ワイヤボンディング方法及び半導体装置
【課題】接合強度が高く、導電層との間隔がファインピッチの場合であっても、隣接するワイヤ同士の接触を防止し、小型・薄型化を実現する半導体装置及びそのワイヤボンディング方法を提供する。
【解決手段】本発明のワイヤボンディング方法は、ボンディング用ワイヤ１の先端に形成した第１ボールを第１導電層上に接合する第１工程と、この後、キャピラリー６によりボンディング用ワイヤ１ａを引き出し、キャピラリー６の先端部６ａ，６ｂが電極パッド２ａの表面に接触しないように維持し、ボンディング用ワイヤ１ａをステッチボンディング法で電極パッド２ａ上に接合する第２工程と、ボンディング用ワイヤ１ａを電極パッド２ａ上の接合部２ｂの根元部分で切断する第３工程と、ボンディング用ワイヤ１ａの先端に形成したボール５’を、ボールボンディング法で前記第３工程の切断により形成されたワイヤ切断部の上部に接合する第４工程とを備える。
【解決手段】本発明のワイヤボンディング方法は、ボンディング用ワイヤ１の先端に形成した第１ボールを第１導電層上に接合する第１工程と、この後、キャピラリー６によりボンディング用ワイヤ１ａを引き出し、キャピラリー６の先端部６ａ，６ｂが電極パッド２ａの表面に接触しないように維持し、ボンディング用ワイヤ１ａをステッチボンディング法で電極パッド２ａ上に接合する第２工程と、ボンディング用ワイヤ１ａを電極パッド２ａ上の接合部２ｂの根元部分で切断する第３工程と、ボンディング用ワイヤ１ａの先端に形成したボール５’を、ボールボンディング法で前記第３工程の切断により形成されたワイヤ切断部の上部に接合する第４工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型・高密度・多ピン化に伴うファインピッチの半導体素子に対応可能なワイヤボンディング方法とその方法を使用して製造した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の半導体パッケージ開発のトレンドである小型・大容量化、多機能化を実現するため、パッケージ内部の半導体素子とパッケージの外部端子のワイヤ結線方法にも様々な要求がある。
【０００３】
図８は、ターミナル４と半導体チップ２上の電極パッド２ａとをワイヤボンディングによって接続する方法を採用している。この場合、半導体チップ２の電極パッド２ａ側をボールボンド７、ターミナル４側をステッチボンド８で接続する方法を採用している。ワイヤボンディング方法は、最初に第１のボンドで電極パッド２ａ上にボールボンド７を行い、ボンディング用ワイヤ１を引き回し、次に第２のボンドでターミナル４上にステッチボンド８を行う順序である（以下、正ボンディングと称する）。
【０００４】
一方、図９は、ターミナル４側をボールボンド７、半導体チップ２上の電極パッド２ａ側も別のボールボンド５を介してステッチボンド８で接続する方法を採用している。ワイヤボンディング方法は、予め電極パッド２ａ上にボールボンド５があって、最初に第１のボンドでターミナル４上にボールボンド７を行い、ボンディング用ワイヤ１を引き回し、次に第２のボンドで電極パッド２ａのボールボンド５上部にステッチボンド８を行う順序である（以下、逆ボンディングと称する）。
【０００５】
逆ボンディングでは、正ボンディングに比べ、半導体チップ面からのボンディング用ワイヤのループ高さ（Ｈ１）を低くでき、かつ電極パッドとターミナルとの水平方向の間隔（Ｄ）を短くすることができるメリットを持つものの、半導体チップ２の電極パッド２ａ上に予めボールボンディングによるボールボンド５を形成しておく必要がある。
【０００６】
なぜならば、図１１（ａ）に示すように、予めボールボンディングによるボール部を形成しないで、パッド２ａ上に直接ステッチボンディングすると、ステッチボンディング中のキャピラリー押圧荷重によって、ボンディング用ワイヤ１を被接合部に接合する際に用いるキャピラリー６の本体の先端部６ａ、同６ｂが半導体チップのパッシベーション膜３の表面、または電極パッド２ａと接触してしまい、半導体チップ２にダメージを与えるので、実施が困難であるという問題点があった。
【０００７】
これを回避するため、逆ボンディングの場合、まず、図１０（ａ）に示すように、半導体チップ２の電極パッド２ａ上に予めボールボンディング法によりボールボンド５を形成し、次にボンディング用ワイヤ１を引きちぎる。そして、図１０（ｂ）に示すように、ターミナル４とボールボンド７を介して接合された前記ボンディング用ワイヤ１を、前記キャピラリー６のホール径の中心と前記ボールボンド５の中心とが一致するように、前記ボールボンド５の上方まで引き回す。次に、図１０（ｃ）に示すように、ステッチボンディング法により前記ボンディング用ワイヤ１を前記ボールボンド５に接合させる。その後、図１０（ｄ）に示すように、前記ボールボンド５にステッチボンド８を形成した後、前記ボンディング用ワイヤ１を引きちぎる。
【０００８】
このような、逆ボンディング方法によると、前記半導体チップの電極パッド２ａには予め前記ボールボンド５が形成されており、その高さ分が嵩上げされているため、ステッチボンディング中において前記キャピラリー６による押圧荷重が加えられても、前記キャピラリー６の先端部は半導体チップ２のパッシベーション膜３の表面、または電極パッド２ａ面に接触しないで、クリアランスを確保してボンディングすることが容易となる。
【０００９】
また、前記ボールボンド５は、緩衝材としても作用し、電極パッド部に直接ステッチボンドをする場合の電極パッドとステッチボンドとの接合強度に比べ、ボールボンド５を介してステッチボンド８を形成接合する方が接合強度を向上できる機能も奏し、信頼性も高まる。
【００１０】
そして、図１２は、仮接合及び本接合を経由して、ボンディング用ワイヤをボンディングパッド２ａに接合する方法を採用している。具体的には、図１２の（ａ）に示すようにボンディング用ワイヤ１をボンディングパッド２ａに仮接合した状態で、（ｂ）に示すように、基本軌跡に従ってキャピラリー６を動作制御し、ボンディングパッド２ａ上でボンディング用ワイヤ１を屈曲させて第２のボンド５（図１２（ｃ））を形成してから、ボンディング用ワイヤ１の屈曲部をボンディングパッド２ａに本接合する。ここで、前記基本軌跡とは、具体的に、仮接合の後に、前記キャピラリー６を上方に移動させ、その後前記キャピラリー６を側方に移動させ、更に前記キャピラリー６を一旦下降させた後に上方に移動させ、その後に再び前記キャピラリー６下降させる動作を指す。そして、（ｃ）に示すように、クランパ６ｃなどでボンディング用ワイヤ１をクランプしてカットすることにより、半導体チップ２へのボンディング用ワイヤ１の接合を完成する。このような方法によると、第２のボンド５が、仮接合と本接合の２段階の接合により行われるので、第２のボンド５の接合の安定性が向上する。
【特許文献１】特開平０４−１０７８３５（１９９２年４月９日公開）
【特許文献２】特開平０４−２９４５５２（１９９２年１０月１９日公開）
【特許文献３】特開平１０−３３５３６８（１９９８年１２月１８日公開）
【特許文献４】特許第３７６２４７５（１９９６年１２月２４日公開）
【特許文献５】特開２００２−２８０４１４（２００２年９月２７日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１０（ａ）に示すように、前記ボールボンド５には、前記ボンディング用ワイヤ１がキャピラリー６のホール径（ＨＤ）およびチャンファー径（ＣＤ）に入り込まれることによるボール突起、前記ボンディング用ワイヤ１を引きちぎることによるワイヤ突起５ａが形成され、前記ワイヤ突起５ａの切断面に凹凸が形成される。そのため、図１０（ｄ）に示すように、前記ボンディング用ワイヤ１を前記ボールボンド５の上面にステッチボンド８で接合する際、前記キャピラリー６から繰り出された前記ボンディング用ワイヤ１の中心位置が、前記ボールボンド５上面の接合位置の前記ボール突起や前記ワイヤ突起５ａによってずれてしまう。
【００１２】
半導体チップ２上の隣接する電極パッド２ａの配置間隔がそれほど狭くない半導体チップに対しては問題にはならないが、近年の小型・高密度化に伴って電極パッドの間隔のファインピッチ化に対応した半導体チップ２においては、図１１（ｂ）に示すように、ターミナル４と電極パッド２ａとを接続するボンディング用ワイヤ１の中心が、ターミナル４上のボールボンド７中心と電極パッド２ａ中心とを結ぶ直線に対し、左右のどちらかに曲がってしまうと、隣接するワイヤ同士が接触するという問題がある。したがって、ターミナル４と電極パッド２ａとの距離（ワイヤ長）が長くなればなるほど、ボンディング用ワイヤの曲がり量が大きくなり、隣接するワイヤ同士が接触する危険性もさらに高くなるという問題も発生する。
【００１３】
なお、図１２に示す方法を採用すると、ボンディング用ワイヤ１を繰り返して湾曲または屈曲しなければならないので、工程上時間がかかり、さらに、仮接合されたステッチボンドの上面は、ボンディング用ワイヤ１を屈曲または湾曲して潰している構造であって、ボールボンドの構造と比べ、接合強度が弱い問題がある。
【００１４】
また、図１２に示す方法において、仮接合後ボンディングワイヤ１を屈曲または湾曲させて、再びキャピラリー６を下降させて本接合に至る接合は、キャピラリー６で押しつぶされて平面的な面積が広くなってしまい、その特性上ファインパッドピッチのような電極パッド幅が狭いものに対しては対応できない問題もある。
【００１５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、接合強度が高く、半導体チップ上の電極パッドの間隔がファインピッチの場合であっても、隣接するワイヤ同士の接触を防止し、小型・薄型化を実現する半導体装置とそのワイヤボンディング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明に係るワイヤボンディング方法は、第１導電層と第２導電層とをボンディング用ワイヤにて接続する半導体装置のワイヤボンディング方法であって、前記ボンディング用ワイヤの先端に形成した第１ボールを、第１導電層上に接合する第１工程と、前記第１工程後、キャピラリーにより前記ボンディング用ワイヤを引き出し、前記キャピラリーの先端部が前記第２導電層の表面に接触しないように維持し、前記ボンディング用ワイヤをステッチボンディング法により前記第２導電層上に接合する第２工程と、前記ボンディング用ワイヤを前記第２導電層上の接続部の根元部分で切断する第３工程と、前記ボンディング用ワイヤの先端に形成した第２ボールを、前記第３工程の切断により形成されたワイヤ切断部の上部に接合する第４工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これによれば、前記ボンディング用ワイヤを前記第２導電層上の接続部の根元部分で切断した後に前記ボンディング用ワイヤにボールを形成して接合するので、第２導電層とボンディング用ワイヤとの接合強度を向上させ、接続信頼性を確保することができる。また、ステッチボンドを半導体チップ上の電極パッド上の平坦な面に仮接合してなされるため、前記ボンディング用ワイヤのボンド位置ずれは生じることはなく、電極パッドの間隔がファインピッチになっても、ワイヤ長が長くなっても、ワイヤは曲がることがないので、隣接するワイヤ同士で接触することなく、接続することができる。
【００１８】
また、上記方法において、ステッチボンディング法による仮接合は、キャピラリーが通常のステッチボンドの数割の印加エネルギーに抑制されており、前記ステッチボンディング法による接合部分（ステッチボンド）の平面的な面積も狭い。さらに、仮接合されたステッチボンドへの第２ボールの接合（ボールボンド）は、円形形状でその接合面積も小さいため、その特性上ファインパッドピッチのボンディングに対応できる。
【００１９】
また、キャピラリーの先端部が導電層の表面に接触しないので、導電層の表面にダメージを与えない。
【００２０】
そして、前記第３工程において、前記キャピラリーを上昇させ、クランパで前記ボンディング用ワイヤを挟み固定してから、前記キャピラリーを上方に引き上げることにより、前記ボンディング用ワイヤを切断する。これによれば、前記ボンディング用ワイヤを容易に切断することができる。
【００２１】
また、前記第３工程において、前記キャピラリーを水平方向に５〜１０μｍ程度動かし、その後、上方に引き上げることにより、前記ボンディング用ワイヤを切断することが好ましい。これによれば、ステッチボンドの仮接合では、接合面に対して水平方向に物理的な力が加わるため、導電層とボンディング用ワイヤとの擦れ作用を高め、ステッチボンドで仮接合の維持をより確実にすることができる。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、第１導電層と、第２導電層と、前記第１導電層と前記第２導電層を接続するためのボンディング用ワイヤとを備え、前記第１導電層と前記ボンディング用ワイヤとを接続する第１接合部をボールボンディング法により形成し、前記第２導電層と前記ボンディング用ワイヤとを接続する第２接合部をステッチボンディング法により形成してからその根元部分で切断し、前記第２接合部の上に前記ボンディング用ワイヤをボールボンディング法により接合してなることを特徴とする。
【００２３】
これによれば、前記第１導電層と前記ボンディング用ワイヤとをボールボンディング法により接合し、前記第２導電層と前記ボンディング用ワイヤとをステッチボンディング法により接合した後、接合された部分の根元を切断し、根元で切断された接合部にボールボンディング法により前記ボンディング用ワイヤを接合したので、ボンド位置ずれが生じらなく、前記第２導電層とボンディング用ワイヤとの接合強度を向上させ、接続信頼性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るワイヤボンディング方法および半導体装置は、以上のように、ボンディング用ワイヤを導電層上の接続部の根元部分で切断した後に前記ボンディング用ワイヤにボールを形成してさらに接合するので、第２導電層とボンディング用ワイヤとの接合強度を向上させ、接続信頼性を確保することができる。また、導電層上のステッチボンドが平坦な面に仮接合してなされるため、電極パッドの間隔がファインピッチになっても、ワイヤ長が長くなっても、ワイヤは曲がることがないので、隣接するワイヤ同士で接触することなく、接続することができる。ステッチボンドの仮接合は、ボンディングキャピラリーの先端が半導体チップ表面または電極パッド面に接触しないようにすることで、ボンディングキャピラリーの押圧力が直接印加されるのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図１〜７に基づいて、本発明の好適な実施形態について、詳細に説明する。
（実施例１）
図２は、本発明の第１の実施形態における半導体装置の部分断面図である。図２に示すように、ターミナル４と半導体チップ２上の電極パッド２ａとは、ボールボンド７、ボンディング用ワイヤ１およびボールボンド５を介して接続される。半導体チップ２の最 上層表面は、絶縁のためパッシベーション膜３を形成し、パッシベーション膜３を部分開口して電極パッド２ａを形成している。
【００２６】
図１は、本発明に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。すなわち、図１（ａ）〜（ｆ）は、ワイヤボンディング方法を説明するための断面図であり、ターミナル４からボールボンド７を介して、引き回したボンディング用ワイヤ１をキャピラリー６で電極パッド２ａ上に接合する様子を工程順に表わした拡大図である。なお、ターミナル４へのボールボンド７は、周知の手法で実施しているものとする。キャピラリー６は、ワイヤボンディング工程に用いるツールであり、円筒形の中心に設けた貫通孔にボンディング用ワイヤ１を通し、キャピラリー６を任意方向に動作制御し、被接続部にボンディング用ワイヤ１を接続するものである。
【００２７】
図１（ａ）は、電極パッド２ａ上にステッチボンドで接合部２ｂを仮接合している工程の断面図である。キャピラリー６の先端部６ｂを電極パッド２ａ上のボンディング位置まで移動させて、電極パッド２ａ上にキャピラリー６の先端部６ｂでボンディング用ワイヤ１（以下、分かりやすくするために、キャピラリー６の中心に設けた貫通孔を通す部分のボンディング用ワイヤをワイヤ１ａと、ターミナル４と接続する部分のボンディング用ワイヤをワイヤ１と称する）を押圧して、ワイヤ１ａと電極パッド２ａとを接合させる。このとき、例えば半導体チップ２を１２０〜２７０℃程度に加熱し、キャピラリー６に超音波振動を印加する手法、つまり、熱と荷重に加えて超音波を併用することによりボンディングする一般的な超音波併用熱圧着ワイヤボンディング手法を用いる。この場合、キャピラリー６は、通常のステッチボンドの数割の印加エネルギーに抑制することによって、キャピラリー６の先端部６ｂと半導体チップ２に形成したパッシベーション膜３とが接触しないように動作制御する。これで、ステッチボンディング法によるワイヤ１ａと電極パッド２ａとの仮接合を完成する。
【００２８】
上記のように、ワイヤ１ａを、電極パッド２ａ上にステッチボンディング法により仮接合し、図１（ｂ）の矢印の方向にキャピラリー６を上昇させると、キャピラリー６の先端部６ｂと仮接合された接合部２ｂとが離れる状態となる。このとき、ワイヤ１ａのキャピラリー６の先端で押圧された部位は、平面的に押し潰された状態になる。上記のように、通常のステッチボンドの数割の印加エネルギーに抑制しているので、押し潰される面積は、通常のステッチボンドの平面的な面積に比べて少ないものとなる。
【００２９】
次に、図１（ｃ）に示すように、キャピラリー６の上部にあるクランパ（図示せず）で、ワイヤ１ａを挟み固定し、キャピラリー６を矢印の方向にさらに引き上げることにより、ワイヤ１を、ステッチボンドで仮接合を維持したままで、ステッチボンド部の根元部分で切断される。
【００３０】
次に、図１（ｄ）に示すように、スパーク電極（図示せず）とキャピラリー６の貫通孔から繰り出されたワイヤ１ａとでスパーク放電を起こすと、キャピラリー６の下方部でボール５'を形成する。
【００３１】
次に、図１（ｅ）に示すように、キャピラリー６を矢印のように下方に移動させ、前記ボール５'を、電極パッド２ａ上に形成したステッチボンド上部にボールボンディング法により本接合する。このとき、本接合は、一般的な超音波併用熱圧着ワイヤボンディング手法により、電極パッド２ａ上にステッチボンドを介してボールボンド５を形成し、電極パッド２ａとワイヤ１の接合をする。これにより、ボンディング用ワイヤ１と電極パッド２ａとの接合を確実にする。
【００３２】
次に、図１（ｆ）に示すように、キャピラリー６の上部にあるクランパ（図示せず）で、ワイヤ１ａを挟み引くようにすると、ワイヤ１ａは、ボールボンド５の根元部分で切断される。これにより、ワイヤ１に対するボンディング工程が終了し、図２に示す構造が得られる。
【００３３】
以上のようなワイヤボンディング方法によれば、キャピラリー６の先端部６ａが半導体チップ２上に形成したパッシベーション膜３に接触しないので、電極パッド２ａ上に仮接合のステッチボンドが可能となり、キャピラリー６の上下動作による衝撃が、直接半導体チップ２にダメージを与えなることはない。また、仮接合のステッチボンド上部に、再度ボールボンド５を本接合でボンディングを行うことによって、ワイヤ１と電極パッド２ａとの接合安定性も向上することができる。また、平坦な電極パッド２ａの面にステッチボンドを行うので、ワイヤ１ａのボンド位置中心がずれることがない。従って、ワイヤ１は曲がったりせず、ターミナル４と電極パッド２ａとのワイヤ直進性が高まり、電極パッド２ａの間隔がファインピッチになっても、隣接するワイヤ同士で接触することはない。
【００３４】
また、従来の正ボンディングに対する逆ボンディングのメリットは、そのまま踏襲されているため、半導体チップ上のボンディング用ワイヤ高さを低くすることができ、電極パッドとターミナル間のボンディング用ワイヤ長も短くすることができる。
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施形態における半導体装置の部分断面図であり、第２の実施形態のステッチボンドで仮接合後からボンディング用ワイヤを切断する工程の他の実施形態を説明するための図である。つまり、第１の実施形態の製造工程の図１（ａ）〜（ｃ）の変形例を表わすものである。上記の第１の実施形態は、キャピラリー６の上部にあるクランパ（図示せず）で、ワイヤ１ａを挟み固定し、キャピラリー６を上方に引き上げてボンディング用ワイヤの切断を行うことである。第２の実施形態では、キャピラリー６を仮接合点から、ターミナル４（図２を参照）から電極パッド２ａに向けた水平方向に５〜１０μｍ程度動かした後、キャピラリー６を上方に引き上げてボンディング用ワイヤ１ａの切断を行う。つまり、キャピラリー６の中心がＬ１からＬ２まで水平方向にずれることになる。この結果、ステッチボンドの仮接合された接合部２ｂでは、接合面に対して水平方向に物理的な力が加わるため、電極パッド２ａとワイヤ１（１ａ）との擦れ作用が高まり、ワイヤ１（１ａ）はステッチボンドで仮接合の維持をより確実にすることができ、ステッチボンド部の根元部分でワイヤ延性により切断しやすくする効果がある。また、ワイヤループ形成の延伸効果の作用もあるため、ワイヤ１のループ形成の直進性を向上し、ループの安定化を図ることができる。図３（ｃ）以降の工程については、第１の実施形態を説明するための図１（ｄ）〜（ｆ）に示す製造工程と同様である。
（実施例３）
図４は、本発明の第３の実施形態における半導体装置の部分断面図である。図４に示すように、電極パッド２ａを形成した半導体チップ２と、電極パッド２ａ’を形成した半導体チップ２’とを、ワイヤ１で接続する場合においても、本発明の適用が可能である。この場合、実施例１に示すターミナル４に対応するものが、本実施例においては半導体チップ２’上に形成した電極パッド２ａ’とするものである。
【００３５】
半導体チップ２上の電極パッド２ａへのボンディング用ワイヤ接合方法は、実施例１又は実施例２と同様である。
【００３６】
本実施例の場合も、実施例１又は実施例２の場合と同様に、キャピラリー６の先端が半導体チップ２上に形成したパッシベーション膜３に接触しないので、電極パッド２ａ上に仮接合のステッチボンドが可能となり、キャピラリー６の上下動作による衝撃が、直接半導体チップ２にダメージを与えることはない。また、仮接合のステッチボンド上部に、再度ボールボンド５を本接合でボンディングを行うことによって、ワイヤ１と電極パッド２ａとの接合安定性も向上することができる。また、平坦な電極パッド２ａの面にステッチボンドを行うので、ワイヤ１のボンド位置中心がずれることはない。従って、ワイヤ１は曲がったりしないので、電極パッド２ａと電極パッド２ａ’とのワイヤ直進性が高まり、電極パッド２ａの間隔がファインピッチになっても、隣接するワイヤ同士で接触することはない。
（実施例４）
次に、図５〜７を用いて本発明の第４の実施形態について説明する。図５は、小型・薄型の半導体装置を示し、図６は、複数の半導体チップを積層した小型・大容量の半導体装置を示し、図７は、複数の半導体チップを平面的に並べた薄型・大容量の半導体装置の一例を示している。
【００３７】
近年、小型・高密度・多ピン化に伴い、半導体チップ上の電極パッドの配置は、ファインパッドピッチ化が進んでいる。
【００３８】
図５に示された小型・薄型の半導体装置は、基材と配線パターンと絶縁層で構成された配線基板１０８と、配線基板１０８上に搭載した半導体チップ１０２と、封止樹脂１０６と、外部電極１０７とを備える。封止樹脂１０６は、ボンディング用ワイヤ１０１と、半導体チップ１０２と、ターミナル１０４とを覆い保護している。
【００３９】
図６に示された半導体装置は、配線基板１０８上に第１の半導体チップ１０２と第２の半導体チップ１０２’とを周知の手法により積層して搭載し、小型・大容量を実現するものである。第１の半導体チップ１０２の逆ボンディングのボンディング用ワイヤ１０１は、第２の半導体チップ１０２’の正ボンディングのボンディング用ワイヤ１０１’を跨るように接続しているため、必然的に高段差でかつロングループのボンディング用ワイヤによる接続が要求される。
【００４０】
図７に示された半導体装置は、配線基板１０８上に第１の半導体チップ１０２と第２の半導体チップ１０２’とを周知の手法により平面的に搭載し、薄型・大容量を実現するものである。第１の半導体チップ１０２上の電極パッド１０２ａと、第２の半導体チップ１０２’上の電極パッド１０２’ａとの間のボンディング用ワイヤ接続を、逆ボンディングによって形成している。この結果、一旦、ターミナルを介してそれぞれの第１と第２の半導体チップ上の電極パッドに接続するものに比べて、第１と第２の半導体チップの電極パッドを直接ボンディング用ワイヤで接続することができるので、半導体チップの間隔を狭くすることができ、半導体装置の小型化を実現することができる。
【００４１】
上記のような種々の半導体装置に本発明のワイヤボンディング方法を適用することができる。その結果、キャピラリーの先端が半導体チップ上に形成したパッシベーション膜に接触しないで、電極パッド上に仮接合のステッチボンドが可能となり、キャピラリーの上下動作による衝撃が、直接半導体チップにダメージを与えることはない。
【００４２】
また、仮接合のステッチボンド上部に、ボールボンドを、再度本接合でボンディングすることによって、ボンディング用ワイヤと電極パッドとの接合安定性も向上することができる。また、平坦な電極パッドの面にステッチボンドを行うので、ボンディング用ワイヤの中心位置がずれることはない。従って、ボンディング用ワイヤは曲がったりせず、ワイヤループ直進性が高まり、電極パッドの間隔がファインピッチになっても、ボンディング用ワイヤが高段差でかつロングループ化になっても、隣接するワイヤ同士で接触することはない。
【００４３】
以上のように本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲での各種半導体装置の構造に適した実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係るワイヤボンディング方法は、ボンディング用ワイヤを曲げることがないので、隣接するワイヤ同士で接触することなく、ステッチボンドの仮接合は、ボンディングキャピラリーの先端が、例えば半導体チップ表面または電極パッド面に接触しないので、ボンディングキャピラリーの押圧力が直接印加されるのを防ぐことができる。また、ステッチボンド仮接合後、ステッチボンド上部に再度ボールボンディングにより接合するので、導電層とボンディング用ワイヤとの接合強度も向上し、接続信頼性も確保することができて、半導体装置のワイヤボンディングに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の部分断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態における半導体装置の部分断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における半導体装置の部分断面図である。
【図５】本発明係るワイヤボンディング方法を用いた小型・薄型の半導体装置を示す図である。
【図６】本発明係るワイヤボンディング方法を用いた複数の半導体チップを積層した小型・大容量の半導体装置を示す図である。
【図７】本発明係るワイヤボンディング方法を用い複数の半導体チップを平面的に並べた薄型・大容量の半導体装置を示す図である。
【図８】従来技術のワイヤボンディング方法による正ボンディング状態を示す図である。
【図９】従来技術のワイヤボンディング方法による逆ボンディング状態を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、従来技術のワイヤボンディング方法の製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、従来技術のワイヤボンディング方法に存在する問題点を示すための上面図、断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、従来技術の他のワイヤボンディング方法の製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１ａ、１０１、１０１’ ボンディング用ワイヤ
２、２’、１０２、１０２’ 半導体チップ
２ａ、２ａ’、１０２ａ、１０２’ａ 電極パッド（第２導電層）
２ｂ 接合部
３、３’、１０３、１０３’ パッシベーション膜
４、１０４ ターミナル（第１導電層）
５、７ ボールボンド
５’ ボール
６ キャピラリー
６ａ、６ｂ 先端部
６ｃ クランパ
８ ステッチボンド
１０５ 半導体チップ搭載部
１０６ 封止樹脂
１０７ 外部電極
１０８ 配線基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型・高密度・多ピン化に伴うファインピッチの半導体素子に対応可能なワイヤボンディング方法とその方法を使用して製造した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の半導体パッケージ開発のトレンドである小型・大容量化、多機能化を実現するため、パッケージ内部の半導体素子とパッケージの外部端子のワイヤ結線方法にも様々な要求がある。
【０００３】
図８は、ターミナル４と半導体チップ２上の電極パッド２ａとをワイヤボンディングによって接続する方法を採用している。この場合、半導体チップ２の電極パッド２ａ側をボールボンド７、ターミナル４側をステッチボンド８で接続する方法を採用している。ワイヤボンディング方法は、最初に第１のボンドで電極パッド２ａ上にボールボンド７を行い、ボンディング用ワイヤ１を引き回し、次に第２のボンドでターミナル４上にステッチボンド８を行う順序である（以下、正ボンディングと称する）。
【０００４】
一方、図９は、ターミナル４側をボールボンド７、半導体チップ２上の電極パッド２ａ側も別のボールボンド５を介してステッチボンド８で接続する方法を採用している。ワイヤボンディング方法は、予め電極パッド２ａ上にボールボンド５があって、最初に第１のボンドでターミナル４上にボールボンド７を行い、ボンディング用ワイヤ１を引き回し、次に第２のボンドで電極パッド２ａのボールボンド５上部にステッチボンド８を行う順序である（以下、逆ボンディングと称する）。
【０００５】
逆ボンディングでは、正ボンディングに比べ、半導体チップ面からのボンディング用ワイヤのループ高さ（Ｈ１）を低くでき、かつ電極パッドとターミナルとの水平方向の間隔（Ｄ）を短くすることができるメリットを持つものの、半導体チップ２の電極パッド２ａ上に予めボールボンディングによるボールボンド５を形成しておく必要がある。
【０００６】
なぜならば、図１１（ａ）に示すように、予めボールボンディングによるボール部を形成しないで、パッド２ａ上に直接ステッチボンディングすると、ステッチボンディング中のキャピラリー押圧荷重によって、ボンディング用ワイヤ１を被接合部に接合する際に用いるキャピラリー６の本体の先端部６ａ、同６ｂが半導体チップのパッシベーション膜３の表面、または電極パッド２ａと接触してしまい、半導体チップ２にダメージを与えるので、実施が困難であるという問題点があった。
【０００７】
これを回避するため、逆ボンディングの場合、まず、図１０（ａ）に示すように、半導体チップ２の電極パッド２ａ上に予めボールボンディング法によりボールボンド５を形成し、次にボンディング用ワイヤ１を引きちぎる。そして、図１０（ｂ）に示すように、ターミナル４とボールボンド７を介して接合された前記ボンディング用ワイヤ１を、前記キャピラリー６のホール径の中心と前記ボールボンド５の中心とが一致するように、前記ボールボンド５の上方まで引き回す。次に、図１０（ｃ）に示すように、ステッチボンディング法により前記ボンディング用ワイヤ１を前記ボールボンド５に接合させる。その後、図１０（ｄ）に示すように、前記ボールボンド５にステッチボンド８を形成した後、前記ボンディング用ワイヤ１を引きちぎる。
【０００８】
このような、逆ボンディング方法によると、前記半導体チップの電極パッド２ａには予め前記ボールボンド５が形成されており、その高さ分が嵩上げされているため、ステッチボンディング中において前記キャピラリー６による押圧荷重が加えられても、前記キャピラリー６の先端部は半導体チップ２のパッシベーション膜３の表面、または電極パッド２ａ面に接触しないで、クリアランスを確保してボンディングすることが容易となる。
【０００９】
また、前記ボールボンド５は、緩衝材としても作用し、電極パッド部に直接ステッチボンドをする場合の電極パッドとステッチボンドとの接合強度に比べ、ボールボンド５を介してステッチボンド８を形成接合する方が接合強度を向上できる機能も奏し、信頼性も高まる。
【００１０】
そして、図１２は、仮接合及び本接合を経由して、ボンディング用ワイヤをボンディングパッド２ａに接合する方法を採用している。具体的には、図１２の（ａ）に示すようにボンディング用ワイヤ１をボンディングパッド２ａに仮接合した状態で、（ｂ）に示すように、基本軌跡に従ってキャピラリー６を動作制御し、ボンディングパッド２ａ上でボンディング用ワイヤ１を屈曲させて第２のボンド５（図１２（ｃ））を形成してから、ボンディング用ワイヤ１の屈曲部をボンディングパッド２ａに本接合する。ここで、前記基本軌跡とは、具体的に、仮接合の後に、前記キャピラリー６を上方に移動させ、その後前記キャピラリー６を側方に移動させ、更に前記キャピラリー６を一旦下降させた後に上方に移動させ、その後に再び前記キャピラリー６下降させる動作を指す。そして、（ｃ）に示すように、クランパ６ｃなどでボンディング用ワイヤ１をクランプしてカットすることにより、半導体チップ２へのボンディング用ワイヤ１の接合を完成する。このような方法によると、第２のボンド５が、仮接合と本接合の２段階の接合により行われるので、第２のボンド５の接合の安定性が向上する。
【特許文献１】特開平０４−１０７８３５（１９９２年４月９日公開）
【特許文献２】特開平０４−２９４５５２（１９９２年１０月１９日公開）
【特許文献３】特開平１０−３３５３６８（１９９８年１２月１８日公開）
【特許文献４】特許第３７６２４７５（１９９６年１２月２４日公開）
【特許文献５】特開２００２−２８０４１４（２００２年９月２７日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１０（ａ）に示すように、前記ボールボンド５には、前記ボンディング用ワイヤ１がキャピラリー６のホール径（ＨＤ）およびチャンファー径（ＣＤ）に入り込まれることによるボール突起、前記ボンディング用ワイヤ１を引きちぎることによるワイヤ突起５ａが形成され、前記ワイヤ突起５ａの切断面に凹凸が形成される。そのため、図１０（ｄ）に示すように、前記ボンディング用ワイヤ１を前記ボールボンド５の上面にステッチボンド８で接合する際、前記キャピラリー６から繰り出された前記ボンディング用ワイヤ１の中心位置が、前記ボールボンド５上面の接合位置の前記ボール突起や前記ワイヤ突起５ａによってずれてしまう。
【００１２】
半導体チップ２上の隣接する電極パッド２ａの配置間隔がそれほど狭くない半導体チップに対しては問題にはならないが、近年の小型・高密度化に伴って電極パッドの間隔のファインピッチ化に対応した半導体チップ２においては、図１１（ｂ）に示すように、ターミナル４と電極パッド２ａとを接続するボンディング用ワイヤ１の中心が、ターミナル４上のボールボンド７中心と電極パッド２ａ中心とを結ぶ直線に対し、左右のどちらかに曲がってしまうと、隣接するワイヤ同士が接触するという問題がある。したがって、ターミナル４と電極パッド２ａとの距離（ワイヤ長）が長くなればなるほど、ボンディング用ワイヤの曲がり量が大きくなり、隣接するワイヤ同士が接触する危険性もさらに高くなるという問題も発生する。
【００１３】
なお、図１２に示す方法を採用すると、ボンディング用ワイヤ１を繰り返して湾曲または屈曲しなければならないので、工程上時間がかかり、さらに、仮接合されたステッチボンドの上面は、ボンディング用ワイヤ１を屈曲または湾曲して潰している構造であって、ボールボンドの構造と比べ、接合強度が弱い問題がある。
【００１４】
また、図１２に示す方法において、仮接合後ボンディングワイヤ１を屈曲または湾曲させて、再びキャピラリー６を下降させて本接合に至る接合は、キャピラリー６で押しつぶされて平面的な面積が広くなってしまい、その特性上ファインパッドピッチのような電極パッド幅が狭いものに対しては対応できない問題もある。
【００１５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、接合強度が高く、半導体チップ上の電極パッドの間隔がファインピッチの場合であっても、隣接するワイヤ同士の接触を防止し、小型・薄型化を実現する半導体装置とそのワイヤボンディング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明に係るワイヤボンディング方法は、第１導電層と第２導電層とをボンディング用ワイヤにて接続する半導体装置のワイヤボンディング方法であって、前記ボンディング用ワイヤの先端に形成した第１ボールを、第１導電層上に接合する第１工程と、前記第１工程後、キャピラリーにより前記ボンディング用ワイヤを引き出し、前記キャピラリーの先端部が前記第２導電層の表面に接触しないように維持し、前記ボンディング用ワイヤをステッチボンディング法により前記第２導電層上に接合する第２工程と、前記ボンディング用ワイヤを前記第２導電層上の接続部の根元部分で切断する第３工程と、前記ボンディング用ワイヤの先端に形成した第２ボールを、前記第３工程の切断により形成されたワイヤ切断部の上部に接合する第４工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これによれば、前記ボンディング用ワイヤを前記第２導電層上の接続部の根元部分で切断した後に前記ボンディング用ワイヤにボールを形成して接合するので、第２導電層とボンディング用ワイヤとの接合強度を向上させ、接続信頼性を確保することができる。また、ステッチボンドを半導体チップ上の電極パッド上の平坦な面に仮接合してなされるため、前記ボンディング用ワイヤのボンド位置ずれは生じることはなく、電極パッドの間隔がファインピッチになっても、ワイヤ長が長くなっても、ワイヤは曲がることがないので、隣接するワイヤ同士で接触することなく、接続することができる。
【００１８】
また、上記方法において、ステッチボンディング法による仮接合は、キャピラリーが通常のステッチボンドの数割の印加エネルギーに抑制されており、前記ステッチボンディング法による接合部分（ステッチボンド）の平面的な面積も狭い。さらに、仮接合されたステッチボンドへの第２ボールの接合（ボールボンド）は、円形形状でその接合面積も小さいため、その特性上ファインパッドピッチのボンディングに対応できる。
【００１９】
また、キャピラリーの先端部が導電層の表面に接触しないので、導電層の表面にダメージを与えない。
【００２０】
そして、前記第３工程において、前記キャピラリーを上昇させ、クランパで前記ボンディング用ワイヤを挟み固定してから、前記キャピラリーを上方に引き上げることにより、前記ボンディング用ワイヤを切断する。これによれば、前記ボンディング用ワイヤを容易に切断することができる。
【００２１】
また、前記第３工程において、前記キャピラリーを水平方向に５〜１０μｍ程度動かし、その後、上方に引き上げることにより、前記ボンディング用ワイヤを切断することが好ましい。これによれば、ステッチボンドの仮接合では、接合面に対して水平方向に物理的な力が加わるため、導電層とボンディング用ワイヤとの擦れ作用を高め、ステッチボンドで仮接合の維持をより確実にすることができる。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、第１導電層と、第２導電層と、前記第１導電層と前記第２導電層を接続するためのボンディング用ワイヤとを備え、前記第１導電層と前記ボンディング用ワイヤとを接続する第１接合部をボールボンディング法により形成し、前記第２導電層と前記ボンディング用ワイヤとを接続する第２接合部をステッチボンディング法により形成してからその根元部分で切断し、前記第２接合部の上に前記ボンディング用ワイヤをボールボンディング法により接合してなることを特徴とする。
【００２３】
これによれば、前記第１導電層と前記ボンディング用ワイヤとをボールボンディング法により接合し、前記第２導電層と前記ボンディング用ワイヤとをステッチボンディング法により接合した後、接合された部分の根元を切断し、根元で切断された接合部にボールボンディング法により前記ボンディング用ワイヤを接合したので、ボンド位置ずれが生じらなく、前記第２導電層とボンディング用ワイヤとの接合強度を向上させ、接続信頼性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るワイヤボンディング方法および半導体装置は、以上のように、ボンディング用ワイヤを導電層上の接続部の根元部分で切断した後に前記ボンディング用ワイヤにボールを形成してさらに接合するので、第２導電層とボンディング用ワイヤとの接合強度を向上させ、接続信頼性を確保することができる。また、導電層上のステッチボンドが平坦な面に仮接合してなされるため、電極パッドの間隔がファインピッチになっても、ワイヤ長が長くなっても、ワイヤは曲がることがないので、隣接するワイヤ同士で接触することなく、接続することができる。ステッチボンドの仮接合は、ボンディングキャピラリーの先端が半導体チップ表面または電極パッド面に接触しないようにすることで、ボンディングキャピラリーの押圧力が直接印加されるのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図１〜７に基づいて、本発明の好適な実施形態について、詳細に説明する。
（実施例１）
図２は、本発明の第１の実施形態における半導体装置の部分断面図である。図２に示すように、ターミナル４と半導体チップ２上の電極パッド２ａとは、ボールボンド７、ボンディング用ワイヤ１およびボールボンド５を介して接続される。半導体チップ２の最 上層表面は、絶縁のためパッシベーション膜３を形成し、パッシベーション膜３を部分開口して電極パッド２ａを形成している。
【００２６】
図１は、本発明に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。すなわち、図１（ａ）〜（ｆ）は、ワイヤボンディング方法を説明するための断面図であり、ターミナル４からボールボンド７を介して、引き回したボンディング用ワイヤ１をキャピラリー６で電極パッド２ａ上に接合する様子を工程順に表わした拡大図である。なお、ターミナル４へのボールボンド７は、周知の手法で実施しているものとする。キャピラリー６は、ワイヤボンディング工程に用いるツールであり、円筒形の中心に設けた貫通孔にボンディング用ワイヤ１を通し、キャピラリー６を任意方向に動作制御し、被接続部にボンディング用ワイヤ１を接続するものである。
【００２７】
図１（ａ）は、電極パッド２ａ上にステッチボンドで接合部２ｂを仮接合している工程の断面図である。キャピラリー６の先端部６ｂを電極パッド２ａ上のボンディング位置まで移動させて、電極パッド２ａ上にキャピラリー６の先端部６ｂでボンディング用ワイヤ１（以下、分かりやすくするために、キャピラリー６の中心に設けた貫通孔を通す部分のボンディング用ワイヤをワイヤ１ａと、ターミナル４と接続する部分のボンディング用ワイヤをワイヤ１と称する）を押圧して、ワイヤ１ａと電極パッド２ａとを接合させる。このとき、例えば半導体チップ２を１２０〜２７０℃程度に加熱し、キャピラリー６に超音波振動を印加する手法、つまり、熱と荷重に加えて超音波を併用することによりボンディングする一般的な超音波併用熱圧着ワイヤボンディング手法を用いる。この場合、キャピラリー６は、通常のステッチボンドの数割の印加エネルギーに抑制することによって、キャピラリー６の先端部６ｂと半導体チップ２に形成したパッシベーション膜３とが接触しないように動作制御する。これで、ステッチボンディング法によるワイヤ１ａと電極パッド２ａとの仮接合を完成する。
【００２８】
上記のように、ワイヤ１ａを、電極パッド２ａ上にステッチボンディング法により仮接合し、図１（ｂ）の矢印の方向にキャピラリー６を上昇させると、キャピラリー６の先端部６ｂと仮接合された接合部２ｂとが離れる状態となる。このとき、ワイヤ１ａのキャピラリー６の先端で押圧された部位は、平面的に押し潰された状態になる。上記のように、通常のステッチボンドの数割の印加エネルギーに抑制しているので、押し潰される面積は、通常のステッチボンドの平面的な面積に比べて少ないものとなる。
【００２９】
次に、図１（ｃ）に示すように、キャピラリー６の上部にあるクランパ（図示せず）で、ワイヤ１ａを挟み固定し、キャピラリー６を矢印の方向にさらに引き上げることにより、ワイヤ１を、ステッチボンドで仮接合を維持したままで、ステッチボンド部の根元部分で切断される。
【００３０】
次に、図１（ｄ）に示すように、スパーク電極（図示せず）とキャピラリー６の貫通孔から繰り出されたワイヤ１ａとでスパーク放電を起こすと、キャピラリー６の下方部でボール５'を形成する。
【００３１】
次に、図１（ｅ）に示すように、キャピラリー６を矢印のように下方に移動させ、前記ボール５'を、電極パッド２ａ上に形成したステッチボンド上部にボールボンディング法により本接合する。このとき、本接合は、一般的な超音波併用熱圧着ワイヤボンディング手法により、電極パッド２ａ上にステッチボンドを介してボールボンド５を形成し、電極パッド２ａとワイヤ１の接合をする。これにより、ボンディング用ワイヤ１と電極パッド２ａとの接合を確実にする。
【００３２】
次に、図１（ｆ）に示すように、キャピラリー６の上部にあるクランパ（図示せず）で、ワイヤ１ａを挟み引くようにすると、ワイヤ１ａは、ボールボンド５の根元部分で切断される。これにより、ワイヤ１に対するボンディング工程が終了し、図２に示す構造が得られる。
【００３３】
以上のようなワイヤボンディング方法によれば、キャピラリー６の先端部６ａが半導体チップ２上に形成したパッシベーション膜３に接触しないので、電極パッド２ａ上に仮接合のステッチボンドが可能となり、キャピラリー６の上下動作による衝撃が、直接半導体チップ２にダメージを与えなることはない。また、仮接合のステッチボンド上部に、再度ボールボンド５を本接合でボンディングを行うことによって、ワイヤ１と電極パッド２ａとの接合安定性も向上することができる。また、平坦な電極パッド２ａの面にステッチボンドを行うので、ワイヤ１ａのボンド位置中心がずれることがない。従って、ワイヤ１は曲がったりせず、ターミナル４と電極パッド２ａとのワイヤ直進性が高まり、電極パッド２ａの間隔がファインピッチになっても、隣接するワイヤ同士で接触することはない。
【００３４】
また、従来の正ボンディングに対する逆ボンディングのメリットは、そのまま踏襲されているため、半導体チップ上のボンディング用ワイヤ高さを低くすることができ、電極パッドとターミナル間のボンディング用ワイヤ長も短くすることができる。
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施形態における半導体装置の部分断面図であり、第２の実施形態のステッチボンドで仮接合後からボンディング用ワイヤを切断する工程の他の実施形態を説明するための図である。つまり、第１の実施形態の製造工程の図１（ａ）〜（ｃ）の変形例を表わすものである。上記の第１の実施形態は、キャピラリー６の上部にあるクランパ（図示せず）で、ワイヤ１ａを挟み固定し、キャピラリー６を上方に引き上げてボンディング用ワイヤの切断を行うことである。第２の実施形態では、キャピラリー６を仮接合点から、ターミナル４（図２を参照）から電極パッド２ａに向けた水平方向に５〜１０μｍ程度動かした後、キャピラリー６を上方に引き上げてボンディング用ワイヤ１ａの切断を行う。つまり、キャピラリー６の中心がＬ１からＬ２まで水平方向にずれることになる。この結果、ステッチボンドの仮接合された接合部２ｂでは、接合面に対して水平方向に物理的な力が加わるため、電極パッド２ａとワイヤ１（１ａ）との擦れ作用が高まり、ワイヤ１（１ａ）はステッチボンドで仮接合の維持をより確実にすることができ、ステッチボンド部の根元部分でワイヤ延性により切断しやすくする効果がある。また、ワイヤループ形成の延伸効果の作用もあるため、ワイヤ１のループ形成の直進性を向上し、ループの安定化を図ることができる。図３（ｃ）以降の工程については、第１の実施形態を説明するための図１（ｄ）〜（ｆ）に示す製造工程と同様である。
（実施例３）
図４は、本発明の第３の実施形態における半導体装置の部分断面図である。図４に示すように、電極パッド２ａを形成した半導体チップ２と、電極パッド２ａ’を形成した半導体チップ２’とを、ワイヤ１で接続する場合においても、本発明の適用が可能である。この場合、実施例１に示すターミナル４に対応するものが、本実施例においては半導体チップ２’上に形成した電極パッド２ａ’とするものである。
【００３５】
半導体チップ２上の電極パッド２ａへのボンディング用ワイヤ接合方法は、実施例１又は実施例２と同様である。
【００３６】
本実施例の場合も、実施例１又は実施例２の場合と同様に、キャピラリー６の先端が半導体チップ２上に形成したパッシベーション膜３に接触しないので、電極パッド２ａ上に仮接合のステッチボンドが可能となり、キャピラリー６の上下動作による衝撃が、直接半導体チップ２にダメージを与えることはない。また、仮接合のステッチボンド上部に、再度ボールボンド５を本接合でボンディングを行うことによって、ワイヤ１と電極パッド２ａとの接合安定性も向上することができる。また、平坦な電極パッド２ａの面にステッチボンドを行うので、ワイヤ１のボンド位置中心がずれることはない。従って、ワイヤ１は曲がったりしないので、電極パッド２ａと電極パッド２ａ’とのワイヤ直進性が高まり、電極パッド２ａの間隔がファインピッチになっても、隣接するワイヤ同士で接触することはない。
（実施例４）
次に、図５〜７を用いて本発明の第４の実施形態について説明する。図５は、小型・薄型の半導体装置を示し、図６は、複数の半導体チップを積層した小型・大容量の半導体装置を示し、図７は、複数の半導体チップを平面的に並べた薄型・大容量の半導体装置の一例を示している。
【００３７】
近年、小型・高密度・多ピン化に伴い、半導体チップ上の電極パッドの配置は、ファインパッドピッチ化が進んでいる。
【００３８】
図５に示された小型・薄型の半導体装置は、基材と配線パターンと絶縁層で構成された配線基板１０８と、配線基板１０８上に搭載した半導体チップ１０２と、封止樹脂１０６と、外部電極１０７とを備える。封止樹脂１０６は、ボンディング用ワイヤ１０１と、半導体チップ１０２と、ターミナル１０４とを覆い保護している。
【００３９】
図６に示された半導体装置は、配線基板１０８上に第１の半導体チップ１０２と第２の半導体チップ１０２’とを周知の手法により積層して搭載し、小型・大容量を実現するものである。第１の半導体チップ１０２の逆ボンディングのボンディング用ワイヤ１０１は、第２の半導体チップ１０２’の正ボンディングのボンディング用ワイヤ１０１’を跨るように接続しているため、必然的に高段差でかつロングループのボンディング用ワイヤによる接続が要求される。
【００４０】
図７に示された半導体装置は、配線基板１０８上に第１の半導体チップ１０２と第２の半導体チップ１０２’とを周知の手法により平面的に搭載し、薄型・大容量を実現するものである。第１の半導体チップ１０２上の電極パッド１０２ａと、第２の半導体チップ１０２’上の電極パッド１０２’ａとの間のボンディング用ワイヤ接続を、逆ボンディングによって形成している。この結果、一旦、ターミナルを介してそれぞれの第１と第２の半導体チップ上の電極パッドに接続するものに比べて、第１と第２の半導体チップの電極パッドを直接ボンディング用ワイヤで接続することができるので、半導体チップの間隔を狭くすることができ、半導体装置の小型化を実現することができる。
【００４１】
上記のような種々の半導体装置に本発明のワイヤボンディング方法を適用することができる。その結果、キャピラリーの先端が半導体チップ上に形成したパッシベーション膜に接触しないで、電極パッド上に仮接合のステッチボンドが可能となり、キャピラリーの上下動作による衝撃が、直接半導体チップにダメージを与えることはない。
【００４２】
また、仮接合のステッチボンド上部に、ボールボンドを、再度本接合でボンディングすることによって、ボンディング用ワイヤと電極パッドとの接合安定性も向上することができる。また、平坦な電極パッドの面にステッチボンドを行うので、ボンディング用ワイヤの中心位置がずれることはない。従って、ボンディング用ワイヤは曲がったりせず、ワイヤループ直進性が高まり、電極パッドの間隔がファインピッチになっても、ボンディング用ワイヤが高段差でかつロングループ化になっても、隣接するワイヤ同士で接触することはない。
【００４３】
以上のように本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲での各種半導体装置の構造に適した実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係るワイヤボンディング方法は、ボンディング用ワイヤを曲げることがないので、隣接するワイヤ同士で接触することなく、ステッチボンドの仮接合は、ボンディングキャピラリーの先端が、例えば半導体チップ表面または電極パッド面に接触しないので、ボンディングキャピラリーの押圧力が直接印加されるのを防ぐことができる。また、ステッチボンド仮接合後、ステッチボンド上部に再度ボールボンディングにより接合するので、導電層とボンディング用ワイヤとの接合強度も向上し、接続信頼性も確保することができて、半導体装置のワイヤボンディングに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の部分断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態における半導体装置の部分断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における半導体装置の部分断面図である。
【図５】本発明係るワイヤボンディング方法を用いた小型・薄型の半導体装置を示す図である。
【図６】本発明係るワイヤボンディング方法を用いた複数の半導体チップを積層した小型・大容量の半導体装置を示す図である。
【図７】本発明係るワイヤボンディング方法を用い複数の半導体チップを平面的に並べた薄型・大容量の半導体装置を示す図である。
【図８】従来技術のワイヤボンディング方法による正ボンディング状態を示す図である。
【図９】従来技術のワイヤボンディング方法による逆ボンディング状態を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、従来技術のワイヤボンディング方法の製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、従来技術のワイヤボンディング方法に存在する問題点を示すための上面図、断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、従来技術の他のワイヤボンディング方法の製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１ａ、１０１、１０１’ ボンディング用ワイヤ
２、２’、１０２、１０２’ 半導体チップ
２ａ、２ａ’、１０２ａ、１０２’ａ 電極パッド（第２導電層）
２ｂ 接合部
３、３’、１０３、１０３’ パッシベーション膜
４、１０４ ターミナル（第１導電層）
５、７ ボールボンド
５’ ボール
６ キャピラリー
６ａ、６ｂ 先端部
６ｃ クランパ
８ ステッチボンド
１０５ 半導体チップ搭載部
１０６ 封止樹脂
１０７ 外部電極
１０８ 配線基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電層と第２導電層とをボンディング用ワイヤにて接続する半導体装置のワイヤボンディング方法であって、
前記ボンディング用ワイヤの先端に形成した第１ボールを前記第１導電層の上に接合する第１工程と、
前記第１工程が完了後、キャピラリーにより前記ボンディング用ワイヤを引き出し、前記キャピラリーの先端部が前記第２導電層の表面に接触しないように維持し、前記ボンディング用ワイヤをステッチボンディング法により前記第２導電層の上に接合する第２工程と、
前記ボンディング用ワイヤを前記第２導電層の上の接続部の根元部分で切断する第３工程と、
前記ボンディング用ワイヤの切断された側の先端に形成した第２ボールを、前記第３工程の切断により形成されたワイヤ切断部の上部に接合する第４工程と、を備えることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】
前記第３工程において、前記キャピラリーを上昇させ、クランパで前記ボンディング用ワイヤを挟み固定し、再度、前記キャピラリーを上方に引き上げることにより、前記ボンディング用ワイヤを切断することを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング方法。
【請求項３】
前記第３工程において、前記キャピラリーを水平方向に５〜１０μｍ程度動かし、その後、上方に引き上げることにより、前記ボンディング用ワイヤを切断することを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング方法。
【請求項４】
前記第２工程において、超音波併用熱圧着のワイヤボンディング手法を用いて接合を行なうことを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項５】
第１導電層と、第２導電層と、前記第１導電層と前記第２導電層を接続するためのボンディング用ワイヤとを備える半導体装置であって、
前記第１導電層と前記ボンディング用ワイヤとを接続する第１接合部をボールボンディング法により形成し、
前記第２導電層と前記ボンディング用ワイヤとを接続する第２接合部をステッチボンディング法により形成してからその根元部分で切断し、
前記第２接合部の上に前記ボンディング用ワイヤをボールボンディング法により接合してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
第１導電層と第２導電層とをボンディング用ワイヤにて接続する半導体装置のワイヤボンディング方法であって、
前記ボンディング用ワイヤの先端に形成した第１ボールを前記第１導電層の上に接合する第１工程と、
前記第１工程が完了後、キャピラリーにより前記ボンディング用ワイヤを引き出し、前記キャピラリーの先端部が前記第２導電層の表面に接触しないように維持し、前記ボンディング用ワイヤをステッチボンディング法により前記第２導電層の上に接合する第２工程と、
前記ボンディング用ワイヤを前記第２導電層の上の接続部の根元部分で切断する第３工程と、
前記ボンディング用ワイヤの切断された側の先端に形成した第２ボールを、前記第３工程の切断により形成されたワイヤ切断部の上部に接合する第４工程と、を備えることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】
前記第３工程において、前記キャピラリーを上昇させ、クランパで前記ボンディング用ワイヤを挟み固定し、再度、前記キャピラリーを上方に引き上げることにより、前記ボンディング用ワイヤを切断することを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング方法。
【請求項３】
前記第３工程において、前記キャピラリーを水平方向に５〜１０μｍ程度動かし、その後、上方に引き上げることにより、前記ボンディング用ワイヤを切断することを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング方法。
【請求項４】
前記第２工程において、超音波併用熱圧着のワイヤボンディング手法を用いて接合を行なうことを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項５】
第１導電層と、第２導電層と、前記第１導電層と前記第２導電層を接続するためのボンディング用ワイヤとを備える半導体装置であって、
前記第１導電層と前記ボンディング用ワイヤとを接続する第１接合部をボールボンディング法により形成し、
前記第２導電層と前記ボンディング用ワイヤとを接続する第２接合部をステッチボンディング法により形成してからその根元部分で切断し、
前記第２接合部の上に前記ボンディング用ワイヤをボールボンディング法により接合してなることを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−７３７４７（Ｐ２０１０−７３７４７Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６９１１（Ｐ２００８−２３６９１１）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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