前記第二上昇工程の後、他の電極の上の他のバンプと反対側に向って斜め下方向に前記キャピラリを移動させるリバース工程と、
    　前記リバース工程の後、一の電極の上の一のバンプの直上まで斜め上方向に前記キャピラリを移動させる第二の斜め移動工程と、
    　前記第二の斜め移動工程の後、再度、前記キャピラリを垂直に上昇させる第三上昇工程と、
    　前記第三上昇工程の後、他の電極の上の他のバンプの直上に向って弧状に前記キャピラリを移動させる弧状移動工程と、を含むこと、
    　を特徴とする半導体装置の製造方法。
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JP2005303152A (ja) * 2004-04-15 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd バンプワイヤのボンディング方法および半導体装置ならびにその製造方法
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