半導体装置およびその製造方法
【課題】パッドに加わるダメージを抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、極めて小さくなる。つまり、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも充分に小さくなる。この結果、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合においては、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさを充分小さくすることができ、パッド剥がれを防止することができる。
【解決手段】インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、極めて小さくなる。つまり、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも充分に小さくなる。この結果、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合においては、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさを充分小さくすることができ、パッド剥がれを防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、半導体チップの表面上に配置されたパッドに銅ワイヤをボンディングした半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００９−１９４１３６号公報（特許文献１）には、キャピラリのインナチャンファアングルが６０度や１２０度であることが記載されている。そして、キャピラリをボールごとボンディングパッドに押し付けてボンディング荷重を印加するとともに、ボンディングパッドの表面に平行な方向に、キャピラリを介して超音波振動を供給することにより、ボンディングパッド上に圧着ボールを形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９４１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体素子と多層配線を形成した半導体チップと、この半導体チップを覆うように形成されたパッケージから形成されている。パッケージには、（１）半導体チップに形成されている半導体素子と外部回路とを電気的に接続するという機能や、（２）湿度や温度などの外部環境から半導体チップを保護し、振動や衝撃による破損や半導体チップの特性劣化を防止する機能がある。さらに、パッケージには、（３）半導体チップのハンドリングを容易にするといった機能や、（４）半導体チップの動作時における発熱を放散し、半導体素子の機能を最大限に発揮させる機能なども合わせ持っている。
【０００５】
パッケージでは、例えば、半導体チップ上に形成されている半導体素子と外部回路とを電気的に接続するという機能を実現するために、半導体チップを配線板上に搭載し、半導体チップ上に形成されているパッドと、配線板上に形成されている端子とをワイヤで接続することが行なわれている。このとき、パッドと端子とを接続するワイヤには、例えば、金を材料とする金ワイヤが用いられている。
【０００６】
ところが、近年、金の価格が上昇してきていることから、半導体装置の製造工程における直材費を抑制するため、金よりも価格の安い銅からなる銅ワイヤを使用することが検討されている。特に、銅ワイヤは、コストだけでなく、金ワイヤよりも電気抵抗率が低いという特性を有していることから、電気的特性も優れており、注目されている。
【０００７】
ここで、半導体チップ上に形成されているパッドと、配線板に形成されている端子とをワイヤで接続する場合、まず、キャピラリの先端部に初期ボールを形成し、その後、キャピラリの先端部に形成されている初期ボールをパッド上に押し付ける。具体的には、キャピラリによる荷重と超音波振動によって、初期ボールをパッド上に押し付ける。これにより、初期ボールが変形し、パッドとの接触面積を充分に確保できる圧着ボールが形成される。その後、キャピラリを配線板の端子へ移動させながらワイヤを引き出し、キャピラリによって配線板の端子へワイヤをボンディングすることにより、パッドと端子がワイヤで接続されることになる。
【０００８】
このように、パッド上に圧着ボールを形成する場合、キャピラリによる荷重と超音波振動を初期ボールに印加する必要がある。しかし、銅は、金よりも硬く、かつ、金は酸化されないのに対し、銅は酸化される。このため、初期ボールを変形させるとともに酸化膜を除去するために印加される荷重および超音波振動は、金ワイヤを使用する場合よりも銅ワイヤを使用する場合のほうが大きくなる。したがって、銅ワイヤを使用する場合には、パッドに加わるダメージが大きくなる問題点が発生する。
【０００９】
本発明の目的は、パッドに加わるダメージを抑制することができる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
代表的な実施の形態における半導体装置の製造方法は、キャピラリの先端部に形成した初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、パッドと圧着ボールとを電気的に接続する工程を含む。ここで、圧着ボールは、パッドと接続された第１部分、第１部分の上に位置する第２部分、および、第２部分の上に位置し、キャピラリから引き出された銅ワイヤが接続された第３部分を有する。そして、圧着ボールの第２部分を形成するキャピラリのインナチャンファ部の広がり角度は、９０度より小さいことを特徴とするものである。
【００１３】
また、代表的な実施の形態における半導体装置の製造方法は、キャピラリの先端部に形成した初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、パッドと圧着ボールとを電気的に接続する工程を含む。ここで、圧着ボールは、パッドと接続された第１部分、第１部分の上に位置する第２部分、および、第２部分の上に位置し、キャピラリから引き出された銅ワイヤが接続された第３部分を有する。そして、圧着ボールの第３部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とするものである。
【００１４】
代表的な実施の形態における半導体装置は、パッド上に形成された銅からなる圧着ボールを備える。ここで、圧着ボールは、パッドと接続された第１部分、第１部分の上に位置する第２部分、および、第２部分の上に位置する第３部分を有する。そして、第２部分の広がり角度は、９０度より小さいことを特徴とするものである。
【００１５】
また、代表的な実施の形態における半導体装置は、パッド上に形成された銅からなる圧着ボールを備える。ここで、圧着ボールは、パッドと接続された第１部分、第１部分の上に位置する第２部分、および、第２部分の上に位置する第３部分を有する。そして、圧着ボールの第３部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１７】
パッドに加わるダメージを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＢＧＡパッケージからなる半導体装置を上面から見た平面図である。
【図２】半導体装置を上面から見た図であり、樹脂を透視して示す図である。
【図３】実施の形態１における半導体装置を裏面から見た図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図５】ＢＧＡパッケージからなる半導体装置を製造する工程の流れを示すフローチャートである。
【図６】ＱＦＰパッケージからなる半導体装置を上面から見た平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図８】半導体チップに集積回路を形成した後、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置を製造する工程の流れを示すフローチャートである。
【図９】ワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１０】図９に続くワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１１】図１０に続くワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１２】図１１に続くワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１３】図１２に続くワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１４】本発明者が見出した課題を説明する図である。
【図１５】本発明者が見出した課題を説明する図である。
【図１６】本発明者が見出した課題を説明する図である。
【図１７】金ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図１８】金からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図１９】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図２０】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図２１】銅からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図２２】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図２３】キャピラリの外観構成を示す図である。
【図２４】図２３の一部領域を拡大した図である。
【図２５】キャピラリによってパッド上に圧着ボールを形成する様子を示す図である。
【図２６】（ａ）は、インナチャンファ部の広がり角度が９０度よりも大きい場合を示しており、（ｂ）は、インナチャンファ部の広がり角度が９０度の場合を示しており、（ｃ）は、インナチャンファ部の広がり角度が９０度よりも小さい場合を示している。
【図２７】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図２８】実施の形態１において、銅からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図２９】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図３０】一般的なワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図３１】実施の形態１におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図３２】半導体チップ上に形成された複数のスタッドバンプ電極を示す図である。
【図３３】スタッドバンプ電極を形成した半導体チップを配線基板に実装する一例を示す図である。
【図３４】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図３５】実施の形態２において、銅からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図３６】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図３７】実施の形態２におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図３８】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図３９】従来のキャピラリの先端部の形状を示す図である。
【図４０】実施の形態３で使用するキャピラリの先端部の形状を示す図である。
【図４１】（ａ）〜（ｃ）は、従来のキャピラリを使用したワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図４２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３におけるキャピラリを使用したワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図４３】実施の形態３におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図４４】変形例における圧着ボールの構造を示す図である。
【図４５】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図４６】実施の形態４において、銅からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図４７】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図４８】実施の形態４におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図４９】パッドの下層に存在する複数の層間絶縁膜の構成を示す断面図である。
【図５０】ワイヤボンディング工程を示す図である。
【図５１】図５０に続くワイヤボンディング工程を示す図である。
【図５２】比較的パッド剥がれが生じにくいパッド構造におけるワイヤボンディング工程を示す図である。
【図５３】比較的パッド剥がれが生じやすいパッド構造におけるワイヤボンディング工程を示す図である。
【図５４】パッドを構成するバリア導体膜の厚さが薄くなる製造工程の流れを示すフローチャートである。
【図５５】パッドを構成するバリア導体膜の厚さが厚くなる製造工程の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２０】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２２】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２３】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２４】
（実施の形態１）
＜半導体装置（ＢＧＡパッケージ）の構成例＞
半導体装置のパッケージ構造には、例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージやＱＦＰ（Quad Flat Package）パッケージなどのように様々な種類がある。本発明の技術的思想は、これらのパッケージに適用可能であり、以下に、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置の構成例と、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置の構成例について説明する。
【００２５】
まず、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置の構成例について図面を参照しながら説明する。図１は、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置ＳＡ１を上面から見た平面図である。図１に示すように、本実施の形態における半導体装置ＳＡ１は矩形形状をしており、半導体装置ＳＡ１の上面は樹脂（封止体）ＭＲで覆われている。
【００２６】
続いて、図２は、半導体装置ＳＡ１を上面から見た図であり、樹脂ＭＲを透視して示す図である。図２に示すように、半導体装置ＳＡ１の樹脂ＭＲを透視した内部には、矩形形状の配線基板ＷＢが存在しており、この配線基板ＷＢ上に半導体チップＣＨＰが配置されている。この半導体チップＣＨＰも矩形形状をしている。半導体チップＣＨＰの大きさは、配線基板ＷＢの大きさよりも小さくなっており、半導体チップＣＨＰは平面的に配線基板ＷＢに内包されるように配置されている。特に、半導体チップＣＨＰの四辺がそれぞれ配線基板ＷＢの四辺と互いに並行するように配置されている。
【００２７】
上述した半導体チップＣＨＰには集積回路が形成されている。具体的に、半導体チップＣＨＰを構成する半導体基板には、複数のＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子が形成されている。そして、半導体基板の上層には層間絶縁膜を介して多層配線が形成されており、これらの多層配線が半導体基板に形成されている複数のＭＯＳＦＥＴと電気的に接続されて集積回路が構成されている。つまり、半導体チップＣＨＰは、複数のＭＯＳＦＥＴが形成されている半導体基板と、この半導体基板の上方に形成された多層配線を有している。このように半導体チップＣＨＰには、複数のＭＯＳＦＥＴと多層配線によって集積回路が形成されているが、この集積回路と外部回路とのインタフェースをとるために、半導体チップＣＨＰにはパッドＰＤが形成されている。このパッドＰＤは、多層配線の最上層に形成されている最上層配線の一部を露出することにより形成されている。
【００２８】
図２に示すように、半導体チップＣＨＰの主面（表面、上面）には、複数のパッドＰＤが形成されている。具体的に、矩形形状をした半導体チップＣＨＰの四辺のそれぞれに沿うように複数のパッドＰＤが形成されている。そして、半導体チップＣＨＰに形成されている複数のパッドＰＤと相対するように配線基板ＷＢの四辺のそれぞれに沿って複数のランド端子ＬＤ１が形成されている。そして、半導体チップＣＨＰに形成されているパッドＰＤは、配線基板ＷＢに形成されているランド端子ＬＤ１と、導電性部材を介して電気的に接続されている。なお、本実施の形態における導電性部材は、例えば、銅（Ｃｕ）からなるワイヤＷである。
【００２９】
次に、図３は、本実施の形態１における半導体装置ＳＡ１を裏面から見た図である。図３に示すように、半導体装置ＳＡ１の裏面には、複数の半田ボールＳＢがアレイ状（行列状）に配置されている。この半田ボールＳＢは半導体装置ＳＡ１の外部接続端子として機能するものである。
【００３０】
図４は、図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図４において、配線基板ＷＢの上面にはランド端子ＬＤ１が形成されている一方、配線基板ＷＢの下面には端子（バンプランド、電極）ＬＤ２が形成されている。配線基板ＷＢの内部には多層配線およびビアが形成されており、配線基板ＷＢの上面に形成されているランド端子ＬＤ１と、配線基板ＷＢの下面に形成されている端子ＬＤ２とは、配線基板ＷＢの内部に形成されている多層配線と、ビアの内部に形成されたビア配線とによって電気的に接続されている。配線基板ＷＢの下面に形成されている端子ＬＤ２はアレイ状に配置されており、この端子ＬＤ２上に半田ボールＳＢが搭載される。これにより、配線基板ＷＢの裏面（下面）には、端子ＬＤ２と接続された半田ボールＳＢがアレイ状に配置される。
【００３１】
配線基板ＷＢの上面（表面、主面）には、半導体チップＣＨＰが搭載されており、この半導体チップＣＨＰは、配線基板ＷＢと絶縁性の接着材ＡＤで接着されている。そして、半導体チップＣＨＰの主面に形成されているパッドＰＤと、配線基板ＷＢの上面に形成されているランド端子ＬＤ１とはワイヤＷで接続されている。さらに、配線基板ＷＢの上面には半導体チップＣＨＰおよびワイヤＷを覆うように樹脂（封止体）ＭＲが形成されている。
【００３２】
このように構成されている半導体装置ＳＡ１によれば、半導体チップＣＨＰに形成されているパッドＰＤがワイヤＷを介して配線基板ＷＢに形成されたランド端子ＬＤ１に接続され、このランド端子ＬＤ１は、配線基板ＷＢの内部に形成されている配線およびビア配線によって、配線基板ＷＢの裏面に形成されている端子ＬＤ２と電気的に接続される。したがって、半導体チップＣＨＰに形成されている集積回路は、パッドＰＤ→ワイヤＷ→ランド端子ＬＤ１→端子ＬＤ２→半田ボールＳＢの経路で最終的に半田ボールＳＢと接続されていることがわかる。このことから、半導体装置ＳＡ１に形成されている半田ボールＳＢへ外部回路を電気的に接続することにより、半導体チップＣＨＰに形成されている集積回路と外部回路とを接続することができることがわかる。
【００３３】
＜半導体装置（ＢＧＡパッケージ）の製造方法＞
ＢＧＡパッケージからなる半導体装置ＳＡ１は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について簡単に説明する。図５は、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置ＳＡ１を製造する工程の流れを示すフローチャートである。
【００３４】
まず、半導体基板（半導体ウェハ）のそれぞれのチップ領域上に半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ）、多層配線およびパッドを形成する。そして、半導体基板の裏面研削を実施して半導体基板の厚さを薄くした後、半導体基板に形成されているチップ領域をダイシングすることにより、複数の半導体チップを形成する。
【００３５】
次に、表面に複数のランド端子が形成され、表面とは反対側の裏面に複数の端子が形成された配線基板を用意する。そして、配線基板の表面に存在するチップ搭載部（チップ搭載領域）に接着材を塗布する。その後、配線基板のチップ搭載部上に塗布した接着材を介して半導体チップを搭載する（ダイボンディング工程）（Ｓ１０１）。
【００３６】
続いて、半導体チップに形成されているパッドと、配線基板に形成されているランド端子とをワイヤで接続する（ワイヤボンディング工程）（Ｓ１０２）。具体的には、まず、キャピラリを半導体チップに形成されているパッドに押し付けてボンディングする（ファーストボンディング）。その後、キャピラリを移動させて、配線基板に形成されているランド端子にワイヤをボンディングする（セカンドボンディング）。このようにして、半導体チップに形成されているパッドと、配線基板に形成されているランド端子とをワイヤで接続することができる。
【００３７】
次に、半導体チップ、ワイヤ、配線基板の表面を覆うように、例えば、樹脂からなる封止体を形成する（モールド工程）（Ｓ１０３）。その後、配線基板の裏面に形成されている端子に、例えば、半田からなる半田ボール（外部接続端子）を取り付ける（半田ボール取り付け工程）（Ｓ１０４）。そして、封止体の表面に、例えば、レーザによって製造番号などからなるマークを刻印する（マーキング工程）（Ｓ１０５）。このようにして製造された半導体装置ＳＡ１は、最終的に検査を実施することにより（テスティング工程）（Ｓ１０６）、良品と不良品が選別され、良品と判断された半導体装置ＳＡ１が出荷される。
【００３８】
上述した半導体装置ＳＡ１は、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置であるが、本発明の技術的思想を適用できるパッケージ形態はこれに限らない。例えば、半導体チップを搭載する基材（配線板）として配線基板ではなくリードフレームを使用するパッケージ形態にも適用することができる。具体的に、本発明の技術的思想は、ＱＦＰパッケージやＱＦＮパッケージにも幅広く適用することができる。特に、以下では、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置の構成例について説明する。
【００３９】
＜半導体装置（ＱＦＰパッケージ）の構成例＞
まず、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置の構成について図面を参照しながら説明する。図６は、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置ＳＡ２を上面から見た平面図である。図６に示すように、半導体装置ＳＡ２は矩形形状をしており、半導体装置ＳＡ２の上面は樹脂（封止体）ＲＭで覆われている。そして、樹脂ＲＭの外形を規定する四辺から外側に向ってアウターリードＯＬが突き出ている。
【００４０】
続いて、半導体装置ＳＡ２の内部構造について説明する。図７は、図６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図７に示すように、チップ搭載部ＴＡＢの裏面は樹脂ＲＭで覆われている。一方、チップ搭載部ＴＡＢの上面には半導体チップＣＨＰが搭載されており、半導体チップＣＨＰの主面にはパッドＰＤが形成されている。そして、半導体チップＣＨＰに形成されているパッドＰＤは、インナーリードＩＬとワイヤＷで電気的に接続されている。これらの半導体チップＣＨＰ、ワイヤＷおよびインナーリードＩＬは樹脂ＲＭで覆われており、インナーリードＩＬと一体化しているアウターリードＯＬが樹脂ＲＭから突き出ている。樹脂ＲＭから突き出ているアウターリードＯＬは、ガルウィング形状に成形されており、その表面にめっき膜ＰＦが形成されている。
【００４１】
チップ搭載部ＴＡＢ、インナーリードＩＬ、および、アウターリードＯＬは、例えば、銅材や鉄とニッケルとの合金である４２アロイ（４２Alloy）などから形成されており、ワイヤＷは、例えば、銅線から形成されている。半導体チップＣＨＰは、例えば、シリコンや化合物半導体（ＧａＡｓなど）から形成されており、この半導体チップＣＨＰには、ＭＯＳＦＥＴなどの複数の半導体素子が形成されている。そして、半導体素子の上方に層間絶縁膜を介して多層配線が形成されており、この多層配線の最上層に多層配線と接続されるパッドＰＤが形成されている。したがって、半導体チップＣＨＰに形成されている半導体素子は、多層配線を介してパッドＰＤと電気的に接続されていることになる。つまり、半導体チップＣＨＰに形成されている半導体素子と多層配線により集積回路が形成され、この集積回路と半導体チップＣＨＰの外部とを接続する端子として機能するものがパッドＰＤである。このパッドＰＤは、ワイヤＷでインナーリードＩＬと接続され、インナーリードＩＬと一体的に形成されているアウターリードＯＬと接続されている。このことから、半導体チップＣＨＰに形成されている集積回路は、パッドＰＤ→ワイヤＷ→インナーリードＩＬ→アウターリードＯＬ→外部接続機器の経路によって、半導体装置ＳＡ２の外部と電気的に接続することができることがわかる。つまり、半導体装置ＳＡ２に形成されているアウターリードＯＬから電気信号を入力することにより、半導体チップＣＨＰに形成されている集積回路を制御することができることがわかる。また、集積回路からの出力信号をアウターリードＯＬから外部へ取り出すこともできることがわかる。
【００４２】
＜半導体装置（ＱＦＰパッケージ）の製造方法＞
ＱＦＰパッケージからなる半導体装置ＳＡ２は上記のように構成されており、以下に、その製造方法について簡単に説明する。図８は、半導体チップに集積回路を形成した後、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置を製造する工程の流れを示すフローチャートである。まず、リードフレームに形成されているチップ搭載部に半導体チップを搭載した後（Ｓ２０１のダイボンディング）、半導体チップに形成されているパッドとインナーリードとをワイヤで接続する（Ｓ２０２のワイヤボンディング）。その後、チップ搭載部、半導体チップ、ワイヤ、インナーリードを樹脂で封止する（Ｓ２０３のモールド）。そして、リードフレームに形成されているダムを切断した後（Ｓ２０４のダム切断）、樹脂から露出しているアウターリードの表面にめっき膜を形成する（Ｓ２０５のめっき）。続いて、樹脂の表面にマークを形成した後（Ｓ２０６のマークキング）、樹脂から突き出ているアウターリードを成形する（Ｓ２０７のリード成形）。このようにして半導体装置ＳＡ２を形成した後、電気的特性検査が実施され（Ｓ２０８のテスティング）、良品と判断された半導体装置ＳＡ２が製品として出荷される。
【００４３】
＜ワイヤボンディング工程の詳細＞
上述したように、半導体装置のパッケージ構造例として、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置ＳＡ１と、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置ＳＡ２を挙げたが、本発明の技術的思想は、両方に共通するワイヤボンディング工程（図５のＳ１０２、図８のＳ２０２）に関するものである。そこで、以下では、ワイヤボンディング工程の詳細について説明し、その後、本発明者が見出した課題、この課題を解決する工夫を施した実施の形態１における技術的思想の順で説明する。
【００４４】
まず、上述したワイヤボンディング工程の詳細について、図面を参照しながら説明する。図９に示すように、放電トーチＴＣＨによる放電により、キャピラリＣＡＰから引き出されるワイヤＷの先端部に初期ボールＩＢＬを形成する。
【００４５】
そして、図１０に示すように、配線基板ＷＢに搭載された半導体チップＣＨＰのパッドＰＤ上に、キャピラリＣＡＰの先端部に形成されている初期ボールＩＢＬをボンディングする（ファーストボンディング）。このとき、キャピラリＣＡＰには、荷重および超音波振動が印加されており、半導体チップＣＨＰのパッドＰＤ上に着地した初期ボールＩＢＬは、キャピラリＣＡＰに加えられている荷重および超音波振動によって変形し、パッドＰＤとの接触面積が大きい圧着ボールＰＢＬが形成される。
【００４６】
次に、図１１に示すように、半導体チップＣＨＰ上のパッドＰＤが形成されている位置から、キャピラリＣＡＰからワイヤＷを引き出しながら、キャピラリＣＡＰを移動させる。そして、図１２に示すように、配線基板ＷＢに形成されているランド端子ＬＤ１にワイヤＷをボンディングする（セカンドボンディング）。その後、図１３に示すように、セカンドボンディングしたワイヤＷをキャピラリＣＡＰから切断する。このようにして、半導体チップＣＨＰに形成されているパッドＰＤと、配線基板ＷＢに形成されているランド端子ＬＤ１とをワイヤＷで接続することができる。
【００４７】
＜本発明者が見出した課題＞
上述したワイヤボンディング工程において、半導体チップＣＨＰ上に初期ボールＩＢＬを着地させた後、キャピラリＣＡＰに印加される荷重および超音波振動によって初期ボールＩＢＬを変形させて圧着ボールＰＢＬを形成する。その後、キャピラリＣＡＰを上昇させる際、圧着ボールＰＢＬとともにパッドＰＤが剥がれてしまう問題点が顕在化することが本発明者の検討により明らかになった。この点について、図面を参照しながら説明する。
【００４８】
図１４に示すように、例えば、パッドＰＤは、窒化チタン膜やチタン膜からなるバリア導体膜ＢＣＦ１やバリア導体膜ＢＣＦ２とアルミニウム膜（アルミニウム合金膜）から構成されており、このパッドＰＤ上にキャピラリＣＡＰによって圧着ボールＰＢＬが形成される。このとき、キャピラリＣＡＰは、ワイヤＷを通すホール部ＨＬＵと、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵとを有しており、これらの形状に沿うようにして圧着ボールＰＢＬが形成される。具体的に、圧着ボールＰＢＬは、図１４に示すように、パッドＰＤと接触する台座部（ツバ部）（第１部分）ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部（第２部分）ＣＮと、このコーン部ＣＮ上に形成され、ワイヤＷと接続するホール挿入部（第３部分）ＨＩとから構成される。ここで、圧着ボールＰＢＬのコーン部ＣＮは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵにより形づけられる部分であり、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩは、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵにより形づけられる部分である。
【００４９】
図１４に示すように、圧着ボールＰＢＬは、キャピラリＣＡＰにより印加される圧縮荷重Ｆ１によって形成されるが、特に、圧着ボールＰＢＬの外縁部に加わる圧縮荷重Ｆ１は大きくなる。このため、例えば、図１５に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に印加される圧縮荷重Ｆ１によって、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥにおける外縁部がパッドＰＤの内部に入り込み、パッドＰＤの外縁部に形成されているバリア導体膜ＢＣＦ２が破壊される。さらに、圧着ボールＰＢＬに印加される圧縮荷重によって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される（押し込まれる）ホール挿入部ＨＩの厚さも厚くなる。
【００５０】
この結果、図１６に示すように、キャピラリＣＡＰを上昇させる際、パッドＰＤに入り込んだ台座部ＰＥの外縁部で挟まれるパッドＰＤの一部が、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力に基づく引張荷重Ｆ２によって、剥がれてしまうのである。
【００５１】
つまり、ワイヤボンディング工程においては、まず、キャピラリＣＡＰから圧着ボールＰＢＬの外縁部に印加される圧縮荷重が大きくなることで、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥの外縁部がパッドの内部に入り込むという第１要因がある。さらに、圧縮荷重が大きくなることによって、ホール挿入部ＨＩへの挿入圧力が大きくなる結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとキャピラリＣＡＰのホール部との間の摩擦力が大きくなり、キャピラリＣＡＰを引き上げる際の引張応力が大きくなる第２要因がある。そして、この第１要因と第２要因によって、パッドＰＤの剥がれが生じると考えられるのである。
【００５２】
ここで、ワイヤＷの材料としては、例えば、金が使用される場合が多い。ところが、近年の金の需要増加に伴い、価格が上昇してきていることから、半導体装置の製造工程における材料コストを抑制するため、金よりも価格の安い銅からなる銅ワイヤを使用することが検討されている。特に、銅ワイヤは、コストだけでなく、金ワイヤよりも電気抵抗率が低いという特性を有していることから、電気的特性も優れており、注目されている。しかしながら、ワイヤＷとして、銅を主成分とする材料を使用する場合、特に、上述したパッド剥がれが顕在化する。以下では、ワイヤＷの材料として金を使用する場合と比較しながら、ワイヤＷの材料として銅を主成分とする材料を使用する場合にパッド剥がれが頻発するメカニズムについて説明する。
【００５３】
＜銅ワイヤを使用する場合にパッド剥がれが頻発するメカニズム＞
まず、金ワイヤを使用してワイヤボンディングを行なう場合について説明する。図１７は、金ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図１７の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１には、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。
【００５４】
ここで、金は柔らかく変形しやすいため、初期ボールから圧着ボールへ変形させるために印加される圧縮荷重Ｆ１は比較的小さい。さらに、超音波振幅は、圧着ボールをパッドに擦りつけることにより、圧着ボールの表面に形成された酸化膜とパッド表面（一般的にはアルミニウム膜が多い）に形成された酸化膜と、を除去するために印加される。金ワイヤを使用する場合、金は酸化されないため、キャピラリに印加される超音波振幅は比較的小さい。このため、超音波振幅が変換された超音波変換荷重も小さくなる。
【００５５】
具体的に、図１８は、金からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図１８に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、金自体は柔らかく変形しやすいため、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重も小さくなるとともに、金自体は酸化されないため、超音波振動ＵＳも小さくなる。この結果、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹも小さくなる。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１も小さくなる。このため、図１８に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に大きな圧縮荷重Ｆ１がかかることがなく、台座部ＰＥとパッドＰＤの接触部分にほぼ均一に荷重が印加される。このことから、金ワイヤを使用する場合には、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤに入り込むことはなく、パッド剥がれが生じる第１要因はほとんど生じない。また、圧縮荷重Ｆ１自体の大きさが小さくなるため、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐも小さくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さが薄くなる。
【００５６】
続いて、図１９は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図１９において、金ワイヤを使用する場合、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄い。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も小さくなる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２も小さくなる。このため、金ワイヤを使用する場合、上述した第２要因の影響も小さくなる。このように、金ワイヤを使用するワイヤボンディングでは、上述した第１要因および第２要因が顕在化しないため、第１要因と第２要因に起因したパッド剥がれが生じにくくなることがわかる。
【００５７】
次に、銅ワイヤを使用してワイヤボンディングを行なう場合について説明する。図２０は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図２０の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。
【００５８】
ここで、銅は金よりも硬いため、銅からなる初期ボールを変形させて圧着ボールを形成するためには、金ワイヤの場合よりも大きな圧縮荷重Ｆ１を印加する必要がある。さらに、銅は金と異なり、酸化されるため、圧着ボールのパッドとの接触面に形成された酸化膜を除去する必要があり、圧着ボールに加える超音波振動（超音波振幅）も大きくなる。
【００５９】
具体的に、図２１は、銅からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図２１に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、銅は金よりも硬いため、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重も大きくなるとともに、銅自体は酸化されるため、酸化膜を除去するために必要とされる超音波振動ＵＳも大きくなる。この結果、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹも大きくなる。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１も大きくなる。このことから、図２１に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に大きな圧縮荷重Ｆ１がかかるため、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込み、パッドＰＤの内部に存在するバリア導体膜ＢＣＦ２を局所的に破壊する。すなわち、銅ワイヤを使用する場合には、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤに入り込む可能性が高くなり、パッド剥がれが生じる第１要因が顕在化する。また、圧縮荷重Ｆ１自体の大きさが大きくなるため、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐも大きくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも厚くなる。
【００６０】
続いて、図２２は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図２２において、銅ワイヤを使用する場合、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは厚くなっている。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も大きくなる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２も大きくなる。このため、銅ワイヤを使用する場合、上述した第２要因も顕在化する。このように、銅ワイヤを使用するワイヤボンディングでは、上述した第１要因および第２要因が顕在化するため、第１要因と第２要因に起因したパッド剥がれが生じやすくなることがわかる。
【００６１】
そこで、本実施の形態１では、銅ワイヤを使用するワイヤボンディング工程において、パッド剥がれ（パッドに加わるダメージの一態様）を抑制できる工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明する。
【００６２】
＜実施の形態１における特徴＞
本実施の形態１における技術的思想は、パッド剥がれを防止するために、パッドの表面と平行する方向（水平方向）に印加される超音波振動が、キャピラリのインナチャンファ部のテーパ形状によって、パッドの表面に対して垂直方向の超音波変換荷重に変換される点に着目している。すなわち、この超音波変換荷重が大きくなると、圧着ボールに加わる圧縮荷重が大きくなり、パッド剥がれを引き起こすことになるので、本実施の形態１では、超音波変換荷重ができるだけ小さくなるように工夫を施している。
【００６３】
まず、図２３は、キャピラリＣＡＰの外観構成を示す図である。図２３に示すように、キャピラリＣＡＰは先端部に行くにつれて細くなっており、先端部に広がり角度θＩＣＡが存在する。具体的に、この広がり角度θＩＣＡを拡大図で説明する。図２４は、図２３の領域ＡＲを拡大した図である。図２４に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部には、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵが存在し、このインナチャンファ部ＩＣＵの広がりを示す角度が広がり角度θＩＣＡである。この広がり角度θＩＣＡは、インナチャンファアングルとも呼ばれる。
【００６４】
上述したキャピラリＣＡＰによりパッドＰＤ上に圧着ボールＰＢＬを形成する際、パッドＰＤの表面と平行な方向の超音波振動ＵＳがキャピラリＣＡＰに印加される。このとき、キャピラリＣＡＰに印加される超音波振動ＵＳが、キャピラリＣＡＰの先端部に形成されているインナチャンファ部ＩＣＵのテーパ形状によって超音波変換荷重に変換される。このメカニズムについて、図２５を参照しながら説明する。
【００６５】
図２５は、キャピラリＣＡＰによってパッドＰＤ上に圧着ボールＰＢＬを形成する様子を示す図である。図２５に示すように、キャピラリＣＡＰには、ワイヤを通すホール部ＨＬＵと、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵが形成されており、このホール部ＨＬＵおよびインナチャンファ部ＩＣＵの形状に沿うように圧着ボールＰＢＬが形成されている。具体的に、圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤと接触する台座部（第１部分）ＰＥと、台座部ＰＥ上に形成されたコーン部（第２部分）ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成され、ワイヤＷと接続されるホール挿入部（第３部分）ＨＩから形成される。このとき、圧着ボールＰＢＬのコーン部ＣＮは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵのテーパ形状を反映するように形成され、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩは、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵの形状を反映するように形成される。
【００６６】
ここで、図２５に示すように、キャピラリＣＡＰには、パッドＰＤの表面と平行な方向に超音波振動ＵＳが印加されている。この超音波振動ＵＳによって、パッドＰＤの表面と圧着ボールＰＢＬの底面との間を擦り付ける力が発生し、これにより、圧着ボールＰＢＬの底面とパッドＰＤの表面に形成されている酸化膜を除去することができる。
【００６７】
図２５に示すように、超音波振動ＵＳ自体は、パッドＰＤの表面と平行な方向に印加されるが、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵは、テーパ形状をしているため、このテーパ形状によって、超音波振動ＵＳは、斜め方向の超音波変換荷重Ｆ１Ｕに変換される。この斜め方向の超音波変換荷重Ｆ１Ｕは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵのテーパが付いている面に対して垂直である。そして、この斜め方向の超音波変換荷重Ｆ１Ｕは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸと、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹを成分に持つことになる。ここで、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹは、パッドＰＤの表面と圧着ボールＰＢＬの底面とを擦り付ける力としては機能せず、圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤに押し付ける圧縮荷重の一部となってしまうことがわかる。したがって、このパッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが大きくなると、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に大きな圧縮荷重がかかることになるため、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性が高くなり、パッド剥がれが生じる第１要因が顕在化しやすくなる。さらに、圧縮荷重自体の大きさが大きくなるため、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力も大きくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも厚くなることから、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩと、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵとの間の摩擦力も大きくなり、パッド剥がれが生じる第２要因も顕在化しやすくなる。このように、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが大きくなると、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因が顕在化しやすくなるので、パッド剥がれを防止する観点から、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをできるだけ小さくする必要があることがわかる。
【００６８】
この点に関し、本発明者が着目したのは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵのテーパ形状に依存して、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが変化することである。このことについて、さらに、図２６を使用して説明する。
【００６９】
図２６は、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを変化させることにより、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさがどのように変化するのかを説明する図である。具体的に、図２６（ａ）は、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも大きい場合を示しており、図２６（ｂ）は、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度の場合を示している。また、図２６（ｃ）は、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合を示している。
【００７０】
まず、図２６（ａ）に示すように、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも大きい場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが大きくなってしまうことがわかる。つまり、図２６（ａ）の場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも大きくなる。したがって、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも大きい場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさを小さくすることができず、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因が顕在化しやすくなることがわかる。
【００７１】
続いて、図２６（ｂ）に示すように、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度である場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、図２６（ａ）の場合に比べて小さくなるが、まだ充分に小さくするまでには至っていない。つまり、図２６（ｂ）の場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさと同程度となるが、この場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが充分に小さいとは言えず、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因を充分に抑制できるまでには至っていないことがわかる。
【００７２】
これに対し、図２６（ｃ）に示すように、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、図２６（ａ）や図２６（ｂ）の場合に比べて極めて小さくなることがわかる。つまり、図２６（ｃ）の場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも充分に小さくなる。この結果、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合においては、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさを充分小さくすることができ、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因を充分に抑制できることがわかる。
【００７３】
そこで、本実施の形態１においては、圧着ボールＰＢＬのコーン部ＣＮを形成するキャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくするように構成してワイヤボンディング工程を実施する。つまり、本実施の形態１における特徴は、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくした状態で、圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する点にある。
【００７４】
これにより、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも小さくなるので、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に大きな圧縮荷重がかかることを抑制できる。つまり、本実施の形態１によれば、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性を低くすることができるため、パッド剥がれが生じる第１要因の顕在化を抑制することができる。さらに、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも小さくなることから、圧縮荷重全体の大きさも小さくなり、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力も小さくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなることから、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩと、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵとの間の摩擦力も低減することができ、パッド剥がれが生じる第２要因の顕在化も抑制できる。
【００７５】
このように、本実施の形態１によれば、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さく構成することにより、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさをパッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも小さくすることができる。このため、本実施の形態１によれば、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因の顕在化を抑制できるので、パッド剥がれを防止することができる。
【００７６】
すなわち、本実施の形態１では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さく構成する直接的な効果として、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをパッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸよりも小さくできる。このことから、圧着ボールＰＢＬの外縁部に印加される圧縮荷重全体の大きさを小さくすることができるので、圧着ボールＰＢＬの外縁部がパッドＰＤに入り込むというパッド剥がれの第１要因を効果的に防止することができる。そして、さらに、本実施の形態１では、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをパッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも小さくできる間接的な効果として、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力を小さくすることができる。この結果、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに注入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなり、キャピラリＣＡＰを引き上げる際に発生するホール部ＨＬＵとホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力を低減できる。この結果、キャピラリＣＡＰを引き上げる際に圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重を低減できるので、パッド剥がれの第２要因も効果的に防止することができる。
【００７７】
以上のように、本実施の形態１の特徴は、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくする点にあるが、さらに、パッド剥がれを引き起こす要因であるパッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹを小さくする観点からは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを５０度から７０度の範囲内にすることが望ましい。なぜなら、広がり角度θＩＣＡを小さくすればするほど、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹを小さくすることができるからである。ただし、キャピラリＣＡＰの先端部にテーパ形状のインナチャンファ部ＩＣＵを形成している理由がある。すなわち、キャピラリＣＡＰの先端部に放電トーチによって初期ボールを形成するが、この初期ボールを固定するため、キャピラリＣＡＰの先端部にテーパ形状のインナチャンファ部ＩＣＵを設けているのである。つまり、テーパ形状のインナチャンファ部ＩＣＵに初期ボールの一部を挿入して初期ボールを固定することにより、初期ボールがずれることなくパッドＰＤ上に着地させることができるのである。したがって、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをできるだけ小さくする観点からは、広がり角度θＩＣＡを小さくすることが望ましいが、あまり広がり角度θＩＣＡを小さくしすぎると、初期ボールを固定する観点から支障をきたすことになる。そこで、本実施の形態１では、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをできるだけ小さくする観点と、初期ボールを確実に固定する観点との両立を図ることを考慮し、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを５０度から７０度の範囲内にすることが望ましいとしているのである。この範囲の広がり角度θＩＣＡであれば、充分に、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹを小さくできるとともに、初期ボールの固定も確実に行なうことができる。
【００７８】
続いて、本実施の形態１におけるワイヤボンディング工程について説明する。図２７は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図２７の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。ここで、図２０と図２７を見比べてわかるように、銅ワイヤによる一般的なワイヤボンディング工程（図２０参照）に対して、本実施の形態１によるワイヤボンディング工程（図２７参照）では、超音波変換荷重と引張荷重Ｆ２とが共に小さくなっていることがわかる。
【００７９】
つまり、超音波変換荷重に関して、本実施の形態１によるワイヤボンディング工程（図２７参照）は、銅ワイヤによる一般的なワイヤボンディング工程（図２０参照）と比べて、同程度の超音波（エネルギー、パワー）を印加しても、圧縮荷重Ｆ１が抑えられ、より圧着ボールとパッドとの接合性を向上できる方法であることがわかる。上述したパッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸよりも小さい（パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの方が、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹよりも大きい）ということは、印加した超音波の接合に寄与させる割合をその分高めたということを意味する。このことは、金ワイヤよりもパッドＰＤに接合させづらい銅ワイヤの接合性を高める上で重要である。
【００８０】
さらに、本実施の形態１によるワイヤボンディング工程（図２７参照）は、銅ワイヤによる一般的なワイヤボンディング工程（図２０参照）と比べて、引張荷重Ｆ２が小さい。これは、本実施の形態１によるワイヤボンディング工程（図２７参照）は、キャピラリのホール部に押し込まれた圧着ボールのホール挿入部の厚さが薄くなり（体積が少なくなり）、キャピラリを引き上げる際にホール部から圧着ボールのホール挿入部が抜けやすくなったことを意味する。このことは、パッド剥がれを抑制する上で重要である。
【００８１】
具体的に、図２８は、本実施の形態１において、銅からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図２８に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、本実施の形態１では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡ（図２８では図示せず）が９０度よりも小さくなっているので、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸよりも小さくなる。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１を小さくすることができる。このことから、図２８に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部にかかる圧縮荷重Ｆ１の大きさを小さくすることができるので、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性が低くなり、パッド剥がれが生じる第１要因の顕在化は抑制される。さらに、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが小さいことから、圧縮荷重Ｆ１自体の大きさも小さくなり、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐも小さくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなる。
【００８２】
続いて、図２９は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図２９において、本実施の形態１では、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなっている。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も低減できる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２を小さくすることができる。このため、本実施の形態１によれば、上述した第２要因の顕在化も抑制される。このように、本実施の形態１におけるワイヤボンディングでは、上述した第１要因および第２要因の顕在化が抑制されるため、第１要因と第２要因に起因したパッド剥がれを効果的に抑制することができる。
【００８３】
＜本実施の形態１における圧着ボールの構造上の特徴＞
上述したように、本実施の形態１では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくした状態で、銅ワイヤのワイヤボンディングを実施することに特徴があるが、このワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールＰＢＬの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴点を、一般的なワイヤボンディング工程で形成される圧着ボールＰＢＬ（Ｐ）との構造と比較しながら説明する。
【００８４】
図３０は、一般的なワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬ（Ｐ）の構造を示す図である。図３０において、一般的な圧着ボールＰＢＬ（Ｐ）は、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、圧着ボールＰＢＬ（Ｐ）のパッドＰＤに接する圧着径をＡ、台座部ＰＥの厚さをＢ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣとすると、以下の関係が成立する。すなわち、Ｂ≦Ａ／１０、Ｃ≧Ａ／６が成立する。さらに、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むとともに、コーン部ＣＮの広がり角度は９０度よりも大きくなっている。
【００８５】
これに対し、図３１は、本実施の形態１におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図３１において、本実施の形態１における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、圧着ボールＰＢＬのパッドＰＤに接する圧着径をＡ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣとすると、以下の関係が成立する。すなわち、Ｃ＜Ａ／６が成立する。これは、本実施の形態１では、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが充分に小さくなることから、ホール挿入部ＨＩへの注入圧力が小さくなることに基づくものである。また、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むことが防止されている。これも、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが充分に小さくなることによる圧縮荷重の低減によるものである。さらに、コーン部ＣＮの広がり角度は９０度よりも小さくなっている。これは、本実施の形態１では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくした状態で、銅ワイヤのワイヤボンディングを実施しているため、インナチャンファ部ＩＣＵの形状を反映して形成されるコーン部ＣＮの広がり角度も９０度よりも小さくなることに起因している。以上のように、本実施の形態１におけるワイヤボンディング工程を実施することにより形成される圧着ボールＰＢＬでは、製法上の特徴が圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴として顕在化することがわかる。
【００８６】
＜変形例＞
次に、本実施の形態１の変形例について説明する。上述したように本実施の形態１では、銅ワイヤを使用したワイヤボンディング工程を例に挙げて説明したが、本実施の形態１における技術的思想は、銅からなるスタッドバンプ電極を形成する工程にも幅広く適用することができる。なぜなら、スタッドバンプ電極も、キャピラリによって、先端部に形成された初期ボールをパッド上に着地させた後、圧縮荷重および超音波振動を印加することにより初期ボールを変形させて圧着ボールを形成し、この圧着ボールの先端部で銅ワイヤを切断することによりスタッドバンプ電極を形成するからである。つまり、銅ワイヤによるワイヤボンディング工程とスタッドバンプ電極形成工程のいずれにおいても、圧縮荷重および超音波振動を印加して圧着ボールを形成する点は共通するため、銅からなるスタッドバンプ電極を形成する工程においても、パッド剥がれの問題が顕在化すると考えられる。したがって、スタッドバンプ電極を形成する工程においても、本発明の技術的思想を適用することにより、パッド剥がれを効果的に防止することができる。
【００８７】
以下に、スタッドバンプ電極の構成例について説明する。図３２は、半導体チップＣＨＰ上に形成された複数のスタッドバンプ電極ＳＢＭＰを示す図である。図３２では、図示されていないが、半導体チップＣＨＰの表面に形成されたパッド上にスタッドバンプ電極ＳＢＭＰが配置されている。このようにスタッドバンプ電極ＳＢＭＰを形成した半導体チップＣＨＰは、例えば、フェイスダウンボンディングによって配線基板に実装される。
【００８８】
図３３は、スタッドバンプ電極ＳＢＭＰを形成した半導体チップＣＨＰを配線基板ＷＢに実装する一例を示す図である。図３３に示すように、配線基板ＷＢ上には端子ＴＥが形成されており、この端子ＴＥと、半導体チップＣＨＰに搭載されたスタッドバンプ電極ＳＢＭＰが相対するように配置される。そして、半導体チップＣＨＰに搭載されたスタッドバンプ電極ＳＢＭＰと、配線基板ＷＢ上に形成された端子ＴＥとは、例えば、半田Ｓによって接続される。以上のようにして、スタッドバンプ電極ＳＢＭＰを形成した半導体チップＣＨＰを配線基板ＷＢに実装することができる。
【００８９】
（実施の形態２）
本実施の形態２における技術的思想も、前記実施の形態１における技術的思想と同様にパッド剥がれを防止することを目的とするが、本実施の形態２では、前記実施の形態１とは異なるアプローチでパッド剥がれを防止する例を説明する。具体的に、本実施の形態２では、キャピラリを引き上げる際に発生する圧着ボールへの引張荷重をできるだけ小さくすることを主要観点とした技術的思想について説明する。
【００９０】
＜実施の形態２の特徴＞
まず、本実施の形態２におけるワイヤボンディング工程について説明する。図３４は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図３４の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。ここで、図２７と図３４を見比べてわかるように、前記実施の形態１におけるワイヤボンディング工程（図２７参照）に対して、本実施の形態２によるワイヤボンディング工程（図３４参照）では、超音波変換荷重が大きくなっていることがわかる。それにもかかわらず、本実施の形態２でも、引張荷重Ｆ２が小さくなっている。前記実施の形態１では、キャピラリのインナチャンファ部の広がり角度を９０度よりも小さくするという構成を取ることにより、パッドの表面に垂直な方向の超音波変換荷重の大きさを小さくする手段を取っている。これに対し、本実施の形態２では、超音波変換荷重を減らす工夫ではない別の工夫を施すことにより、圧着ボールに加わる引張荷重を低減しているのである。以下に、本実施の形態２における工夫について図面を参照しながら説明する。
【００９１】
具体的に、図３５は、本実施の形態２において、銅からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図３５に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、本実施の形態２では、前記実施の形態１とは異なり、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡ（図３５では図示せず）が９０度よりも小さくなっていない。このため、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹは、従来と同様であり、前記実施の形態１ほど小さくならない。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１はそれほど小さくならない。しかし、本実施の形態２では、図３５に示すように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐが小さくなっている。したがって、本実施の形態２によれば、注入圧力Ｆ１Ｐが小さくなっているので、圧着ボールＰＢＬを構成するホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなる。この結果、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの間で発生する摩擦力を軽減できることから、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重を低減できる。このため、本実施の形態２によれば、パッド剥がれを防止することができる。
【００９２】
では、本実施の形態２においては、どのようにして、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐを小さくしているのかについて説明する。図３５に示すように、本実施の形態２では、台座部ＰＥの厚さがコーン部ＣＮの厚さよりも厚くなっている。つまり、本実施の形態２の特徴は、台座部ＰＥの厚さを充分厚くすることにある。これにより、圧着ボールＰＢＬにおいて、台座部ＰＥの体積が大きくなる。台座部ＰＥの体積が大きくなるということは、仮に、圧縮荷重Ｆ１が変わらないとすると、圧着ボールＰＢＬにおける単位体積当たりの荷重が少なくなることを意味している。したがって、本実施の形態２では、台座部ＰＥの厚さを厚くすることにより、単位体積当たりの荷重を減らすことができ、この構成によって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐを減少させることができるのである。そして、この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなる。
【００９３】
続いて、図３６は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図３６において、本実施の形態２では、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなっている。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も低減できる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２を小さくすることができる。このため、本実施の形態２によれば、上述した第２要因の顕在化が抑制される。さらに、本実施の形態２では、台座部ＰＥの厚さを厚くするという特徴により、単位体積当たりの荷重を小さくすることができることから、圧着ボールＰＢＬの外縁部にかかる圧縮荷重Ｆ１の大きさ自体も小さくすることができる。したがって、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性が低くなり、パッド剥がれが生じる第１要因の顕在化も抑制される。このように、本実施の形態２におけるワイヤボンディングにおいても、上述した第１要因および第２要因の顕在化を抑制することができるため、第１要因と第２要因に起因したパッド剥がれを効果的に抑制することができる。
【００９４】
ここで、本実施の形態２では、台座部ＰＥの厚さをコーン部ＣＮの厚さよりも充分に厚くすることに特徴があるが、この特徴構成は、例えば、キャピラリＣＡＰの先端部に形成する初期ボールの大きさを大きくすることにより実現できる。具体的に、初期ボールの大きさを大きくするには、放電トーチによる放電エネルギーを大きくすることにより実現することができる。例えば、放電トーチによる放電エネルギーを大きくするためには、放電電流を大きくしたり、放電時間を長くしたりすることにより実施することができる。例えば、初期ボールの径を５５μｍφから５７μｍφにすることにより、台座部ＰＥの厚さを充分に厚くすることができる。
【００９５】
＜実施の形態２における圧着ボールの構造上の特徴＞
上述したように、本実施の形態２におけるワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールＰＢＬの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴点について説明する。
【００９６】
図３７は、本実施の形態２におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図３７において、本実施の形態２における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、圧着ボールＰＢＬのパッドＰＤに接する圧着径をＡ、台座部ＰＥの厚さをＢ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣ、コーン部ＣＮの厚さをＤとすると、以下の関係が成立する。すなわち、本実施の形態２では、Ｂ＞２Ａ／９、Ｃ＜Ａ／６、Ｂ≧５Ｄ／４（ＢはＤの１．２５倍以上）が成立する。これは、本実施の形態２では、初期ボールの大きさを従来よりも大きくした結果、台座部ＰＥの厚さが圧着径の２／９倍よりも大きくなるとともに、台座部ＰＥの厚さがコーン部ＣＮの厚さの１．２５倍以上になるものである。また、Ｃ＜Ａ／６は、台座部ＰＥの厚さが厚くなる結果、単位体積当たりの荷重が充分に小さくなることから、ホール挿入部ＨＩへの注入圧力が小さくなることに基づくものである。さらに、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むことも防止されている。これも、単位体積当たりの荷重が充分に小さくなることによる圧縮荷重の低減によるものである。以上のように、本実施の形態２におけるワイヤボンディング工程を実施することにより形成される圧着ボールＰＢＬでは、製法上の特徴が圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴として顕在化することがわかる。
【００９７】
（実施の形態３）
本実施の形態３における技術的思想も、前記実施の形態１や前記実施の形態２における技術的思想と同様にパッド剥がれを防止することを目的とするが、本実施の形態３では、前記実施の形態１や前記実施の形態２とは異なるアプローチでパッド剥がれを防止する例を説明する。具体的に、本実施の形態３では、キャピラリを引き上げる際に発生する圧着ボールへの引張荷重を限りなくゼロに近づけることを主要観点とした技術的思想について説明する。
【００９８】
＜実施の形態３の特徴＞
まず、本実施の形態３におけるワイヤボンディング工程について説明する。図３８は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図３８の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、本実施の形態３では、圧着ボールに印加される引張荷重が限りなくゼロに近づくようになっている。このように本実施の形態３では、圧着ボールに加わる引張荷重を限りなくゼロに近づける点に特徴があり、この特徴を実現するための工夫を施している。以下に、本実施の形態３における工夫について図面を参照しながら説明する。
【００９９】
本実施の形態３では、キャピラリＣＡＰの先端部の形状に工夫を施しているので、この工夫点について説明する。図３９は、従来のキャピラリＣＡＰの先端部の形状を示す図である。図３９において、キャピラリＣＡＰの先端部には、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵが形成されており、このインナチャンファ部ＩＣＵの上部にワイヤを通すためのホール部ＨＬＵ１が形成されている。このホール部ＨＬＵ１の側面は、通常、垂直形状となっている。これに対し、図４０は、本実施の形態３で使用するキャピラリＣＡＰの先端部の形状を示す図である。図４０に示すように、本実施の形態３において、キャピラリＣＡＰの先端部には、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵが形成されており、このインナチャンファ部ＩＣＵの上方にワイヤを通すためのホール部ＨＬＵ２が形成されている。本実施の形態３では、このホール部ＨＬＵ２の形状に特徴があり、具体的に、ホール部ＨＬＵ２の縦断面形状がテーパ形状となっている点に特徴がある。
【０１００】
以下に、図３９に示す従来のキャピラリＣＡＰを使用したワイヤボンディング工程と、図４０に示す本実施の形態３におけるキャピラリＣＡＰを使用したワイヤボンディング工程とを比較することにより、本実施の形態３の利点について説明する。
【０１０１】
図４１（ａ）〜図４１（ｃ）は、従来のキャピラリＣＡＰを使用したワイヤボンディング工程を説明する図である。まず、図４１（ａ）に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に初期ボールＩＢＬを形成する。そして、図４１（ｂ）に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に形成した初期ボールＩＢＬをパッドＰＤ上に着地させた後、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重および超音波振動を初期ボールＩＢＬに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重により圧着ボールＰＢＬの一部がキャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１に挿入される。この圧着ボールＰＢＬの部位がホール挿入部ＨＩとなる。続いて、図４１（ｃ）に示すように、キャピラリＣＡＰを引き上げる。このとき、従来のキャピラリＣＡＰでは、ホール部ＨＬＵ１の縦断面形状が垂直形状となっているため、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１の側面と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面の間で摩擦力が発生する（図４１（ｃ）の斜線部分）。このことから、圧着ボールＰＢＬには、上述した摩擦力に起因する引張荷重Ｆ２が加わることになる。この圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２が大きくなると、圧着ボールＰＢＬがキャピラリＣＡＰとともに上昇してしまうとともに、パッドＰＤ剥がれが生じる要因ともなる。
【０１０２】
次に、図４２（ａ）〜図４２（ｃ）は、本実施の形態３におけるキャピラリＣＡＰを使用したワイヤボンディング工程を説明する図である。まず、図４２（ａ）に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に初期ボールＩＢＬを形成する。そして、図４２（ｂ）に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に形成した初期ボールＩＢＬをパッドＰＤ上に着地させた後、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重および超音波振動を初期ボールＩＢＬに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重により圧着ボールＰＢＬの一部がキャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１に挿入される。この圧着ボールＰＢＬの部位がホール挿入部ＨＩとなる。続いて、図４２（ｃ）に示すように、キャピラリＣＡＰを引き上げる。このとき、本実施の形態３におけるキャピラリＣＡＰでは、ホール部ＨＬＵ２の縦断面形状がテーパ形状ＴＰとなっているため、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１の側面と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面の間でほとんど摩擦力が発生しない。なぜなら、ホール部ＨＬＵ２の側面の断面形状がテーパ形状ＴＰになっている状態で、キャピラリＣＡＰ自体は垂直上方に引き上げられるため、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１の側面と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面の間で擦りあうことがほとんど生じないからである。したがって、本実施の形態３によれば、圧着ボールＰＢＬには、摩擦力に起因する引張荷重Ｆ２がほとんど加わらないことがわかる。つまり、この圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重が限りなくゼロに近づくので、本実施の形態３では、圧着ボールＰＢＬに引張荷重が加わることによるパッドＰＤ剥がれを効果的に防止できるのである。このように、本実施の形態３では、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の断面形状をテーパ形状とすることにより、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重をほとんどゼロにすることができるので、引張荷重に基づくパッド剥がれを防止することができる。
【０１０３】
＜実施の形態３における圧着ボールの構造上の特徴＞
上述したように、本実施の形態３におけるワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールＰＢＬの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴点について説明する。
【０１０４】
図４３は、本実施の形態３におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図４３において、本実施の形態３における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、本実施の形態３では、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の断面形状がテーパ形状となっているため、ホール部ＨＬＵ２の形状を反映して形成される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面もテーパ形状ＴＰになる。この点が、本実施の形態３における圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴である。言い換えれば、本実施の形態３における圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴は、図４３に示すように、パッドＰＤの表面に垂直な仮想垂直線Ｌ１を引いた場合、この仮想垂直線Ｌ１と、ホール挿入部ＨＩの側面を通る直線Ｌ２とのなすテーパ角が０度以上（θ＞０）となっているということができる。このように本実施の形態３では、テーパ角が０度以上であることが特徴であるが、特に、テーパ角は１０度から２０度の範囲内にあることが望ましい。これは、テーパ角が１０度から２０度の範囲内にあれば、キャピラリＣＡＰを上昇させる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間に発生する摩擦力を確実にほとんどゼロにすることができるからである。一方、テーパ角をあまり大きくしすぎると、ホール挿入部ＨＩに銅材が注入されやすくなってしまうため、テーパ角は１０度から２０度の範囲内にあることが望ましいのである。さらに、本実施の形態３における圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴を言い換えれば、ホール挿入部ＨＩのテーパ形状は、キャピラリＣＡＰの根元部から先端部に向う方向において広がる形状となっているということもできるし、また、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩにおいて、コーン部ＣＮと接するホール挿入部ＨＩの底面の径は、ワイヤＷ（銅ワイヤ）と接するホール挿入部ＨＩの上面の径よりも大きいということもできる。
【０１０５】
＜変形例＞
なお、圧着ボールＰＢＬの構造を、例えば、図４４に示すような形状となるように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の形状を加工しても、本実施の形態３と同様の効果を得ることができる。図４４は、変形例における圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図４４において、本変形例における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、本変形例では、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面とコーン部ＣＮの側面が一体的な曲線で形成されている。この場合も、図４４に示すように、パッドＰＤの表面に垂直な仮想垂直線Ｌ１を引いた場合、この仮想垂直線Ｌ１と、ホール挿入部ＨＩの側面に接する直線Ｌ２とのなすテーパ角が０度以上（θ＞０）となっている。このように本変形例でも、テーパ角が０度以上であることが特徴であるが、特に、テーパ角は１０度から２０度の範囲内にあることが望ましい。これは、テーパ角が１０度から２０度の範囲内にあれば、キャピラリＣＡＰを上昇させる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間に発生する摩擦力を確実にほとんどゼロにすることができるからである。一方、テーパ角をあまり大きくしすぎると、ホール挿入部ＨＩに銅材が注入されやすくなってしまうため、テーパ角は１０度から２０度の範囲内にあることが望ましいのである。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態３や本変形例におけるワイヤボンディング工程を実施することにより形成される圧着ボールＰＢＬでは、製法上の特徴（ここでは、キャピラリＣＡＰの形状）が圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴として顕在化することがわかる。
【０１０７】
（実施の形態４）
本実施の形態４における技術的思想は、前記実施の形態１〜前記実施の形態３における技術的思想を組み合わせたものである。
【０１０８】
＜実施の形態４の特徴＞
まず、本実施の形態４におけるワイヤボンディング工程について説明する。図４５は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図４５の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。
【０１０９】
ここで、図２０と図４５を見比べてわかるように、銅ワイヤによる一般的なワイヤボンディング工程（図２０参照）に対して、本実施の形態４によるワイヤボンディング工程（図４５参照）では、超音波変換荷重が小さくなっていることがわかる。また、本実施の形態４でも、引張荷重Ｆ２が小さく、あるいは、かぎりなくゼロに近づくようになっている。
【０１１０】
具体的に、図４６は、本実施の形態４において、銅からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図４６に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、本実施の形態４では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡ（図４６では図示せず）が９０度よりも小さくなっているので、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹは小さくなる。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１を小さくすることができる。このことから、図４６に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部にかかる圧縮荷重Ｆ１の大きさを小さくすることができるので、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性が低くなり、パッド剥がれが生じる第１要因の顕在化は抑制される。さらに、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが小さいことから、圧縮荷重Ｆ１自体の大きさも小さくなり、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐも小さくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなる。
【０１１１】
さらに、本実施の形態４では、図４６に示すように、台座部ＰＥの厚さがコーン部ＣＮの厚さよりも厚くなっている。つまり、本実施の形態４でも、台座部ＰＥの厚さを充分厚くしている。これにより、圧着ボールＰＢＬにおいて、台座部ＰＥの体積が大きくなる。台座部ＰＥの体積が大きくなるということは、仮に、圧縮荷重Ｆ１が変わらないとすると、圧着ボールＰＢＬにおける単位体積当たりの荷重が少なくなることを意味している。したがって、本実施の形態４では、台座部ＰＥの厚さを厚くすることにより、単位体積当たりの荷重を減らすことができ、この構成によって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐを減少させることができるのである。そして、この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなる。
【０１１２】
続いて、図４７は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図４７において、本実施の形態４では、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなっている。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も低減できる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２を小さくすることができる。その上、本実施の形態４では、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の縦断面形状がテーパ形状ＴＰとなっている。このため、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１の側面と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面の間でほとんど摩擦力が発生しない。したがって、本実施の形態４によれば、圧着ボールＰＢＬには、摩擦力に起因する引張荷重Ｆ２がほとんど加わらない。このように、本実施の形態４では、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２が限りなくゼロに近づくので、圧着ボールＰＢＬに引張荷重が加わることによるパッドＰＤ剥がれを効果的に防止できる。
【０１１３】
＜実施の形態４における圧着ボールの構造上の特徴＞
上述したように、本実施の形態４におけるワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールＰＢＬの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴点について説明する。
【０１１４】
図４８は、本実施の形態４におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図４８において、本実施の形態４における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。
【０１１５】
このとき、圧着ボールＰＢＬのパッドＰＤに接する圧着径をＡ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣとすると、以下の関係が成立する。すなわち、Ｃ＜Ａ／６が成立する。これは、本実施の形態４では、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが充分に小さくなることから、ホール挿入部ＨＩへの注入圧力が小さくなることに基づくものである。また、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むことが防止されている。これも、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが充分に小さくなることによる圧縮荷重の低減によるものである。さらに、コーン部ＣＮの広がり角度は９０度よりも小さくなっている。これは、本実施の形態４では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくした状態で、銅ワイヤのワイヤボンディングを実施しているため、インナチャンファ部ＩＣＵの形状を反映して形成されるコーン部ＣＮの広がり角度も９０度よりも小さくなることに起因している。
【０１１６】
さらに、本実施の形態４では、圧着ボールＰＢＬのパッドＰＤに接する圧着径をＡ、台座部ＰＥの厚さをＢ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣ、コーン部ＣＮの厚さをＤとすると、以下の関係が成立する。すなわち、本実施の形態４では、Ｂ＞２Ａ／９、Ｂ≧５Ｄ／４（ＢはＤの１．２５倍以上）が成立する。これは、本実施の形態４では、初期ボールの大きさを従来よりも大きくした結果、台座部ＰＥの厚さが圧着径の２／９倍よりも大きくなるとともに、台座部ＰＥの厚さがコーン部ＣＮの厚さの１．２５倍以上になるものである。また、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むことも防止されている。これは、単位体積当たりの荷重が充分に小さくなることによる圧縮荷重の低減によるものである。
【０１１７】
また、本実施の形態４では、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の断面形状がテーパ形状となっているため、ホール部ＨＬＵ２の形状を反映して形成される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面もテーパ形状ＴＰとなっている。
【０１１８】
以上のように、本実施の形態４におけるワイヤボンディング工程を実施することにより形成される圧着ボールＰＢＬでは、製法上の特徴が圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴として顕在化することがわかる。
【０１１９】
（実施の形態５）
前記実施の形態１で説明したように、特に、銅ワイヤを使用したワイヤボンディング工程においては、パッド剥がれという問題点が存在する。このパッド剥がれは、キャピラリＣＡＰから圧着ボールＰＢＬの外縁部に印加される圧縮荷重が大きくなることで、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥの外縁部がパッドの内部に入り込むという第１要因に起因する。さらに、パッド剥がれは、圧縮荷重が大きくなることによって、ホール挿入部ＨＩへの注入圧力が大きくなる結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとキャピラリＣＡＰのホール部との間の摩擦力が大きくなり、キャピラリＣＡＰを引き上げる際の引張応力が大きくなる第２要因にも起因する。特に、パッド剥がれは、パッドＰＤの構造だけではなく、パッドＰＤの下層に形成されている層間絶縁膜の構成にも依存する。したがって、パッド剥がれが生じやすくなる層間絶縁膜の構成を有する半導体装置においては、本発明の技術的思想を適用する有用性が高まることになる。以下に、上述したパッド剥がれが生じやすい層間絶縁膜の構成の一例について説明する。
【０１２０】
図４９は、パッドＰＤの下層に存在する複数の層間絶縁膜の構成を示す断面図である。なお、図４９においては、半導体基板１Ｓ上に形成される半導体素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）や複数の層間絶縁膜の間に形成される配線などの図示は省略している。図４９に示すように、例えば、シリコン基板からなる半導体基板１Ｓ上には、層間絶縁膜ＩＬ１が形成されており、この層間絶縁膜ＩＬ１上に層間絶縁膜ＩＬ２が形成されている。そして、層間絶縁膜ＩＬ２上に層間絶縁膜ＩＬ３が形成されており、この層間絶縁膜ＩＬ３上に層間絶縁膜ＩＬ４が形成されている。ここで、例えば、層間絶縁膜ＩＬ１や層間絶縁膜ＩＬ２や層間絶縁膜ＩＬ４は、酸化シリコン膜から形成され、層間絶縁膜ＩＬ３は、ＳＯＧ（Spin On Glass）膜から形成されている。すなわち、本実施の形態５では、異なる材料からなる複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４が形成されている。
【０１２１】
特に、本実施の形態５で着目する点は、複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４のヤング率である。例えば、層間絶縁膜ＩＬ１、層間絶縁膜ＩＬ２および層間絶縁膜ＩＬ４を構成する酸化シリコン膜のヤング率は、７０ＧＰａ程度であり、層間絶縁膜ＩＬ３を構成するＳＯＧ膜のヤング率は、２０ＧＰａ程度である。これに対し、シリコン基板からなる半導体基板１Ｓのヤング率は、１７０ＧＰａ程度であることから、層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４のヤング率は、半導体基板１Ｓのヤング率よりも小さいことがわかる。ここで、重要な点は、複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４の中に、ヤング率の低いＳＯＧ膜から構成される層間絶縁膜ＩＬ３が含まれている点である。このようにヤング率の低い層間絶縁膜ＩＬ３が含まれている場合、パッド剥がれが顕在化しやすいのである。以下に、このメカニズムについて図面を参照しながら説明する。
【０１２２】
まず、図５０に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に初期ボールを形成する。そして、キャピラリＣＡＰの先端部に形成した初期ボールをパッドＰＤ上に着地させた後、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重Ｆ１および超音波振動ＵＳを初期ボールに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重Ｆ１がパッドＰＤに伝達され、さらに、パッドＰＤの下層に形成されている複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４に伝わる。このとき、図５１に示すように、ヤング率の小さな層間絶縁膜ＩＬ３においては、同じ圧縮荷重Ｆ１を受けても、他の層間絶縁膜ＩＬ１、層間絶縁膜ＩＬ２および層間絶縁膜ＩＬ４よりもたわみ量が大きくなる。この結果、たわみ量の大きくなった層間絶縁膜ＩＬ３では、せん断応力も大きくなり、剥離が発生する。そして、ヤング率の小さな層間絶縁膜ＩＬ３において剥離が発生すると、キャピラリＣＡＰを上昇させるときに発生する引張応力によって、パッド剥がれが生じてしまうのである。つまり、複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４の中に、他の層間絶縁膜よりもヤング率の低い層間絶縁膜が含まれていると、そのヤング率の低い層間絶縁膜で圧縮荷重に起因する剥離が発生しやすくなり、キャピラリＣＡＰを上昇させる際の引張荷重によってパッド剥がれが生じやすくなるのである。したがって、ヤング率の異なる層間絶縁膜を有する半導体装置では、パッド剥がれが生じやすくなるため、本発明の技術的思想を適用する有用性が高まることがわかる。
【０１２３】
さらに、近年では、半導体チップの高集積化を実現するため、多層配線の微細化が進められている。このため、配線の微細化による高抵抗化と、配線間の距離が縮まることによる寄生容量の増加が問題として顕在化してきている。つまり、多層配線には電気信号が流れるが、配線の高抵抗化と配線間の寄生容量の増加により、電気信号の遅延が発生するのである。例えば、タイミングが重要な回路では、配線を流れる電気信号の遅延が誤動作を引き起こし、正常な回路として機能しなくなるおそれがある。このことから、配線を流れる電気信号の遅延を防止するため、配線の高抵抗化の抑制と、配線間の寄生容量の低減が必要とされる。
【０１２４】
そこで、多層配線を構成する材料をアルミニウム膜から銅膜に代えることが行なわれている。すなわち、アルミニウム膜に比べて銅膜は抵抗率が低いので、配線を微細化しても、配線の高抵抗化を抑制できるからである。さらに、配線間の寄生容量を低減する観点から、配線間に存在する層間絶縁膜の一部を酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜で構成することが行なわれている。以上のように、多層配線を有する半導体装置では高性能化を図るために、配線の材料として銅膜を使用し、かつ、層間絶縁膜の一部に低誘電率膜を使用する傾向にある。
【０１２５】
すなわち、層間絶縁膜として、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜が使用されるようになってきているが、この低誘電率膜は、ヤング率も小さいという性質がある。一般的には、低誘電率膜のヤング率は、１０〜２０ＧＰａ程度である場合が多い。なぜなら、低誘電率膜は、誘電率を下げるため、膜の内部に空孔を形成することがあり、空孔を有する膜は脆く、ヤング率が低くなるからである。例えば、低誘電率膜としては、空孔を有するＳｉＯＣ膜、空孔を有するＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン、塗布工程により形成され、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ酸化シリコン膜、又は、水素含有シルセスキオキサン）膜、あるいは、空孔を有するＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン、塗布工程により形成され、Ｓｉ−Ｃ結合を持つ酸化シリコン膜、又は、炭素含有シルセスキオキサン）膜などが存在する。これらのヤング率の低い低誘電率膜から層間絶縁膜を構成する場合も、パッド剥がれが生じやすくなるため、本発明の技術的思想を適用する有用性が高まる。
【０１２６】
（実施の形態６）
本実施の形態６では、パッド剥がれが生じやすいパッド構造について、比較的パッド剥がれが生じにくいパッド構造と対比しながら説明する。図５２は、比較的パッド剥がれが生じにくいパッド構造におけるワイヤボンディング工程を示す図である。図５２において、パッドＰＤは、例えば、バリア導体膜ＢＣＦ１Ａとアルミニウム膜とバリア導体膜ＢＣＦ２Ａとアルミニウム膜から構成されている。ここで、図５２に示すように、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重および超音波振動を初期ボールに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重が大きくなると、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥがパッドＰＤの内部に入り込み、バリア導体膜ＢＣＦ２Ａが破壊される。ここで、バリア導体膜ＢＣＦ２Ａの厚さが薄い場合、図５２に示すように、圧着ボールＰＢＬの底面全体にわたってバリア導体膜ＢＣＦ２Ａが破壊される。この状態で、キャピラリＣＡＰを上昇させる場合、台座部ＰＥの底面にほぼ均一に引張荷重Ｆ２が印加される。このように、バリア導体膜ＢＣＦ２Ａが薄い場合、局所的に大きな引張荷重Ｆ２が印加されにくくなることから、パッド剥がれが生じにくい。
【０１２７】
これに対し、図５３は、比較的パッド剥がれが生じやすいパッド構造におけるワイヤボンディング工程を示す図である。図５３において、パッドＰＤは、例えば、バリア導体膜ＢＣＦ１Ｂとアルミニウム膜とバリア導体膜ＢＣＦ２Ｂとアルミニウム膜から構成されている。ここで、図５３に示すように、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重および超音波振動を初期ボールに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重が大きくなると、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥがパッドＰＤの内部に入り込み、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂが破壊される。ここで、バリア導体膜ＢＣＦ２Ａの厚さが厚い場合、図５３に示すように、圧縮荷重が大きくなる台座部ＰＥの外縁部においてだけ、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂが破壊される。すなわち、図５３に示すパッド構造では、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂの厚さが厚いため、圧縮荷重が大きくなる台座部ＰＥの外縁部下に存在するバリア導体膜ＢＣＦ２Ｂだけが破壊される。この状態で、キャピラリＣＡＰを上昇させる場合、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂが破壊されてパッドＰＤの内部に入り込んだ外縁部に局所的に大きな引張荷重Ｆ２が印加される。このように、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂが厚い場合、外縁部に局所的に大きな引張荷重Ｆ２が印加されることになるから、パッド剥がれが生じやすくなる。
【０１２８】
以上のように、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚くなる場合は、バリア導体膜の厚さが薄い場合に比べて、パッド剥がれが生じやすくなることがわかる。したがって、特に、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚いパッド構造に銅ワイヤを使用したワイヤボンディングを行なう際に、本発明の技術的思想を適用する有用性が高まることがわかる。
【０１２９】
ここで、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが薄い場合と、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚い場合との相違点は、半導体装置の製造工程の相違に起因している。以下では、まず、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが薄くなる製造工程について説明し、その後、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚くなる製造工程について説明する。
【０１３０】
図５４は、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが薄くなる製造工程の流れを示すフローチャートである。図５４において、まず、半導体基板上にＭＯＳＦＥＴを形成し（Ｓ３０１）、その後、ＭＯＳＦＥＴを覆う半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する（Ｓ３０２）。このとき、第１層間絶縁膜の表面は、下層に形成されているＭＯＳＦＥＴによる凹凸形状を反映して凹凸ができる。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、凹凸が形成されている第１層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに導体膜を埋め込むことにより、第１層間絶縁膜に第１プラグを形成する（Ｓ３０３）。次に、第１プラグを形成した第１層間絶縁膜上に第１層配線を形成する（Ｓ３０４）。この第１層配線は、例えば、バリア導体膜とアルミニウム膜の積層膜から形成される。続いて、第１層配線を形成した第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成した後（Ｓ３０５）、第２層間絶縁膜に第２プラグを形成する（Ｓ３０６）。このとき、第２プラグは、第１層間絶縁膜上に形成されている第１層配線に達するように形成されるが、第１層間絶縁膜の表面は、上述したように凹凸が形成されている。したがって、第１層間絶縁膜の表面に形成されている第１層配線の表面にも凹凸形状が反映されることになる。したがって、凹凸形状が存在する第１層配線に達するように第２プラグを形成する場合、深い接続孔に第２プラグを形成する領域と、浅い接続孔に第２プラグを形成する領域が混在することになる。このため、深い接続孔に形成された第２プラグの抵抗と、浅い接続孔に形成された第２プラグの抵抗が異なることになる。このことから、深い接続孔に形成された第２プラグの抵抗と、浅い接続孔に形成された第２プラグの抵抗との間のばらつきを小さくするため、接続孔の底部に露出するバリア導体膜を除去することが行なわれる。すなわち、接続孔の底部には、バリア導体膜とアルミニウム膜とバリア導体膜の積層膜からなる第１層配線が形成されているが、このバリア導体膜は、例えば、チタン膜／窒化チタン膜などの比較的抵抗の大きな膜から形成される。このため、第２プラグの抵抗ばらつきを小さくする観点から、接続孔の底部から露出する比較的抵抗の高いバリア導体膜を除去した後、接続孔に導体膜を埋め込むことにより第２プラグを形成する。その後は、同様の工程を繰り返して多層配線を形成し、最上層にパッドを形成する（Ｓ３０７）。このような工程では、接続孔から露出するバリア導体膜を除去することから、パッドにおいてもバリア導体膜の厚さが薄くなるのである。しかし、図５４に示す製造工程は、近年の配線の微細化に伴って使用されなくなりつつある。なぜなら、微細化された配線パターンを形成するには、フォトリソグラフィ工程で使用する露光装置の解像精度を上げる必要があるが、解像精度を上げるということは光学特性としての焦点深度が浅くなるからである。つまり、凹凸形状の大きな図５４に示す製造工程では、微細な配線パターンを形成しにくくなるのである。
【０１３１】
そこで、近年では、図５５に示す製造工程が主に使用されつつある。以下に、図５５に示す製造工程について説明する。図５５は、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚くなる製造工程の流れを示すフローチャートである。図５５において、まず、半導体基板上にＭＯＳＦＥＴを形成し（Ｓ４０１）、その後、ＭＯＳＦＥＴを覆う半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する（Ｓ４０２）。このとき、第１層間絶縁膜の表面は、下層に形成されているＭＯＳＦＥＴによる凹凸形状を反映して凹凸ができる。しかし、図５５に示す製造工程では、第１層間絶縁膜の表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法で研磨する（Ｓ４０３）。これにより、第１層間絶縁膜の表面は平坦化される。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、表面が平坦化された第１層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに導体膜を埋め込む。これにより、第１層間絶縁膜に第１プラグを形成する（Ｓ４０４）。次に、第１プラグを形成した第１層間絶縁膜上に第１層配線を形成する（Ｓ４０５）。この第１層配線は、例えば、バリア導体膜とアルミニウム膜の積層膜から形成される。このとき、図５５に示す製造工程では、第１層間絶縁膜の表面が平坦化されていることから、第１層間絶縁膜上に形成される第１層配線の表面も平坦となっている。
【０１３２】
続いて、第１層配線を形成した第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成した後（Ｓ４０６）、第２層間絶縁膜に第２プラグを形成する（Ｓ４０７）。このとき、第２プラグは、第１層間絶縁膜上に形成されている第１層配線に達するように形成されるが、図５５に示す製造工程において、第１層間絶縁膜の表面は平坦化されている。したがって、第１層間絶縁膜の表面に形成されている第１層配線の表面も平坦となっている。このことから、図５５に示す製造工程では、図５４に示す製造工程のように、深い接続孔に第２プラグを形成する領域と、浅い接続孔に第２プラグを形成する領域が混在することはなく、ほぼ均一の深さの接続孔に第２プラグを形成することになる。このため、複数の第２プラグ間の抵抗ばらつきをほとんど考慮する必要がないので、接続孔の底部に露出するバリア導体膜を除去することは行なわれていない。その後は、同様の工程を繰り返して多層配線を形成し、最上層にパッドを形成する（Ｓ４０８）。このような図５５に示す製造工程では、接続孔から露出するバリア導体膜を除去しないことから、パッドにおいてもバリア導体膜の厚さが厚くなるのである。このように図５５に示す製造工程では、第１層間絶縁膜の表面をＣＭＰ法によって平坦化することから、露光装置の解像精度を上げることにより焦点深度が浅くなっても大きな問題とはならない。つまり、図５５に示す製造工程は、微細化された配線パターンを形成するのに適した製造工程であり、今後の主流となる半導体装置の製造工程と位置づけることができる。ところが、図５５に示す製造工程では、パッドの一部を構成するバリア導体膜の厚さが厚くなるため、図５５に示す製造工程後に、銅ワイヤによるワイヤボンディング工程を実施すると、パッド剥がれの問題が顕在化する。しかし、図５５に示す製造工程後に、銅ワイヤによるワイヤボンディング工程を使用する場合であっても、本発明の技術的思想を適用することにより、効果的にパッド剥がれを防止できるのである。
【０１３３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１３４】
上述のＭＯＳＦＥＴは、ゲート絶縁膜を酸化膜から形成する場合に限定するものではなく、ゲート絶縁膜を広く絶縁膜から形成するＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をも含むものと想定している。つまり、本明細書では、便宜上ＭＯＳＦＥＴという用語を使用しているが、このＭＯＳＦＥＴは、ＭＩＳＦＥＴをも含む意図の用語として本明細書では使用している。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１Ｓ 半導体基板
ＡＤ 接着材
ＡＲ 領域
ＢＣＦ１ バリア導体膜
ＢＣＦ１Ａ バリア導体膜
ＢＣＦ１Ｂ バリア導体膜
ＢＣＦ２ バリア導体膜
ＢＣＦ２Ａ バリア導体膜
ＢＣＦ２Ｂ バリア導体膜
ＣＡＰ キャピラリ
ＣＨＰ 半導体チップ
ＣＮ コーン部
Ｆ１ 圧縮荷重
Ｆ１Ｐ 注入圧力
Ｆ１Ｕ 超音波変換荷重
Ｆ１ＵＸ 超音波変換荷重
Ｆ１ＵＹ 超音波変換荷重
Ｆ２ 引張荷重
ＨＩ ホール挿入部
ＨＬＵ ホール部
ＨＬＵ１ ホール部
ＨＬＵ２ ホール部
ＩＢＬ 初期ボール
ＩＣＵ インナチャンファ部
ＩＬ インナーリード
ＩＬ１ 層間絶縁膜
ＩＬ２ 層間絶縁膜
ＩＬ３ 層間絶縁膜
ＩＬ４ 層間絶縁膜
ＬＤ１ ランド端子
ＬＤ２ 端子
Ｌ１ 仮想垂直線
Ｌ２ 直線
ＭＲ 樹脂
ＯＬ アウターリード
ＰＢＬ 圧着ボール
ＰＤ パッド
ＰＥ 台座部
ＰＦ めっき膜
ＲＭ 樹脂
Ｓ 半田
ＳＡ１ 半導体装置
ＳＡ２ 半導体装置
ＳＢ 半田ボール
ＳＢＭＰ スタッドバンプ電極
ＴＡＢ チップ搭載部
ＴＣＨ 放電トーチ
ＴＥ 端子
ＴＰ テーパ形状
ＵＳ 超音波振動
Ｗ ワイヤ
ＷＢ 配線基板
θＩＣＡ 広がり角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、半導体チップの表面上に配置されたパッドに銅ワイヤをボンディングした半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００９−１９４１３６号公報（特許文献１）には、キャピラリのインナチャンファアングルが６０度や１２０度であることが記載されている。そして、キャピラリをボールごとボンディングパッドに押し付けてボンディング荷重を印加するとともに、ボンディングパッドの表面に平行な方向に、キャピラリを介して超音波振動を供給することにより、ボンディングパッド上に圧着ボールを形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９４１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体素子と多層配線を形成した半導体チップと、この半導体チップを覆うように形成されたパッケージから形成されている。パッケージには、（１）半導体チップに形成されている半導体素子と外部回路とを電気的に接続するという機能や、（２）湿度や温度などの外部環境から半導体チップを保護し、振動や衝撃による破損や半導体チップの特性劣化を防止する機能がある。さらに、パッケージには、（３）半導体チップのハンドリングを容易にするといった機能や、（４）半導体チップの動作時における発熱を放散し、半導体素子の機能を最大限に発揮させる機能なども合わせ持っている。
【０００５】
パッケージでは、例えば、半導体チップ上に形成されている半導体素子と外部回路とを電気的に接続するという機能を実現するために、半導体チップを配線板上に搭載し、半導体チップ上に形成されているパッドと、配線板上に形成されている端子とをワイヤで接続することが行なわれている。このとき、パッドと端子とを接続するワイヤには、例えば、金を材料とする金ワイヤが用いられている。
【０００６】
ところが、近年、金の価格が上昇してきていることから、半導体装置の製造工程における直材費を抑制するため、金よりも価格の安い銅からなる銅ワイヤを使用することが検討されている。特に、銅ワイヤは、コストだけでなく、金ワイヤよりも電気抵抗率が低いという特性を有していることから、電気的特性も優れており、注目されている。
【０００７】
ここで、半導体チップ上に形成されているパッドと、配線板に形成されている端子とをワイヤで接続する場合、まず、キャピラリの先端部に初期ボールを形成し、その後、キャピラリの先端部に形成されている初期ボールをパッド上に押し付ける。具体的には、キャピラリによる荷重と超音波振動によって、初期ボールをパッド上に押し付ける。これにより、初期ボールが変形し、パッドとの接触面積を充分に確保できる圧着ボールが形成される。その後、キャピラリを配線板の端子へ移動させながらワイヤを引き出し、キャピラリによって配線板の端子へワイヤをボンディングすることにより、パッドと端子がワイヤで接続されることになる。
【０００８】
このように、パッド上に圧着ボールを形成する場合、キャピラリによる荷重と超音波振動を初期ボールに印加する必要がある。しかし、銅は、金よりも硬く、かつ、金は酸化されないのに対し、銅は酸化される。このため、初期ボールを変形させるとともに酸化膜を除去するために印加される荷重および超音波振動は、金ワイヤを使用する場合よりも銅ワイヤを使用する場合のほうが大きくなる。したがって、銅ワイヤを使用する場合には、パッドに加わるダメージが大きくなる問題点が発生する。
【０００９】
本発明の目的は、パッドに加わるダメージを抑制することができる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
代表的な実施の形態における半導体装置の製造方法は、キャピラリの先端部に形成した初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、パッドと圧着ボールとを電気的に接続する工程を含む。ここで、圧着ボールは、パッドと接続された第１部分、第１部分の上に位置する第２部分、および、第２部分の上に位置し、キャピラリから引き出された銅ワイヤが接続された第３部分を有する。そして、圧着ボールの第２部分を形成するキャピラリのインナチャンファ部の広がり角度は、９０度より小さいことを特徴とするものである。
【００１３】
また、代表的な実施の形態における半導体装置の製造方法は、キャピラリの先端部に形成した初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、パッドと圧着ボールとを電気的に接続する工程を含む。ここで、圧着ボールは、パッドと接続された第１部分、第１部分の上に位置する第２部分、および、第２部分の上に位置し、キャピラリから引き出された銅ワイヤが接続された第３部分を有する。そして、圧着ボールの第３部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とするものである。
【００１４】
代表的な実施の形態における半導体装置は、パッド上に形成された銅からなる圧着ボールを備える。ここで、圧着ボールは、パッドと接続された第１部分、第１部分の上に位置する第２部分、および、第２部分の上に位置する第３部分を有する。そして、第２部分の広がり角度は、９０度より小さいことを特徴とするものである。
【００１５】
また、代表的な実施の形態における半導体装置は、パッド上に形成された銅からなる圧着ボールを備える。ここで、圧着ボールは、パッドと接続された第１部分、第１部分の上に位置する第２部分、および、第２部分の上に位置する第３部分を有する。そして、圧着ボールの第３部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１７】
パッドに加わるダメージを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＢＧＡパッケージからなる半導体装置を上面から見た平面図である。
【図２】半導体装置を上面から見た図であり、樹脂を透視して示す図である。
【図３】実施の形態１における半導体装置を裏面から見た図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図５】ＢＧＡパッケージからなる半導体装置を製造する工程の流れを示すフローチャートである。
【図６】ＱＦＰパッケージからなる半導体装置を上面から見た平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図８】半導体チップに集積回路を形成した後、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置を製造する工程の流れを示すフローチャートである。
【図９】ワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１０】図９に続くワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１１】図１０に続くワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１２】図１１に続くワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１３】図１２に続くワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図１４】本発明者が見出した課題を説明する図である。
【図１５】本発明者が見出した課題を説明する図である。
【図１６】本発明者が見出した課題を説明する図である。
【図１７】金ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図１８】金からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図１９】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図２０】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図２１】銅からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図２２】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図２３】キャピラリの外観構成を示す図である。
【図２４】図２３の一部領域を拡大した図である。
【図２５】キャピラリによってパッド上に圧着ボールを形成する様子を示す図である。
【図２６】（ａ）は、インナチャンファ部の広がり角度が９０度よりも大きい場合を示しており、（ｂ）は、インナチャンファ部の広がり角度が９０度の場合を示しており、（ｃ）は、インナチャンファ部の広がり角度が９０度よりも小さい場合を示している。
【図２７】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図２８】実施の形態１において、銅からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図２９】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図３０】一般的なワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図３１】実施の形態１におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図３２】半導体チップ上に形成された複数のスタッドバンプ電極を示す図である。
【図３３】スタッドバンプ電極を形成した半導体チップを配線基板に実装する一例を示す図である。
【図３４】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図３５】実施の形態２において、銅からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図３６】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図３７】実施の形態２におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図３８】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図３９】従来のキャピラリの先端部の形状を示す図である。
【図４０】実施の形態３で使用するキャピラリの先端部の形状を示す図である。
【図４１】（ａ）〜（ｃ）は、従来のキャピラリを使用したワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図４２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３におけるキャピラリを使用したワイヤボンディング工程を説明する図である。
【図４３】実施の形態３におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図４４】変形例における圧着ボールの構造を示す図である。
【図４５】銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。
【図４６】実施の形態４において、銅からなる圧着ボールをパッド上に形成する様子を示す図である。
【図４７】圧着ボールを形成した後、キャピラリを上方に引き上げる様子を示す図である。
【図４８】実施の形態４におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールの構造を示す図である。
【図４９】パッドの下層に存在する複数の層間絶縁膜の構成を示す断面図である。
【図５０】ワイヤボンディング工程を示す図である。
【図５１】図５０に続くワイヤボンディング工程を示す図である。
【図５２】比較的パッド剥がれが生じにくいパッド構造におけるワイヤボンディング工程を示す図である。
【図５３】比較的パッド剥がれが生じやすいパッド構造におけるワイヤボンディング工程を示す図である。
【図５４】パッドを構成するバリア導体膜の厚さが薄くなる製造工程の流れを示すフローチャートである。
【図５５】パッドを構成するバリア導体膜の厚さが厚くなる製造工程の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２０】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２２】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２３】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２４】
（実施の形態１）
＜半導体装置（ＢＧＡパッケージ）の構成例＞
半導体装置のパッケージ構造には、例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージやＱＦＰ（Quad Flat Package）パッケージなどのように様々な種類がある。本発明の技術的思想は、これらのパッケージに適用可能であり、以下に、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置の構成例と、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置の構成例について説明する。
【００２５】
まず、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置の構成例について図面を参照しながら説明する。図１は、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置ＳＡ１を上面から見た平面図である。図１に示すように、本実施の形態における半導体装置ＳＡ１は矩形形状をしており、半導体装置ＳＡ１の上面は樹脂（封止体）ＭＲで覆われている。
【００２６】
続いて、図２は、半導体装置ＳＡ１を上面から見た図であり、樹脂ＭＲを透視して示す図である。図２に示すように、半導体装置ＳＡ１の樹脂ＭＲを透視した内部には、矩形形状の配線基板ＷＢが存在しており、この配線基板ＷＢ上に半導体チップＣＨＰが配置されている。この半導体チップＣＨＰも矩形形状をしている。半導体チップＣＨＰの大きさは、配線基板ＷＢの大きさよりも小さくなっており、半導体チップＣＨＰは平面的に配線基板ＷＢに内包されるように配置されている。特に、半導体チップＣＨＰの四辺がそれぞれ配線基板ＷＢの四辺と互いに並行するように配置されている。
【００２７】
上述した半導体チップＣＨＰには集積回路が形成されている。具体的に、半導体チップＣＨＰを構成する半導体基板には、複数のＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子が形成されている。そして、半導体基板の上層には層間絶縁膜を介して多層配線が形成されており、これらの多層配線が半導体基板に形成されている複数のＭＯＳＦＥＴと電気的に接続されて集積回路が構成されている。つまり、半導体チップＣＨＰは、複数のＭＯＳＦＥＴが形成されている半導体基板と、この半導体基板の上方に形成された多層配線を有している。このように半導体チップＣＨＰには、複数のＭＯＳＦＥＴと多層配線によって集積回路が形成されているが、この集積回路と外部回路とのインタフェースをとるために、半導体チップＣＨＰにはパッドＰＤが形成されている。このパッドＰＤは、多層配線の最上層に形成されている最上層配線の一部を露出することにより形成されている。
【００２８】
図２に示すように、半導体チップＣＨＰの主面（表面、上面）には、複数のパッドＰＤが形成されている。具体的に、矩形形状をした半導体チップＣＨＰの四辺のそれぞれに沿うように複数のパッドＰＤが形成されている。そして、半導体チップＣＨＰに形成されている複数のパッドＰＤと相対するように配線基板ＷＢの四辺のそれぞれに沿って複数のランド端子ＬＤ１が形成されている。そして、半導体チップＣＨＰに形成されているパッドＰＤは、配線基板ＷＢに形成されているランド端子ＬＤ１と、導電性部材を介して電気的に接続されている。なお、本実施の形態における導電性部材は、例えば、銅（Ｃｕ）からなるワイヤＷである。
【００２９】
次に、図３は、本実施の形態１における半導体装置ＳＡ１を裏面から見た図である。図３に示すように、半導体装置ＳＡ１の裏面には、複数の半田ボールＳＢがアレイ状（行列状）に配置されている。この半田ボールＳＢは半導体装置ＳＡ１の外部接続端子として機能するものである。
【００３０】
図４は、図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図４において、配線基板ＷＢの上面にはランド端子ＬＤ１が形成されている一方、配線基板ＷＢの下面には端子（バンプランド、電極）ＬＤ２が形成されている。配線基板ＷＢの内部には多層配線およびビアが形成されており、配線基板ＷＢの上面に形成されているランド端子ＬＤ１と、配線基板ＷＢの下面に形成されている端子ＬＤ２とは、配線基板ＷＢの内部に形成されている多層配線と、ビアの内部に形成されたビア配線とによって電気的に接続されている。配線基板ＷＢの下面に形成されている端子ＬＤ２はアレイ状に配置されており、この端子ＬＤ２上に半田ボールＳＢが搭載される。これにより、配線基板ＷＢの裏面（下面）には、端子ＬＤ２と接続された半田ボールＳＢがアレイ状に配置される。
【００３１】
配線基板ＷＢの上面（表面、主面）には、半導体チップＣＨＰが搭載されており、この半導体チップＣＨＰは、配線基板ＷＢと絶縁性の接着材ＡＤで接着されている。そして、半導体チップＣＨＰの主面に形成されているパッドＰＤと、配線基板ＷＢの上面に形成されているランド端子ＬＤ１とはワイヤＷで接続されている。さらに、配線基板ＷＢの上面には半導体チップＣＨＰおよびワイヤＷを覆うように樹脂（封止体）ＭＲが形成されている。
【００３２】
このように構成されている半導体装置ＳＡ１によれば、半導体チップＣＨＰに形成されているパッドＰＤがワイヤＷを介して配線基板ＷＢに形成されたランド端子ＬＤ１に接続され、このランド端子ＬＤ１は、配線基板ＷＢの内部に形成されている配線およびビア配線によって、配線基板ＷＢの裏面に形成されている端子ＬＤ２と電気的に接続される。したがって、半導体チップＣＨＰに形成されている集積回路は、パッドＰＤ→ワイヤＷ→ランド端子ＬＤ１→端子ＬＤ２→半田ボールＳＢの経路で最終的に半田ボールＳＢと接続されていることがわかる。このことから、半導体装置ＳＡ１に形成されている半田ボールＳＢへ外部回路を電気的に接続することにより、半導体チップＣＨＰに形成されている集積回路と外部回路とを接続することができることがわかる。
【００３３】
＜半導体装置（ＢＧＡパッケージ）の製造方法＞
ＢＧＡパッケージからなる半導体装置ＳＡ１は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について簡単に説明する。図５は、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置ＳＡ１を製造する工程の流れを示すフローチャートである。
【００３４】
まず、半導体基板（半導体ウェハ）のそれぞれのチップ領域上に半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ）、多層配線およびパッドを形成する。そして、半導体基板の裏面研削を実施して半導体基板の厚さを薄くした後、半導体基板に形成されているチップ領域をダイシングすることにより、複数の半導体チップを形成する。
【００３５】
次に、表面に複数のランド端子が形成され、表面とは反対側の裏面に複数の端子が形成された配線基板を用意する。そして、配線基板の表面に存在するチップ搭載部（チップ搭載領域）に接着材を塗布する。その後、配線基板のチップ搭載部上に塗布した接着材を介して半導体チップを搭載する（ダイボンディング工程）（Ｓ１０１）。
【００３６】
続いて、半導体チップに形成されているパッドと、配線基板に形成されているランド端子とをワイヤで接続する（ワイヤボンディング工程）（Ｓ１０２）。具体的には、まず、キャピラリを半導体チップに形成されているパッドに押し付けてボンディングする（ファーストボンディング）。その後、キャピラリを移動させて、配線基板に形成されているランド端子にワイヤをボンディングする（セカンドボンディング）。このようにして、半導体チップに形成されているパッドと、配線基板に形成されているランド端子とをワイヤで接続することができる。
【００３７】
次に、半導体チップ、ワイヤ、配線基板の表面を覆うように、例えば、樹脂からなる封止体を形成する（モールド工程）（Ｓ１０３）。その後、配線基板の裏面に形成されている端子に、例えば、半田からなる半田ボール（外部接続端子）を取り付ける（半田ボール取り付け工程）（Ｓ１０４）。そして、封止体の表面に、例えば、レーザによって製造番号などからなるマークを刻印する（マーキング工程）（Ｓ１０５）。このようにして製造された半導体装置ＳＡ１は、最終的に検査を実施することにより（テスティング工程）（Ｓ１０６）、良品と不良品が選別され、良品と判断された半導体装置ＳＡ１が出荷される。
【００３８】
上述した半導体装置ＳＡ１は、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置であるが、本発明の技術的思想を適用できるパッケージ形態はこれに限らない。例えば、半導体チップを搭載する基材（配線板）として配線基板ではなくリードフレームを使用するパッケージ形態にも適用することができる。具体的に、本発明の技術的思想は、ＱＦＰパッケージやＱＦＮパッケージにも幅広く適用することができる。特に、以下では、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置の構成例について説明する。
【００３９】
＜半導体装置（ＱＦＰパッケージ）の構成例＞
まず、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置の構成について図面を参照しながら説明する。図６は、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置ＳＡ２を上面から見た平面図である。図６に示すように、半導体装置ＳＡ２は矩形形状をしており、半導体装置ＳＡ２の上面は樹脂（封止体）ＲＭで覆われている。そして、樹脂ＲＭの外形を規定する四辺から外側に向ってアウターリードＯＬが突き出ている。
【００４０】
続いて、半導体装置ＳＡ２の内部構造について説明する。図７は、図６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図７に示すように、チップ搭載部ＴＡＢの裏面は樹脂ＲＭで覆われている。一方、チップ搭載部ＴＡＢの上面には半導体チップＣＨＰが搭載されており、半導体チップＣＨＰの主面にはパッドＰＤが形成されている。そして、半導体チップＣＨＰに形成されているパッドＰＤは、インナーリードＩＬとワイヤＷで電気的に接続されている。これらの半導体チップＣＨＰ、ワイヤＷおよびインナーリードＩＬは樹脂ＲＭで覆われており、インナーリードＩＬと一体化しているアウターリードＯＬが樹脂ＲＭから突き出ている。樹脂ＲＭから突き出ているアウターリードＯＬは、ガルウィング形状に成形されており、その表面にめっき膜ＰＦが形成されている。
【００４１】
チップ搭載部ＴＡＢ、インナーリードＩＬ、および、アウターリードＯＬは、例えば、銅材や鉄とニッケルとの合金である４２アロイ（４２Alloy）などから形成されており、ワイヤＷは、例えば、銅線から形成されている。半導体チップＣＨＰは、例えば、シリコンや化合物半導体（ＧａＡｓなど）から形成されており、この半導体チップＣＨＰには、ＭＯＳＦＥＴなどの複数の半導体素子が形成されている。そして、半導体素子の上方に層間絶縁膜を介して多層配線が形成されており、この多層配線の最上層に多層配線と接続されるパッドＰＤが形成されている。したがって、半導体チップＣＨＰに形成されている半導体素子は、多層配線を介してパッドＰＤと電気的に接続されていることになる。つまり、半導体チップＣＨＰに形成されている半導体素子と多層配線により集積回路が形成され、この集積回路と半導体チップＣＨＰの外部とを接続する端子として機能するものがパッドＰＤである。このパッドＰＤは、ワイヤＷでインナーリードＩＬと接続され、インナーリードＩＬと一体的に形成されているアウターリードＯＬと接続されている。このことから、半導体チップＣＨＰに形成されている集積回路は、パッドＰＤ→ワイヤＷ→インナーリードＩＬ→アウターリードＯＬ→外部接続機器の経路によって、半導体装置ＳＡ２の外部と電気的に接続することができることがわかる。つまり、半導体装置ＳＡ２に形成されているアウターリードＯＬから電気信号を入力することにより、半導体チップＣＨＰに形成されている集積回路を制御することができることがわかる。また、集積回路からの出力信号をアウターリードＯＬから外部へ取り出すこともできることがわかる。
【００４２】
＜半導体装置（ＱＦＰパッケージ）の製造方法＞
ＱＦＰパッケージからなる半導体装置ＳＡ２は上記のように構成されており、以下に、その製造方法について簡単に説明する。図８は、半導体チップに集積回路を形成した後、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置を製造する工程の流れを示すフローチャートである。まず、リードフレームに形成されているチップ搭載部に半導体チップを搭載した後（Ｓ２０１のダイボンディング）、半導体チップに形成されているパッドとインナーリードとをワイヤで接続する（Ｓ２０２のワイヤボンディング）。その後、チップ搭載部、半導体チップ、ワイヤ、インナーリードを樹脂で封止する（Ｓ２０３のモールド）。そして、リードフレームに形成されているダムを切断した後（Ｓ２０４のダム切断）、樹脂から露出しているアウターリードの表面にめっき膜を形成する（Ｓ２０５のめっき）。続いて、樹脂の表面にマークを形成した後（Ｓ２０６のマークキング）、樹脂から突き出ているアウターリードを成形する（Ｓ２０７のリード成形）。このようにして半導体装置ＳＡ２を形成した後、電気的特性検査が実施され（Ｓ２０８のテスティング）、良品と判断された半導体装置ＳＡ２が製品として出荷される。
【００４３】
＜ワイヤボンディング工程の詳細＞
上述したように、半導体装置のパッケージ構造例として、ＢＧＡパッケージからなる半導体装置ＳＡ１と、ＱＦＰパッケージからなる半導体装置ＳＡ２を挙げたが、本発明の技術的思想は、両方に共通するワイヤボンディング工程（図５のＳ１０２、図８のＳ２０２）に関するものである。そこで、以下では、ワイヤボンディング工程の詳細について説明し、その後、本発明者が見出した課題、この課題を解決する工夫を施した実施の形態１における技術的思想の順で説明する。
【００４４】
まず、上述したワイヤボンディング工程の詳細について、図面を参照しながら説明する。図９に示すように、放電トーチＴＣＨによる放電により、キャピラリＣＡＰから引き出されるワイヤＷの先端部に初期ボールＩＢＬを形成する。
【００４５】
そして、図１０に示すように、配線基板ＷＢに搭載された半導体チップＣＨＰのパッドＰＤ上に、キャピラリＣＡＰの先端部に形成されている初期ボールＩＢＬをボンディングする（ファーストボンディング）。このとき、キャピラリＣＡＰには、荷重および超音波振動が印加されており、半導体チップＣＨＰのパッドＰＤ上に着地した初期ボールＩＢＬは、キャピラリＣＡＰに加えられている荷重および超音波振動によって変形し、パッドＰＤとの接触面積が大きい圧着ボールＰＢＬが形成される。
【００４６】
次に、図１１に示すように、半導体チップＣＨＰ上のパッドＰＤが形成されている位置から、キャピラリＣＡＰからワイヤＷを引き出しながら、キャピラリＣＡＰを移動させる。そして、図１２に示すように、配線基板ＷＢに形成されているランド端子ＬＤ１にワイヤＷをボンディングする（セカンドボンディング）。その後、図１３に示すように、セカンドボンディングしたワイヤＷをキャピラリＣＡＰから切断する。このようにして、半導体チップＣＨＰに形成されているパッドＰＤと、配線基板ＷＢに形成されているランド端子ＬＤ１とをワイヤＷで接続することができる。
【００４７】
＜本発明者が見出した課題＞
上述したワイヤボンディング工程において、半導体チップＣＨＰ上に初期ボールＩＢＬを着地させた後、キャピラリＣＡＰに印加される荷重および超音波振動によって初期ボールＩＢＬを変形させて圧着ボールＰＢＬを形成する。その後、キャピラリＣＡＰを上昇させる際、圧着ボールＰＢＬとともにパッドＰＤが剥がれてしまう問題点が顕在化することが本発明者の検討により明らかになった。この点について、図面を参照しながら説明する。
【００４８】
図１４に示すように、例えば、パッドＰＤは、窒化チタン膜やチタン膜からなるバリア導体膜ＢＣＦ１やバリア導体膜ＢＣＦ２とアルミニウム膜（アルミニウム合金膜）から構成されており、このパッドＰＤ上にキャピラリＣＡＰによって圧着ボールＰＢＬが形成される。このとき、キャピラリＣＡＰは、ワイヤＷを通すホール部ＨＬＵと、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵとを有しており、これらの形状に沿うようにして圧着ボールＰＢＬが形成される。具体的に、圧着ボールＰＢＬは、図１４に示すように、パッドＰＤと接触する台座部（ツバ部）（第１部分）ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部（第２部分）ＣＮと、このコーン部ＣＮ上に形成され、ワイヤＷと接続するホール挿入部（第３部分）ＨＩとから構成される。ここで、圧着ボールＰＢＬのコーン部ＣＮは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵにより形づけられる部分であり、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩは、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵにより形づけられる部分である。
【００４９】
図１４に示すように、圧着ボールＰＢＬは、キャピラリＣＡＰにより印加される圧縮荷重Ｆ１によって形成されるが、特に、圧着ボールＰＢＬの外縁部に加わる圧縮荷重Ｆ１は大きくなる。このため、例えば、図１５に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に印加される圧縮荷重Ｆ１によって、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥにおける外縁部がパッドＰＤの内部に入り込み、パッドＰＤの外縁部に形成されているバリア導体膜ＢＣＦ２が破壊される。さらに、圧着ボールＰＢＬに印加される圧縮荷重によって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される（押し込まれる）ホール挿入部ＨＩの厚さも厚くなる。
【００５０】
この結果、図１６に示すように、キャピラリＣＡＰを上昇させる際、パッドＰＤに入り込んだ台座部ＰＥの外縁部で挟まれるパッドＰＤの一部が、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力に基づく引張荷重Ｆ２によって、剥がれてしまうのである。
【００５１】
つまり、ワイヤボンディング工程においては、まず、キャピラリＣＡＰから圧着ボールＰＢＬの外縁部に印加される圧縮荷重が大きくなることで、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥの外縁部がパッドの内部に入り込むという第１要因がある。さらに、圧縮荷重が大きくなることによって、ホール挿入部ＨＩへの挿入圧力が大きくなる結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとキャピラリＣＡＰのホール部との間の摩擦力が大きくなり、キャピラリＣＡＰを引き上げる際の引張応力が大きくなる第２要因がある。そして、この第１要因と第２要因によって、パッドＰＤの剥がれが生じると考えられるのである。
【００５２】
ここで、ワイヤＷの材料としては、例えば、金が使用される場合が多い。ところが、近年の金の需要増加に伴い、価格が上昇してきていることから、半導体装置の製造工程における材料コストを抑制するため、金よりも価格の安い銅からなる銅ワイヤを使用することが検討されている。特に、銅ワイヤは、コストだけでなく、金ワイヤよりも電気抵抗率が低いという特性を有していることから、電気的特性も優れており、注目されている。しかしながら、ワイヤＷとして、銅を主成分とする材料を使用する場合、特に、上述したパッド剥がれが顕在化する。以下では、ワイヤＷの材料として金を使用する場合と比較しながら、ワイヤＷの材料として銅を主成分とする材料を使用する場合にパッド剥がれが頻発するメカニズムについて説明する。
【００５３】
＜銅ワイヤを使用する場合にパッド剥がれが頻発するメカニズム＞
まず、金ワイヤを使用してワイヤボンディングを行なう場合について説明する。図１７は、金ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図１７の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１には、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。
【００５４】
ここで、金は柔らかく変形しやすいため、初期ボールから圧着ボールへ変形させるために印加される圧縮荷重Ｆ１は比較的小さい。さらに、超音波振幅は、圧着ボールをパッドに擦りつけることにより、圧着ボールの表面に形成された酸化膜とパッド表面（一般的にはアルミニウム膜が多い）に形成された酸化膜と、を除去するために印加される。金ワイヤを使用する場合、金は酸化されないため、キャピラリに印加される超音波振幅は比較的小さい。このため、超音波振幅が変換された超音波変換荷重も小さくなる。
【００５５】
具体的に、図１８は、金からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図１８に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、金自体は柔らかく変形しやすいため、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重も小さくなるとともに、金自体は酸化されないため、超音波振動ＵＳも小さくなる。この結果、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹも小さくなる。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１も小さくなる。このため、図１８に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に大きな圧縮荷重Ｆ１がかかることがなく、台座部ＰＥとパッドＰＤの接触部分にほぼ均一に荷重が印加される。このことから、金ワイヤを使用する場合には、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤに入り込むことはなく、パッド剥がれが生じる第１要因はほとんど生じない。また、圧縮荷重Ｆ１自体の大きさが小さくなるため、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐも小さくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さが薄くなる。
【００５６】
続いて、図１９は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図１９において、金ワイヤを使用する場合、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄い。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も小さくなる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２も小さくなる。このため、金ワイヤを使用する場合、上述した第２要因の影響も小さくなる。このように、金ワイヤを使用するワイヤボンディングでは、上述した第１要因および第２要因が顕在化しないため、第１要因と第２要因に起因したパッド剥がれが生じにくくなることがわかる。
【００５７】
次に、銅ワイヤを使用してワイヤボンディングを行なう場合について説明する。図２０は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図２０の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。
【００５８】
ここで、銅は金よりも硬いため、銅からなる初期ボールを変形させて圧着ボールを形成するためには、金ワイヤの場合よりも大きな圧縮荷重Ｆ１を印加する必要がある。さらに、銅は金と異なり、酸化されるため、圧着ボールのパッドとの接触面に形成された酸化膜を除去する必要があり、圧着ボールに加える超音波振動（超音波振幅）も大きくなる。
【００５９】
具体的に、図２１は、銅からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図２１に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、銅は金よりも硬いため、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重も大きくなるとともに、銅自体は酸化されるため、酸化膜を除去するために必要とされる超音波振動ＵＳも大きくなる。この結果、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹも大きくなる。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１も大きくなる。このことから、図２１に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に大きな圧縮荷重Ｆ１がかかるため、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込み、パッドＰＤの内部に存在するバリア導体膜ＢＣＦ２を局所的に破壊する。すなわち、銅ワイヤを使用する場合には、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤに入り込む可能性が高くなり、パッド剥がれが生じる第１要因が顕在化する。また、圧縮荷重Ｆ１自体の大きさが大きくなるため、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐも大きくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも厚くなる。
【００６０】
続いて、図２２は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図２２において、銅ワイヤを使用する場合、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは厚くなっている。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も大きくなる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２も大きくなる。このため、銅ワイヤを使用する場合、上述した第２要因も顕在化する。このように、銅ワイヤを使用するワイヤボンディングでは、上述した第１要因および第２要因が顕在化するため、第１要因と第２要因に起因したパッド剥がれが生じやすくなることがわかる。
【００６１】
そこで、本実施の形態１では、銅ワイヤを使用するワイヤボンディング工程において、パッド剥がれ（パッドに加わるダメージの一態様）を抑制できる工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明する。
【００６２】
＜実施の形態１における特徴＞
本実施の形態１における技術的思想は、パッド剥がれを防止するために、パッドの表面と平行する方向（水平方向）に印加される超音波振動が、キャピラリのインナチャンファ部のテーパ形状によって、パッドの表面に対して垂直方向の超音波変換荷重に変換される点に着目している。すなわち、この超音波変換荷重が大きくなると、圧着ボールに加わる圧縮荷重が大きくなり、パッド剥がれを引き起こすことになるので、本実施の形態１では、超音波変換荷重ができるだけ小さくなるように工夫を施している。
【００６３】
まず、図２３は、キャピラリＣＡＰの外観構成を示す図である。図２３に示すように、キャピラリＣＡＰは先端部に行くにつれて細くなっており、先端部に広がり角度θＩＣＡが存在する。具体的に、この広がり角度θＩＣＡを拡大図で説明する。図２４は、図２３の領域ＡＲを拡大した図である。図２４に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部には、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵが存在し、このインナチャンファ部ＩＣＵの広がりを示す角度が広がり角度θＩＣＡである。この広がり角度θＩＣＡは、インナチャンファアングルとも呼ばれる。
【００６４】
上述したキャピラリＣＡＰによりパッドＰＤ上に圧着ボールＰＢＬを形成する際、パッドＰＤの表面と平行な方向の超音波振動ＵＳがキャピラリＣＡＰに印加される。このとき、キャピラリＣＡＰに印加される超音波振動ＵＳが、キャピラリＣＡＰの先端部に形成されているインナチャンファ部ＩＣＵのテーパ形状によって超音波変換荷重に変換される。このメカニズムについて、図２５を参照しながら説明する。
【００６５】
図２５は、キャピラリＣＡＰによってパッドＰＤ上に圧着ボールＰＢＬを形成する様子を示す図である。図２５に示すように、キャピラリＣＡＰには、ワイヤを通すホール部ＨＬＵと、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵが形成されており、このホール部ＨＬＵおよびインナチャンファ部ＩＣＵの形状に沿うように圧着ボールＰＢＬが形成されている。具体的に、圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤと接触する台座部（第１部分）ＰＥと、台座部ＰＥ上に形成されたコーン部（第２部分）ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成され、ワイヤＷと接続されるホール挿入部（第３部分）ＨＩから形成される。このとき、圧着ボールＰＢＬのコーン部ＣＮは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵのテーパ形状を反映するように形成され、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩは、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵの形状を反映するように形成される。
【００６６】
ここで、図２５に示すように、キャピラリＣＡＰには、パッドＰＤの表面と平行な方向に超音波振動ＵＳが印加されている。この超音波振動ＵＳによって、パッドＰＤの表面と圧着ボールＰＢＬの底面との間を擦り付ける力が発生し、これにより、圧着ボールＰＢＬの底面とパッドＰＤの表面に形成されている酸化膜を除去することができる。
【００６７】
図２５に示すように、超音波振動ＵＳ自体は、パッドＰＤの表面と平行な方向に印加されるが、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵは、テーパ形状をしているため、このテーパ形状によって、超音波振動ＵＳは、斜め方向の超音波変換荷重Ｆ１Ｕに変換される。この斜め方向の超音波変換荷重Ｆ１Ｕは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵのテーパが付いている面に対して垂直である。そして、この斜め方向の超音波変換荷重Ｆ１Ｕは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸと、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹを成分に持つことになる。ここで、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹは、パッドＰＤの表面と圧着ボールＰＢＬの底面とを擦り付ける力としては機能せず、圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤに押し付ける圧縮荷重の一部となってしまうことがわかる。したがって、このパッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが大きくなると、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に大きな圧縮荷重がかかることになるため、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性が高くなり、パッド剥がれが生じる第１要因が顕在化しやすくなる。さらに、圧縮荷重自体の大きさが大きくなるため、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力も大きくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも厚くなることから、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩと、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵとの間の摩擦力も大きくなり、パッド剥がれが生じる第２要因も顕在化しやすくなる。このように、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが大きくなると、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因が顕在化しやすくなるので、パッド剥がれを防止する観点から、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをできるだけ小さくする必要があることがわかる。
【００６８】
この点に関し、本発明者が着目したのは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵのテーパ形状に依存して、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが変化することである。このことについて、さらに、図２６を使用して説明する。
【００６９】
図２６は、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを変化させることにより、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさがどのように変化するのかを説明する図である。具体的に、図２６（ａ）は、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも大きい場合を示しており、図２６（ｂ）は、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度の場合を示している。また、図２６（ｃ）は、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合を示している。
【００７０】
まず、図２６（ａ）に示すように、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも大きい場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが大きくなってしまうことがわかる。つまり、図２６（ａ）の場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも大きくなる。したがって、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも大きい場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさを小さくすることができず、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因が顕在化しやすくなることがわかる。
【００７１】
続いて、図２６（ｂ）に示すように、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度である場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、図２６（ａ）の場合に比べて小さくなるが、まだ充分に小さくするまでには至っていない。つまり、図２６（ｂ）の場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさと同程度となるが、この場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが充分に小さいとは言えず、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因を充分に抑制できるまでには至っていないことがわかる。
【００７２】
これに対し、図２６（ｃ）に示すように、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、図２６（ａ）や図２６（ｂ）の場合に比べて極めて小さくなることがわかる。つまり、図２６（ｃ）の場合、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも充分に小さくなる。この結果、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡが９０度よりも小さい場合においては、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさを充分小さくすることができ、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因を充分に抑制できることがわかる。
【００７３】
そこで、本実施の形態１においては、圧着ボールＰＢＬのコーン部ＣＮを形成するキャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくするように構成してワイヤボンディング工程を実施する。つまり、本実施の形態１における特徴は、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくした状態で、圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する点にある。
【００７４】
これにより、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも小さくなるので、圧着ボールＰＢＬの外縁部に局所的に大きな圧縮荷重がかかることを抑制できる。つまり、本実施の形態１によれば、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性を低くすることができるため、パッド剥がれが生じる第１要因の顕在化を抑制することができる。さらに、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさが、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも小さくなることから、圧縮荷重全体の大きさも小さくなり、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力も小さくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなることから、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩと、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵとの間の摩擦力も低減することができ、パッド剥がれが生じる第２要因の顕在化も抑制できる。
【００７５】
このように、本実施の形態１によれば、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さく構成することにより、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹの大きさをパッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも小さくすることができる。このため、本実施の形態１によれば、パッド剥がれが生じる第１要因および第２要因の顕在化を抑制できるので、パッド剥がれを防止することができる。
【００７６】
すなわち、本実施の形態１では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さく構成する直接的な効果として、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをパッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸよりも小さくできる。このことから、圧着ボールＰＢＬの外縁部に印加される圧縮荷重全体の大きさを小さくすることができるので、圧着ボールＰＢＬの外縁部がパッドＰＤに入り込むというパッド剥がれの第１要因を効果的に防止することができる。そして、さらに、本実施の形態１では、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをパッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの大きさよりも小さくできる間接的な効果として、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力を小さくすることができる。この結果、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに注入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなり、キャピラリＣＡＰを引き上げる際に発生するホール部ＨＬＵとホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力を低減できる。この結果、キャピラリＣＡＰを引き上げる際に圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重を低減できるので、パッド剥がれの第２要因も効果的に防止することができる。
【００７７】
以上のように、本実施の形態１の特徴は、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくする点にあるが、さらに、パッド剥がれを引き起こす要因であるパッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹを小さくする観点からは、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを５０度から７０度の範囲内にすることが望ましい。なぜなら、広がり角度θＩＣＡを小さくすればするほど、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹを小さくすることができるからである。ただし、キャピラリＣＡＰの先端部にテーパ形状のインナチャンファ部ＩＣＵを形成している理由がある。すなわち、キャピラリＣＡＰの先端部に放電トーチによって初期ボールを形成するが、この初期ボールを固定するため、キャピラリＣＡＰの先端部にテーパ形状のインナチャンファ部ＩＣＵを設けているのである。つまり、テーパ形状のインナチャンファ部ＩＣＵに初期ボールの一部を挿入して初期ボールを固定することにより、初期ボールがずれることなくパッドＰＤ上に着地させることができるのである。したがって、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをできるだけ小さくする観点からは、広がり角度θＩＣＡを小さくすることが望ましいが、あまり広がり角度θＩＣＡを小さくしすぎると、初期ボールを固定する観点から支障をきたすことになる。そこで、本実施の形態１では、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹをできるだけ小さくする観点と、初期ボールを確実に固定する観点との両立を図ることを考慮し、インナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを５０度から７０度の範囲内にすることが望ましいとしているのである。この範囲の広がり角度θＩＣＡであれば、充分に、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹを小さくできるとともに、初期ボールの固定も確実に行なうことができる。
【００７８】
続いて、本実施の形態１におけるワイヤボンディング工程について説明する。図２７は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図２７の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。ここで、図２０と図２７を見比べてわかるように、銅ワイヤによる一般的なワイヤボンディング工程（図２０参照）に対して、本実施の形態１によるワイヤボンディング工程（図２７参照）では、超音波変換荷重と引張荷重Ｆ２とが共に小さくなっていることがわかる。
【００７９】
つまり、超音波変換荷重に関して、本実施の形態１によるワイヤボンディング工程（図２７参照）は、銅ワイヤによる一般的なワイヤボンディング工程（図２０参照）と比べて、同程度の超音波（エネルギー、パワー）を印加しても、圧縮荷重Ｆ１が抑えられ、より圧着ボールとパッドとの接合性を向上できる方法であることがわかる。上述したパッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸよりも小さい（パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸの方が、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹよりも大きい）ということは、印加した超音波の接合に寄与させる割合をその分高めたということを意味する。このことは、金ワイヤよりもパッドＰＤに接合させづらい銅ワイヤの接合性を高める上で重要である。
【００８０】
さらに、本実施の形態１によるワイヤボンディング工程（図２７参照）は、銅ワイヤによる一般的なワイヤボンディング工程（図２０参照）と比べて、引張荷重Ｆ２が小さい。これは、本実施の形態１によるワイヤボンディング工程（図２７参照）は、キャピラリのホール部に押し込まれた圧着ボールのホール挿入部の厚さが薄くなり（体積が少なくなり）、キャピラリを引き上げる際にホール部から圧着ボールのホール挿入部が抜けやすくなったことを意味する。このことは、パッド剥がれを抑制する上で重要である。
【００８１】
具体的に、図２８は、本実施の形態１において、銅からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図２８に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、本実施の形態１では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡ（図２８では図示せず）が９０度よりも小さくなっているので、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹは、パッドＰＤの表面に平行な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＸよりも小さくなる。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１を小さくすることができる。このことから、図２８に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部にかかる圧縮荷重Ｆ１の大きさを小さくすることができるので、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性が低くなり、パッド剥がれが生じる第１要因の顕在化は抑制される。さらに、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが小さいことから、圧縮荷重Ｆ１自体の大きさも小さくなり、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐも小さくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなる。
【００８２】
続いて、図２９は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図２９において、本実施の形態１では、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなっている。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も低減できる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２を小さくすることができる。このため、本実施の形態１によれば、上述した第２要因の顕在化も抑制される。このように、本実施の形態１におけるワイヤボンディングでは、上述した第１要因および第２要因の顕在化が抑制されるため、第１要因と第２要因に起因したパッド剥がれを効果的に抑制することができる。
【００８３】
＜本実施の形態１における圧着ボールの構造上の特徴＞
上述したように、本実施の形態１では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくした状態で、銅ワイヤのワイヤボンディングを実施することに特徴があるが、このワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールＰＢＬの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴点を、一般的なワイヤボンディング工程で形成される圧着ボールＰＢＬ（Ｐ）との構造と比較しながら説明する。
【００８４】
図３０は、一般的なワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬ（Ｐ）の構造を示す図である。図３０において、一般的な圧着ボールＰＢＬ（Ｐ）は、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、圧着ボールＰＢＬ（Ｐ）のパッドＰＤに接する圧着径をＡ、台座部ＰＥの厚さをＢ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣとすると、以下の関係が成立する。すなわち、Ｂ≦Ａ／１０、Ｃ≧Ａ／６が成立する。さらに、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むとともに、コーン部ＣＮの広がり角度は９０度よりも大きくなっている。
【００８５】
これに対し、図３１は、本実施の形態１におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図３１において、本実施の形態１における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、圧着ボールＰＢＬのパッドＰＤに接する圧着径をＡ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣとすると、以下の関係が成立する。すなわち、Ｃ＜Ａ／６が成立する。これは、本実施の形態１では、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが充分に小さくなることから、ホール挿入部ＨＩへの注入圧力が小さくなることに基づくものである。また、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むことが防止されている。これも、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが充分に小さくなることによる圧縮荷重の低減によるものである。さらに、コーン部ＣＮの広がり角度は９０度よりも小さくなっている。これは、本実施の形態１では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくした状態で、銅ワイヤのワイヤボンディングを実施しているため、インナチャンファ部ＩＣＵの形状を反映して形成されるコーン部ＣＮの広がり角度も９０度よりも小さくなることに起因している。以上のように、本実施の形態１におけるワイヤボンディング工程を実施することにより形成される圧着ボールＰＢＬでは、製法上の特徴が圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴として顕在化することがわかる。
【００８６】
＜変形例＞
次に、本実施の形態１の変形例について説明する。上述したように本実施の形態１では、銅ワイヤを使用したワイヤボンディング工程を例に挙げて説明したが、本実施の形態１における技術的思想は、銅からなるスタッドバンプ電極を形成する工程にも幅広く適用することができる。なぜなら、スタッドバンプ電極も、キャピラリによって、先端部に形成された初期ボールをパッド上に着地させた後、圧縮荷重および超音波振動を印加することにより初期ボールを変形させて圧着ボールを形成し、この圧着ボールの先端部で銅ワイヤを切断することによりスタッドバンプ電極を形成するからである。つまり、銅ワイヤによるワイヤボンディング工程とスタッドバンプ電極形成工程のいずれにおいても、圧縮荷重および超音波振動を印加して圧着ボールを形成する点は共通するため、銅からなるスタッドバンプ電極を形成する工程においても、パッド剥がれの問題が顕在化すると考えられる。したがって、スタッドバンプ電極を形成する工程においても、本発明の技術的思想を適用することにより、パッド剥がれを効果的に防止することができる。
【００８７】
以下に、スタッドバンプ電極の構成例について説明する。図３２は、半導体チップＣＨＰ上に形成された複数のスタッドバンプ電極ＳＢＭＰを示す図である。図３２では、図示されていないが、半導体チップＣＨＰの表面に形成されたパッド上にスタッドバンプ電極ＳＢＭＰが配置されている。このようにスタッドバンプ電極ＳＢＭＰを形成した半導体チップＣＨＰは、例えば、フェイスダウンボンディングによって配線基板に実装される。
【００８８】
図３３は、スタッドバンプ電極ＳＢＭＰを形成した半導体チップＣＨＰを配線基板ＷＢに実装する一例を示す図である。図３３に示すように、配線基板ＷＢ上には端子ＴＥが形成されており、この端子ＴＥと、半導体チップＣＨＰに搭載されたスタッドバンプ電極ＳＢＭＰが相対するように配置される。そして、半導体チップＣＨＰに搭載されたスタッドバンプ電極ＳＢＭＰと、配線基板ＷＢ上に形成された端子ＴＥとは、例えば、半田Ｓによって接続される。以上のようにして、スタッドバンプ電極ＳＢＭＰを形成した半導体チップＣＨＰを配線基板ＷＢに実装することができる。
【００８９】
（実施の形態２）
本実施の形態２における技術的思想も、前記実施の形態１における技術的思想と同様にパッド剥がれを防止することを目的とするが、本実施の形態２では、前記実施の形態１とは異なるアプローチでパッド剥がれを防止する例を説明する。具体的に、本実施の形態２では、キャピラリを引き上げる際に発生する圧着ボールへの引張荷重をできるだけ小さくすることを主要観点とした技術的思想について説明する。
【００９０】
＜実施の形態２の特徴＞
まず、本実施の形態２におけるワイヤボンディング工程について説明する。図３４は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図３４の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。ここで、図２７と図３４を見比べてわかるように、前記実施の形態１におけるワイヤボンディング工程（図２７参照）に対して、本実施の形態２によるワイヤボンディング工程（図３４参照）では、超音波変換荷重が大きくなっていることがわかる。それにもかかわらず、本実施の形態２でも、引張荷重Ｆ２が小さくなっている。前記実施の形態１では、キャピラリのインナチャンファ部の広がり角度を９０度よりも小さくするという構成を取ることにより、パッドの表面に垂直な方向の超音波変換荷重の大きさを小さくする手段を取っている。これに対し、本実施の形態２では、超音波変換荷重を減らす工夫ではない別の工夫を施すことにより、圧着ボールに加わる引張荷重を低減しているのである。以下に、本実施の形態２における工夫について図面を参照しながら説明する。
【００９１】
具体的に、図３５は、本実施の形態２において、銅からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図３５に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、本実施の形態２では、前記実施の形態１とは異なり、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡ（図３５では図示せず）が９０度よりも小さくなっていない。このため、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹは、従来と同様であり、前記実施の形態１ほど小さくならない。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１はそれほど小さくならない。しかし、本実施の形態２では、図３５に示すように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐが小さくなっている。したがって、本実施の形態２によれば、注入圧力Ｆ１Ｐが小さくなっているので、圧着ボールＰＢＬを構成するホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなる。この結果、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの間で発生する摩擦力を軽減できることから、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重を低減できる。このため、本実施の形態２によれば、パッド剥がれを防止することができる。
【００９２】
では、本実施の形態２においては、どのようにして、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐを小さくしているのかについて説明する。図３５に示すように、本実施の形態２では、台座部ＰＥの厚さがコーン部ＣＮの厚さよりも厚くなっている。つまり、本実施の形態２の特徴は、台座部ＰＥの厚さを充分厚くすることにある。これにより、圧着ボールＰＢＬにおいて、台座部ＰＥの体積が大きくなる。台座部ＰＥの体積が大きくなるということは、仮に、圧縮荷重Ｆ１が変わらないとすると、圧着ボールＰＢＬにおける単位体積当たりの荷重が少なくなることを意味している。したがって、本実施の形態２では、台座部ＰＥの厚さを厚くすることにより、単位体積当たりの荷重を減らすことができ、この構成によって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐを減少させることができるのである。そして、この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなる。
【００９３】
続いて、図３６は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図３６において、本実施の形態２では、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなっている。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も低減できる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２を小さくすることができる。このため、本実施の形態２によれば、上述した第２要因の顕在化が抑制される。さらに、本実施の形態２では、台座部ＰＥの厚さを厚くするという特徴により、単位体積当たりの荷重を小さくすることができることから、圧着ボールＰＢＬの外縁部にかかる圧縮荷重Ｆ１の大きさ自体も小さくすることができる。したがって、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性が低くなり、パッド剥がれが生じる第１要因の顕在化も抑制される。このように、本実施の形態２におけるワイヤボンディングにおいても、上述した第１要因および第２要因の顕在化を抑制することができるため、第１要因と第２要因に起因したパッド剥がれを効果的に抑制することができる。
【００９４】
ここで、本実施の形態２では、台座部ＰＥの厚さをコーン部ＣＮの厚さよりも充分に厚くすることに特徴があるが、この特徴構成は、例えば、キャピラリＣＡＰの先端部に形成する初期ボールの大きさを大きくすることにより実現できる。具体的に、初期ボールの大きさを大きくするには、放電トーチによる放電エネルギーを大きくすることにより実現することができる。例えば、放電トーチによる放電エネルギーを大きくするためには、放電電流を大きくしたり、放電時間を長くしたりすることにより実施することができる。例えば、初期ボールの径を５５μｍφから５７μｍφにすることにより、台座部ＰＥの厚さを充分に厚くすることができる。
【００９５】
＜実施の形態２における圧着ボールの構造上の特徴＞
上述したように、本実施の形態２におけるワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールＰＢＬの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴点について説明する。
【００９６】
図３７は、本実施の形態２におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図３７において、本実施の形態２における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、圧着ボールＰＢＬのパッドＰＤに接する圧着径をＡ、台座部ＰＥの厚さをＢ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣ、コーン部ＣＮの厚さをＤとすると、以下の関係が成立する。すなわち、本実施の形態２では、Ｂ＞２Ａ／９、Ｃ＜Ａ／６、Ｂ≧５Ｄ／４（ＢはＤの１．２５倍以上）が成立する。これは、本実施の形態２では、初期ボールの大きさを従来よりも大きくした結果、台座部ＰＥの厚さが圧着径の２／９倍よりも大きくなるとともに、台座部ＰＥの厚さがコーン部ＣＮの厚さの１．２５倍以上になるものである。また、Ｃ＜Ａ／６は、台座部ＰＥの厚さが厚くなる結果、単位体積当たりの荷重が充分に小さくなることから、ホール挿入部ＨＩへの注入圧力が小さくなることに基づくものである。さらに、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むことも防止されている。これも、単位体積当たりの荷重が充分に小さくなることによる圧縮荷重の低減によるものである。以上のように、本実施の形態２におけるワイヤボンディング工程を実施することにより形成される圧着ボールＰＢＬでは、製法上の特徴が圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴として顕在化することがわかる。
【００９７】
（実施の形態３）
本実施の形態３における技術的思想も、前記実施の形態１や前記実施の形態２における技術的思想と同様にパッド剥がれを防止することを目的とするが、本実施の形態３では、前記実施の形態１や前記実施の形態２とは異なるアプローチでパッド剥がれを防止する例を説明する。具体的に、本実施の形態３では、キャピラリを引き上げる際に発生する圧着ボールへの引張荷重を限りなくゼロに近づけることを主要観点とした技術的思想について説明する。
【００９８】
＜実施の形態３の特徴＞
まず、本実施の形態３におけるワイヤボンディング工程について説明する。図３８は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図３８の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、本実施の形態３では、圧着ボールに印加される引張荷重が限りなくゼロに近づくようになっている。このように本実施の形態３では、圧着ボールに加わる引張荷重を限りなくゼロに近づける点に特徴があり、この特徴を実現するための工夫を施している。以下に、本実施の形態３における工夫について図面を参照しながら説明する。
【００９９】
本実施の形態３では、キャピラリＣＡＰの先端部の形状に工夫を施しているので、この工夫点について説明する。図３９は、従来のキャピラリＣＡＰの先端部の形状を示す図である。図３９において、キャピラリＣＡＰの先端部には、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵが形成されており、このインナチャンファ部ＩＣＵの上部にワイヤを通すためのホール部ＨＬＵ１が形成されている。このホール部ＨＬＵ１の側面は、通常、垂直形状となっている。これに対し、図４０は、本実施の形態３で使用するキャピラリＣＡＰの先端部の形状を示す図である。図４０に示すように、本実施の形態３において、キャピラリＣＡＰの先端部には、テーパ形状をしたインナチャンファ部ＩＣＵが形成されており、このインナチャンファ部ＩＣＵの上方にワイヤを通すためのホール部ＨＬＵ２が形成されている。本実施の形態３では、このホール部ＨＬＵ２の形状に特徴があり、具体的に、ホール部ＨＬＵ２の縦断面形状がテーパ形状となっている点に特徴がある。
【０１００】
以下に、図３９に示す従来のキャピラリＣＡＰを使用したワイヤボンディング工程と、図４０に示す本実施の形態３におけるキャピラリＣＡＰを使用したワイヤボンディング工程とを比較することにより、本実施の形態３の利点について説明する。
【０１０１】
図４１（ａ）〜図４１（ｃ）は、従来のキャピラリＣＡＰを使用したワイヤボンディング工程を説明する図である。まず、図４１（ａ）に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に初期ボールＩＢＬを形成する。そして、図４１（ｂ）に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に形成した初期ボールＩＢＬをパッドＰＤ上に着地させた後、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重および超音波振動を初期ボールＩＢＬに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重により圧着ボールＰＢＬの一部がキャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１に挿入される。この圧着ボールＰＢＬの部位がホール挿入部ＨＩとなる。続いて、図４１（ｃ）に示すように、キャピラリＣＡＰを引き上げる。このとき、従来のキャピラリＣＡＰでは、ホール部ＨＬＵ１の縦断面形状が垂直形状となっているため、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１の側面と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面の間で摩擦力が発生する（図４１（ｃ）の斜線部分）。このことから、圧着ボールＰＢＬには、上述した摩擦力に起因する引張荷重Ｆ２が加わることになる。この圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２が大きくなると、圧着ボールＰＢＬがキャピラリＣＡＰとともに上昇してしまうとともに、パッドＰＤ剥がれが生じる要因ともなる。
【０１０２】
次に、図４２（ａ）〜図４２（ｃ）は、本実施の形態３におけるキャピラリＣＡＰを使用したワイヤボンディング工程を説明する図である。まず、図４２（ａ）に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に初期ボールＩＢＬを形成する。そして、図４２（ｂ）に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に形成した初期ボールＩＢＬをパッドＰＤ上に着地させた後、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重および超音波振動を初期ボールＩＢＬに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重により圧着ボールＰＢＬの一部がキャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１に挿入される。この圧着ボールＰＢＬの部位がホール挿入部ＨＩとなる。続いて、図４２（ｃ）に示すように、キャピラリＣＡＰを引き上げる。このとき、本実施の形態３におけるキャピラリＣＡＰでは、ホール部ＨＬＵ２の縦断面形状がテーパ形状ＴＰとなっているため、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１の側面と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面の間でほとんど摩擦力が発生しない。なぜなら、ホール部ＨＬＵ２の側面の断面形状がテーパ形状ＴＰになっている状態で、キャピラリＣＡＰ自体は垂直上方に引き上げられるため、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１の側面と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面の間で擦りあうことがほとんど生じないからである。したがって、本実施の形態３によれば、圧着ボールＰＢＬには、摩擦力に起因する引張荷重Ｆ２がほとんど加わらないことがわかる。つまり、この圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重が限りなくゼロに近づくので、本実施の形態３では、圧着ボールＰＢＬに引張荷重が加わることによるパッドＰＤ剥がれを効果的に防止できるのである。このように、本実施の形態３では、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の断面形状をテーパ形状とすることにより、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重をほとんどゼロにすることができるので、引張荷重に基づくパッド剥がれを防止することができる。
【０１０３】
＜実施の形態３における圧着ボールの構造上の特徴＞
上述したように、本実施の形態３におけるワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールＰＢＬの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴点について説明する。
【０１０４】
図４３は、本実施の形態３におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図４３において、本実施の形態３における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、本実施の形態３では、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の断面形状がテーパ形状となっているため、ホール部ＨＬＵ２の形状を反映して形成される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面もテーパ形状ＴＰになる。この点が、本実施の形態３における圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴である。言い換えれば、本実施の形態３における圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴は、図４３に示すように、パッドＰＤの表面に垂直な仮想垂直線Ｌ１を引いた場合、この仮想垂直線Ｌ１と、ホール挿入部ＨＩの側面を通る直線Ｌ２とのなすテーパ角が０度以上（θ＞０）となっているということができる。このように本実施の形態３では、テーパ角が０度以上であることが特徴であるが、特に、テーパ角は１０度から２０度の範囲内にあることが望ましい。これは、テーパ角が１０度から２０度の範囲内にあれば、キャピラリＣＡＰを上昇させる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間に発生する摩擦力を確実にほとんどゼロにすることができるからである。一方、テーパ角をあまり大きくしすぎると、ホール挿入部ＨＩに銅材が注入されやすくなってしまうため、テーパ角は１０度から２０度の範囲内にあることが望ましいのである。さらに、本実施の形態３における圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴を言い換えれば、ホール挿入部ＨＩのテーパ形状は、キャピラリＣＡＰの根元部から先端部に向う方向において広がる形状となっているということもできるし、また、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩにおいて、コーン部ＣＮと接するホール挿入部ＨＩの底面の径は、ワイヤＷ（銅ワイヤ）と接するホール挿入部ＨＩの上面の径よりも大きいということもできる。
【０１０５】
＜変形例＞
なお、圧着ボールＰＢＬの構造を、例えば、図４４に示すような形状となるように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の形状を加工しても、本実施の形態３と同様の効果を得ることができる。図４４は、変形例における圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図４４において、本変形例における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。このとき、本変形例では、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面とコーン部ＣＮの側面が一体的な曲線で形成されている。この場合も、図４４に示すように、パッドＰＤの表面に垂直な仮想垂直線Ｌ１を引いた場合、この仮想垂直線Ｌ１と、ホール挿入部ＨＩの側面に接する直線Ｌ２とのなすテーパ角が０度以上（θ＞０）となっている。このように本変形例でも、テーパ角が０度以上であることが特徴であるが、特に、テーパ角は１０度から２０度の範囲内にあることが望ましい。これは、テーパ角が１０度から２０度の範囲内にあれば、キャピラリＣＡＰを上昇させる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間に発生する摩擦力を確実にほとんどゼロにすることができるからである。一方、テーパ角をあまり大きくしすぎると、ホール挿入部ＨＩに銅材が注入されやすくなってしまうため、テーパ角は１０度から２０度の範囲内にあることが望ましいのである。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態３や本変形例におけるワイヤボンディング工程を実施することにより形成される圧着ボールＰＢＬでは、製法上の特徴（ここでは、キャピラリＣＡＰの形状）が圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴として顕在化することがわかる。
【０１０７】
（実施の形態４）
本実施の形態４における技術的思想は、前記実施の形態１〜前記実施の形態３における技術的思想を組み合わせたものである。
【０１０８】
＜実施の形態４の特徴＞
まず、本実施の形態４におけるワイヤボンディング工程について説明する。図４５は、銅ワイヤを使用する場合に、圧着ボールに印加される圧縮荷重および引張荷重を示すとともに、圧着ボールに印加される超音波振幅を示すグラフである。図４５の上図において、まず、ワイヤボンディング工程では、初期ボールに圧縮荷重Ｆ１が印加される。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリ自体の押し付けによる圧縮荷重と、パッドの水平方向に印加された超音波振幅がキャピラリの構造によって変換された超音波変換荷重からなる。そして、初期ボールに圧縮荷重を印加することにより圧着ボールを形成した後、キャピラリを引き上げる際、圧着ボールに引張荷重Ｆ２が印加される。
【０１０９】
ここで、図２０と図４５を見比べてわかるように、銅ワイヤによる一般的なワイヤボンディング工程（図２０参照）に対して、本実施の形態４によるワイヤボンディング工程（図４５参照）では、超音波変換荷重が小さくなっていることがわかる。また、本実施の形態４でも、引張荷重Ｆ２が小さく、あるいは、かぎりなくゼロに近づくようになっている。
【０１１０】
具体的に、図４６は、本実施の形態４において、銅からなる圧着ボールＰＢＬをパッドＰＤ上に形成する様子を示す図である。図４６に示すように、圧着ボールＰＢＬには、圧縮荷重Ｆ１が印加されている。この圧縮荷重Ｆ１は、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵによるテーパ形状によって、超音波振動ＵＳが垂直方向に変換された超音波変換荷重Ｆ１ＵＹから構成される。このとき、本実施の形態４では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡ（図４６では図示せず）が９０度よりも小さくなっているので、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹは小さくなる。したがって、キャピラリＣＡＰの押し付けによる荷重と、超音波変換荷重Ｆ１ＵＹとを加えた圧縮荷重Ｆ１を小さくすることができる。このことから、図４６に示すように、圧着ボールＰＢＬの外縁部にかかる圧縮荷重Ｆ１の大きさを小さくすることができるので、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込む可能性が低くなり、パッド剥がれが生じる第１要因の顕在化は抑制される。さらに、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが小さいことから、圧縮荷重Ｆ１自体の大きさも小さくなり、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐも小さくなる。この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さも薄くなる。
【０１１１】
さらに、本実施の形態４では、図４６に示すように、台座部ＰＥの厚さがコーン部ＣＮの厚さよりも厚くなっている。つまり、本実施の形態４でも、台座部ＰＥの厚さを充分厚くしている。これにより、圧着ボールＰＢＬにおいて、台座部ＰＥの体積が大きくなる。台座部ＰＥの体積が大きくなるということは、仮に、圧縮荷重Ｆ１が変わらないとすると、圧着ボールＰＢＬにおける単位体積当たりの荷重が少なくなることを意味している。したがって、本実施の形態４では、台座部ＰＥの厚さを厚くすることにより、単位体積当たりの荷重を減らすことができ、この構成によって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵへの注入圧力Ｆ１Ｐを減少させることができるのである。そして、この結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなる。
【０１１２】
続いて、図４７は、圧着ボールＰＢＬを形成した後、キャピラリＣＡＰを上方に引き上げる様子を示す図である。図４７において、本実施の形態４では、上述したように、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵに挿入される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの厚さは薄くなっている。したがって、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵと、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとの間の摩擦力も低減できる結果、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２を小さくすることができる。その上、本実施の形態４では、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の縦断面形状がテーパ形状ＴＰとなっている。このため、キャピラリＣＡＰを引き上げる際、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ１の側面と、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面の間でほとんど摩擦力が発生しない。したがって、本実施の形態４によれば、圧着ボールＰＢＬには、摩擦力に起因する引張荷重Ｆ２がほとんど加わらない。このように、本実施の形態４では、圧着ボールＰＢＬに加わる引張荷重Ｆ２が限りなくゼロに近づくので、圧着ボールＰＢＬに引張荷重が加わることによるパッドＰＤ剥がれを効果的に防止できる。
【０１１３】
＜実施の形態４における圧着ボールの構造上の特徴＞
上述したように、本実施の形態４におけるワイヤボンディング工程上の特徴により形成された圧着ボールＰＢＬの構造に製造工程中の特徴が痕跡として顕在化する。この圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴点について説明する。
【０１１４】
図４８は、本実施の形態４におけるワイヤボンディング工程を経ることにより形成された圧着ボールＰＢＬの構造を示す図である。図４８において、本実施の形態４における圧着ボールＰＢＬは、パッドＰＤ上に形成された台座部ＰＥと、この台座部ＰＥ上に形成されたコーン部ＣＮと、コーン部ＣＮ上に形成されたホール挿入部ＨＩから構成される。
【０１１５】
このとき、圧着ボールＰＢＬのパッドＰＤに接する圧着径をＡ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣとすると、以下の関係が成立する。すなわち、Ｃ＜Ａ／６が成立する。これは、本実施の形態４では、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが充分に小さくなることから、ホール挿入部ＨＩへの注入圧力が小さくなることに基づくものである。また、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むことが防止されている。これも、パッドＰＤの表面に垂直な方向の超音波変換荷重Ｆ１ＵＹが充分に小さくなることによる圧縮荷重の低減によるものである。さらに、コーン部ＣＮの広がり角度は９０度よりも小さくなっている。これは、本実施の形態４では、キャピラリＣＡＰのインナチャンファ部ＩＣＵの広がり角度θＩＣＡを９０度より小さくした状態で、銅ワイヤのワイヤボンディングを実施しているため、インナチャンファ部ＩＣＵの形状を反映して形成されるコーン部ＣＮの広がり角度も９０度よりも小さくなることに起因している。
【０１１６】
さらに、本実施の形態４では、圧着ボールＰＢＬのパッドＰＤに接する圧着径をＡ、台座部ＰＥの厚さをＢ、ホール挿入部ＨＩの厚さをＣ、コーン部ＣＮの厚さをＤとすると、以下の関係が成立する。すなわち、本実施の形態４では、Ｂ＞２Ａ／９、Ｂ≧５Ｄ／４（ＢはＤの１．２５倍以上）が成立する。これは、本実施の形態４では、初期ボールの大きさを従来よりも大きくした結果、台座部ＰＥの厚さが圧着径の２／９倍よりも大きくなるとともに、台座部ＰＥの厚さがコーン部ＣＮの厚さの１．２５倍以上になるものである。また、台座部ＰＥの外縁部がパッドＰＤの内部へ入り込むことも防止されている。これは、単位体積当たりの荷重が充分に小さくなることによる圧縮荷重の低減によるものである。
【０１１７】
また、本実施の形態４では、キャピラリＣＡＰのホール部ＨＬＵ２の断面形状がテーパ形状となっているため、ホール部ＨＬＵ２の形状を反映して形成される圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩの側面もテーパ形状ＴＰとなっている。
【０１１８】
以上のように、本実施の形態４におけるワイヤボンディング工程を実施することにより形成される圧着ボールＰＢＬでは、製法上の特徴が圧着ボールＰＢＬの構造上の特徴として顕在化することがわかる。
【０１１９】
（実施の形態５）
前記実施の形態１で説明したように、特に、銅ワイヤを使用したワイヤボンディング工程においては、パッド剥がれという問題点が存在する。このパッド剥がれは、キャピラリＣＡＰから圧着ボールＰＢＬの外縁部に印加される圧縮荷重が大きくなることで、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥの外縁部がパッドの内部に入り込むという第１要因に起因する。さらに、パッド剥がれは、圧縮荷重が大きくなることによって、ホール挿入部ＨＩへの注入圧力が大きくなる結果、圧着ボールＰＢＬのホール挿入部ＨＩとキャピラリＣＡＰのホール部との間の摩擦力が大きくなり、キャピラリＣＡＰを引き上げる際の引張応力が大きくなる第２要因にも起因する。特に、パッド剥がれは、パッドＰＤの構造だけではなく、パッドＰＤの下層に形成されている層間絶縁膜の構成にも依存する。したがって、パッド剥がれが生じやすくなる層間絶縁膜の構成を有する半導体装置においては、本発明の技術的思想を適用する有用性が高まることになる。以下に、上述したパッド剥がれが生じやすい層間絶縁膜の構成の一例について説明する。
【０１２０】
図４９は、パッドＰＤの下層に存在する複数の層間絶縁膜の構成を示す断面図である。なお、図４９においては、半導体基板１Ｓ上に形成される半導体素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）や複数の層間絶縁膜の間に形成される配線などの図示は省略している。図４９に示すように、例えば、シリコン基板からなる半導体基板１Ｓ上には、層間絶縁膜ＩＬ１が形成されており、この層間絶縁膜ＩＬ１上に層間絶縁膜ＩＬ２が形成されている。そして、層間絶縁膜ＩＬ２上に層間絶縁膜ＩＬ３が形成されており、この層間絶縁膜ＩＬ３上に層間絶縁膜ＩＬ４が形成されている。ここで、例えば、層間絶縁膜ＩＬ１や層間絶縁膜ＩＬ２や層間絶縁膜ＩＬ４は、酸化シリコン膜から形成され、層間絶縁膜ＩＬ３は、ＳＯＧ（Spin On Glass）膜から形成されている。すなわち、本実施の形態５では、異なる材料からなる複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４が形成されている。
【０１２１】
特に、本実施の形態５で着目する点は、複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４のヤング率である。例えば、層間絶縁膜ＩＬ１、層間絶縁膜ＩＬ２および層間絶縁膜ＩＬ４を構成する酸化シリコン膜のヤング率は、７０ＧＰａ程度であり、層間絶縁膜ＩＬ３を構成するＳＯＧ膜のヤング率は、２０ＧＰａ程度である。これに対し、シリコン基板からなる半導体基板１Ｓのヤング率は、１７０ＧＰａ程度であることから、層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４のヤング率は、半導体基板１Ｓのヤング率よりも小さいことがわかる。ここで、重要な点は、複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４の中に、ヤング率の低いＳＯＧ膜から構成される層間絶縁膜ＩＬ３が含まれている点である。このようにヤング率の低い層間絶縁膜ＩＬ３が含まれている場合、パッド剥がれが顕在化しやすいのである。以下に、このメカニズムについて図面を参照しながら説明する。
【０１２２】
まず、図５０に示すように、キャピラリＣＡＰの先端部に初期ボールを形成する。そして、キャピラリＣＡＰの先端部に形成した初期ボールをパッドＰＤ上に着地させた後、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重Ｆ１および超音波振動ＵＳを初期ボールに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重Ｆ１がパッドＰＤに伝達され、さらに、パッドＰＤの下層に形成されている複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４に伝わる。このとき、図５１に示すように、ヤング率の小さな層間絶縁膜ＩＬ３においては、同じ圧縮荷重Ｆ１を受けても、他の層間絶縁膜ＩＬ１、層間絶縁膜ＩＬ２および層間絶縁膜ＩＬ４よりもたわみ量が大きくなる。この結果、たわみ量の大きくなった層間絶縁膜ＩＬ３では、せん断応力も大きくなり、剥離が発生する。そして、ヤング率の小さな層間絶縁膜ＩＬ３において剥離が発生すると、キャピラリＣＡＰを上昇させるときに発生する引張応力によって、パッド剥がれが生じてしまうのである。つまり、複数の層間絶縁膜ＩＬ１〜層間絶縁膜ＩＬ４の中に、他の層間絶縁膜よりもヤング率の低い層間絶縁膜が含まれていると、そのヤング率の低い層間絶縁膜で圧縮荷重に起因する剥離が発生しやすくなり、キャピラリＣＡＰを上昇させる際の引張荷重によってパッド剥がれが生じやすくなるのである。したがって、ヤング率の異なる層間絶縁膜を有する半導体装置では、パッド剥がれが生じやすくなるため、本発明の技術的思想を適用する有用性が高まることがわかる。
【０１２３】
さらに、近年では、半導体チップの高集積化を実現するため、多層配線の微細化が進められている。このため、配線の微細化による高抵抗化と、配線間の距離が縮まることによる寄生容量の増加が問題として顕在化してきている。つまり、多層配線には電気信号が流れるが、配線の高抵抗化と配線間の寄生容量の増加により、電気信号の遅延が発生するのである。例えば、タイミングが重要な回路では、配線を流れる電気信号の遅延が誤動作を引き起こし、正常な回路として機能しなくなるおそれがある。このことから、配線を流れる電気信号の遅延を防止するため、配線の高抵抗化の抑制と、配線間の寄生容量の低減が必要とされる。
【０１２４】
そこで、多層配線を構成する材料をアルミニウム膜から銅膜に代えることが行なわれている。すなわち、アルミニウム膜に比べて銅膜は抵抗率が低いので、配線を微細化しても、配線の高抵抗化を抑制できるからである。さらに、配線間の寄生容量を低減する観点から、配線間に存在する層間絶縁膜の一部を酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜で構成することが行なわれている。以上のように、多層配線を有する半導体装置では高性能化を図るために、配線の材料として銅膜を使用し、かつ、層間絶縁膜の一部に低誘電率膜を使用する傾向にある。
【０１２５】
すなわち、層間絶縁膜として、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜が使用されるようになってきているが、この低誘電率膜は、ヤング率も小さいという性質がある。一般的には、低誘電率膜のヤング率は、１０〜２０ＧＰａ程度である場合が多い。なぜなら、低誘電率膜は、誘電率を下げるため、膜の内部に空孔を形成することがあり、空孔を有する膜は脆く、ヤング率が低くなるからである。例えば、低誘電率膜としては、空孔を有するＳｉＯＣ膜、空孔を有するＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン、塗布工程により形成され、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ酸化シリコン膜、又は、水素含有シルセスキオキサン）膜、あるいは、空孔を有するＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン、塗布工程により形成され、Ｓｉ−Ｃ結合を持つ酸化シリコン膜、又は、炭素含有シルセスキオキサン）膜などが存在する。これらのヤング率の低い低誘電率膜から層間絶縁膜を構成する場合も、パッド剥がれが生じやすくなるため、本発明の技術的思想を適用する有用性が高まる。
【０１２６】
（実施の形態６）
本実施の形態６では、パッド剥がれが生じやすいパッド構造について、比較的パッド剥がれが生じにくいパッド構造と対比しながら説明する。図５２は、比較的パッド剥がれが生じにくいパッド構造におけるワイヤボンディング工程を示す図である。図５２において、パッドＰＤは、例えば、バリア導体膜ＢＣＦ１Ａとアルミニウム膜とバリア導体膜ＢＣＦ２Ａとアルミニウム膜から構成されている。ここで、図５２に示すように、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重および超音波振動を初期ボールに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重が大きくなると、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥがパッドＰＤの内部に入り込み、バリア導体膜ＢＣＦ２Ａが破壊される。ここで、バリア導体膜ＢＣＦ２Ａの厚さが薄い場合、図５２に示すように、圧着ボールＰＢＬの底面全体にわたってバリア導体膜ＢＣＦ２Ａが破壊される。この状態で、キャピラリＣＡＰを上昇させる場合、台座部ＰＥの底面にほぼ均一に引張荷重Ｆ２が印加される。このように、バリア導体膜ＢＣＦ２Ａが薄い場合、局所的に大きな引張荷重Ｆ２が印加されにくくなることから、パッド剥がれが生じにくい。
【０１２７】
これに対し、図５３は、比較的パッド剥がれが生じやすいパッド構造におけるワイヤボンディング工程を示す図である。図５３において、パッドＰＤは、例えば、バリア導体膜ＢＣＦ１Ｂとアルミニウム膜とバリア導体膜ＢＣＦ２Ｂとアルミニウム膜から構成されている。ここで、図５３に示すように、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重および超音波振動を初期ボールに印加して、圧着ボールＰＢＬを形成する。このとき、キャピラリＣＡＰからの圧縮荷重が大きくなると、圧着ボールＰＢＬの台座部ＰＥがパッドＰＤの内部に入り込み、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂが破壊される。ここで、バリア導体膜ＢＣＦ２Ａの厚さが厚い場合、図５３に示すように、圧縮荷重が大きくなる台座部ＰＥの外縁部においてだけ、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂが破壊される。すなわち、図５３に示すパッド構造では、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂの厚さが厚いため、圧縮荷重が大きくなる台座部ＰＥの外縁部下に存在するバリア導体膜ＢＣＦ２Ｂだけが破壊される。この状態で、キャピラリＣＡＰを上昇させる場合、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂが破壊されてパッドＰＤの内部に入り込んだ外縁部に局所的に大きな引張荷重Ｆ２が印加される。このように、バリア導体膜ＢＣＦ２Ｂが厚い場合、外縁部に局所的に大きな引張荷重Ｆ２が印加されることになるから、パッド剥がれが生じやすくなる。
【０１２８】
以上のように、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚くなる場合は、バリア導体膜の厚さが薄い場合に比べて、パッド剥がれが生じやすくなることがわかる。したがって、特に、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚いパッド構造に銅ワイヤを使用したワイヤボンディングを行なう際に、本発明の技術的思想を適用する有用性が高まることがわかる。
【０１２９】
ここで、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが薄い場合と、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚い場合との相違点は、半導体装置の製造工程の相違に起因している。以下では、まず、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが薄くなる製造工程について説明し、その後、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚くなる製造工程について説明する。
【０１３０】
図５４は、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが薄くなる製造工程の流れを示すフローチャートである。図５４において、まず、半導体基板上にＭＯＳＦＥＴを形成し（Ｓ３０１）、その後、ＭＯＳＦＥＴを覆う半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する（Ｓ３０２）。このとき、第１層間絶縁膜の表面は、下層に形成されているＭＯＳＦＥＴによる凹凸形状を反映して凹凸ができる。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、凹凸が形成されている第１層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに導体膜を埋め込むことにより、第１層間絶縁膜に第１プラグを形成する（Ｓ３０３）。次に、第１プラグを形成した第１層間絶縁膜上に第１層配線を形成する（Ｓ３０４）。この第１層配線は、例えば、バリア導体膜とアルミニウム膜の積層膜から形成される。続いて、第１層配線を形成した第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成した後（Ｓ３０５）、第２層間絶縁膜に第２プラグを形成する（Ｓ３０６）。このとき、第２プラグは、第１層間絶縁膜上に形成されている第１層配線に達するように形成されるが、第１層間絶縁膜の表面は、上述したように凹凸が形成されている。したがって、第１層間絶縁膜の表面に形成されている第１層配線の表面にも凹凸形状が反映されることになる。したがって、凹凸形状が存在する第１層配線に達するように第２プラグを形成する場合、深い接続孔に第２プラグを形成する領域と、浅い接続孔に第２プラグを形成する領域が混在することになる。このため、深い接続孔に形成された第２プラグの抵抗と、浅い接続孔に形成された第２プラグの抵抗が異なることになる。このことから、深い接続孔に形成された第２プラグの抵抗と、浅い接続孔に形成された第２プラグの抵抗との間のばらつきを小さくするため、接続孔の底部に露出するバリア導体膜を除去することが行なわれる。すなわち、接続孔の底部には、バリア導体膜とアルミニウム膜とバリア導体膜の積層膜からなる第１層配線が形成されているが、このバリア導体膜は、例えば、チタン膜／窒化チタン膜などの比較的抵抗の大きな膜から形成される。このため、第２プラグの抵抗ばらつきを小さくする観点から、接続孔の底部から露出する比較的抵抗の高いバリア導体膜を除去した後、接続孔に導体膜を埋め込むことにより第２プラグを形成する。その後は、同様の工程を繰り返して多層配線を形成し、最上層にパッドを形成する（Ｓ３０７）。このような工程では、接続孔から露出するバリア導体膜を除去することから、パッドにおいてもバリア導体膜の厚さが薄くなるのである。しかし、図５４に示す製造工程は、近年の配線の微細化に伴って使用されなくなりつつある。なぜなら、微細化された配線パターンを形成するには、フォトリソグラフィ工程で使用する露光装置の解像精度を上げる必要があるが、解像精度を上げるということは光学特性としての焦点深度が浅くなるからである。つまり、凹凸形状の大きな図５４に示す製造工程では、微細な配線パターンを形成しにくくなるのである。
【０１３１】
そこで、近年では、図５５に示す製造工程が主に使用されつつある。以下に、図５５に示す製造工程について説明する。図５５は、パッドＰＤを構成するバリア導体膜の厚さが厚くなる製造工程の流れを示すフローチャートである。図５５において、まず、半導体基板上にＭＯＳＦＥＴを形成し（Ｓ４０１）、その後、ＭＯＳＦＥＴを覆う半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する（Ｓ４０２）。このとき、第１層間絶縁膜の表面は、下層に形成されているＭＯＳＦＥＴによる凹凸形状を反映して凹凸ができる。しかし、図５５に示す製造工程では、第１層間絶縁膜の表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法で研磨する（Ｓ４０３）。これにより、第１層間絶縁膜の表面は平坦化される。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、表面が平坦化された第１層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに導体膜を埋め込む。これにより、第１層間絶縁膜に第１プラグを形成する（Ｓ４０４）。次に、第１プラグを形成した第１層間絶縁膜上に第１層配線を形成する（Ｓ４０５）。この第１層配線は、例えば、バリア導体膜とアルミニウム膜の積層膜から形成される。このとき、図５５に示す製造工程では、第１層間絶縁膜の表面が平坦化されていることから、第１層間絶縁膜上に形成される第１層配線の表面も平坦となっている。
【０１３２】
続いて、第１層配線を形成した第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成した後（Ｓ４０６）、第２層間絶縁膜に第２プラグを形成する（Ｓ４０７）。このとき、第２プラグは、第１層間絶縁膜上に形成されている第１層配線に達するように形成されるが、図５５に示す製造工程において、第１層間絶縁膜の表面は平坦化されている。したがって、第１層間絶縁膜の表面に形成されている第１層配線の表面も平坦となっている。このことから、図５５に示す製造工程では、図５４に示す製造工程のように、深い接続孔に第２プラグを形成する領域と、浅い接続孔に第２プラグを形成する領域が混在することはなく、ほぼ均一の深さの接続孔に第２プラグを形成することになる。このため、複数の第２プラグ間の抵抗ばらつきをほとんど考慮する必要がないので、接続孔の底部に露出するバリア導体膜を除去することは行なわれていない。その後は、同様の工程を繰り返して多層配線を形成し、最上層にパッドを形成する（Ｓ４０８）。このような図５５に示す製造工程では、接続孔から露出するバリア導体膜を除去しないことから、パッドにおいてもバリア導体膜の厚さが厚くなるのである。このように図５５に示す製造工程では、第１層間絶縁膜の表面をＣＭＰ法によって平坦化することから、露光装置の解像精度を上げることにより焦点深度が浅くなっても大きな問題とはならない。つまり、図５５に示す製造工程は、微細化された配線パターンを形成するのに適した製造工程であり、今後の主流となる半導体装置の製造工程と位置づけることができる。ところが、図５５に示す製造工程では、パッドの一部を構成するバリア導体膜の厚さが厚くなるため、図５５に示す製造工程後に、銅ワイヤによるワイヤボンディング工程を実施すると、パッド剥がれの問題が顕在化する。しかし、図５５に示す製造工程後に、銅ワイヤによるワイヤボンディング工程を使用する場合であっても、本発明の技術的思想を適用することにより、効果的にパッド剥がれを防止できるのである。
【０１３３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１３４】
上述のＭＯＳＦＥＴは、ゲート絶縁膜を酸化膜から形成する場合に限定するものではなく、ゲート絶縁膜を広く絶縁膜から形成するＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をも含むものと想定している。つまり、本明細書では、便宜上ＭＯＳＦＥＴという用語を使用しているが、このＭＯＳＦＥＴは、ＭＩＳＦＥＴをも含む意図の用語として本明細書では使用している。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１Ｓ 半導体基板
ＡＤ 接着材
ＡＲ 領域
ＢＣＦ１ バリア導体膜
ＢＣＦ１Ａ バリア導体膜
ＢＣＦ１Ｂ バリア導体膜
ＢＣＦ２ バリア導体膜
ＢＣＦ２Ａ バリア導体膜
ＢＣＦ２Ｂ バリア導体膜
ＣＡＰ キャピラリ
ＣＨＰ 半導体チップ
ＣＮ コーン部
Ｆ１ 圧縮荷重
Ｆ１Ｐ 注入圧力
Ｆ１Ｕ 超音波変換荷重
Ｆ１ＵＸ 超音波変換荷重
Ｆ１ＵＹ 超音波変換荷重
Ｆ２ 引張荷重
ＨＩ ホール挿入部
ＨＬＵ ホール部
ＨＬＵ１ ホール部
ＨＬＵ２ ホール部
ＩＢＬ 初期ボール
ＩＣＵ インナチャンファ部
ＩＬ インナーリード
ＩＬ１ 層間絶縁膜
ＩＬ２ 層間絶縁膜
ＩＬ３ 層間絶縁膜
ＩＬ４ 層間絶縁膜
ＬＤ１ ランド端子
ＬＤ２ 端子
Ｌ１ 仮想垂直線
Ｌ２ 直線
ＭＲ 樹脂
ＯＬ アウターリード
ＰＢＬ 圧着ボール
ＰＤ パッド
ＰＥ 台座部
ＰＦ めっき膜
ＲＭ 樹脂
Ｓ 半田
ＳＡ１ 半導体装置
ＳＡ２ 半導体装置
ＳＢ 半田ボール
ＳＢＭＰ スタッドバンプ電極
ＴＡＢ チップ搭載部
ＴＣＨ 放電トーチ
ＴＥ 端子
ＴＰ テーパ形状
ＵＳ 超音波振動
Ｗ ワイヤ
ＷＢ 配線基板
θＩＣＡ 広がり角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの表面上に配置されたパッドに銅ワイヤをボンディングする工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、
（ａ）キャピラリの先端部に前記銅ワイヤからなる初期ボールを形成する工程と、
（ｂ）前記初期ボールを前記パッド上に着地させる工程と、
（ｃ）前記初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、前記初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、前記パッドと前記圧着ボールとを電気的に接続する工程と、
（ｄ）前記キャピラリから前記銅ワイヤを引き出す工程と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第１部分、前記第１部分の上に位置する第２部分、および、前記第２部分の上に位置し、前記（ｄ）工程で引き出された前記銅ワイヤが接続された第３部分を有し、
前記圧着ボールの前記第２部分を形成する前記キャピラリのインナチャンファ部の広がり角度は、９０度より小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記キャピラリの前記広がり角度は、５０度から７０度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも厚くなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの１．２５倍以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記圧着ボールの径の２／９以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第３部分の厚さは、前記圧着ボールの径の１／６よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの前記パッドの下層には、複数の層間絶縁膜が形成されており、
前記複数の層間絶縁膜は、ヤング率の異なる複数の絶縁膜を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数の層間絶縁膜のそれぞれのヤング率は、シリコンのヤング率よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの前記パッドの下層には、複数の層間絶縁膜が形成されており、
前記複数の層間絶縁膜には、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜が含まれていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の前に、前記半導体チップを配線板上に搭載する工程を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、さらに、前記（ｄ）工程後、前記銅ワイヤを前記配線板の端子に電気的に接続する工程と、を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の後に、前記半導体チップ、前記銅ワイヤ、および、前記配線板の一部を封止体により封止する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、リードフレームであり、
前記配線板の前記端子は、リードであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、配線基板であり、
前記配線板の前記端子は、前記配線基板上に形成されたランド端子であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
半導体チップの表面上に配置されたパッドに銅ワイヤをボンディングする工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、
（ａ）キャピラリの先端部に前記銅ワイヤからなる初期ボールを形成する工程と、
（ｂ）前記初期ボールを前記パッド上に着地させる工程と、
（ｃ）前記初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、前記初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、前記パッドと前記圧着ボールとを電気的に接続する工程と、
（ｄ）前記キャピラリから前記銅ワイヤを引き出す工程と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第１部分、前記第１部分の上に位置する第２部分、および、前記第２部分の上に位置し、前記（ｄ）工程で引き出された前記銅ワイヤが接続された第３部分を有し、
前記圧着ボールの前記第３部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記テーパ形状は、前記キャピラリの根元部から先端部に向う方向において広がる形状となっており、
前記パッドの表面に垂直な仮想垂直線を引いた時に、前記仮想垂直線と前記第３部分の側面で形成されるテーパ角度は、０度よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記テーパ角度は、１０度から２０度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第３部分において、前記第２部分と接する前記第３部分の底面の径は、前記銅ワイヤと接する前記第３部分の上面の径よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも厚くなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの１．２５倍以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記圧着ボールの径の２／９以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第３部分の厚さは、前記圧着ボールの径の１／６よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の前に、前記半導体チップを配線板上に搭載する工程を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、さらに、前記（ｄ）工程後、前記銅ワイヤを前記配線板の端子に電気的に接続する工程と、を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の後に、前記半導体チップ、前記銅ワイヤ、および、前記配線板の一部を封止体により封止する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、リードフレームであり、
前記配線板の前記端子は、リードであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、配線基板であり、
前記配線板の前記端子は、前記配線基板上に形成されたランド端子であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
（ａ）パッドが配置された表面を有する半導体チップと、
（ｂ）前記半導体チップが搭載された上面を有する配線板と、
（ｃ）前記パッド上に形成された銅からなる圧着ボールと、
（ｄ）前記圧着ボールと電気的に接続された前記配線板の端子と、
（ｅ）前記半導体チップ、前記配線板の一部、および、前記圧着ボールを封止する封止体と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第１部分、前記第１部分の上に位置する第２部分、および前記第２部分の上に位置する第３部分を有し、
前記第２部分の広がり角度は、９０度より小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記第２部分の広がり角度は、５０度から７０度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも厚いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの１．２５倍以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２８】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記圧着ボールの径の２／９以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２９】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールと前記配線板の前記端子とは、銅ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３０】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールは、スタッドバンプ電極を構成し、
前記スタッドバンプ電極は、前記配線板の前記端子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３１】
（ａ）パッドが配置された表面を有する半導体チップと、
（ｂ）前記半導体チップが搭載された上面を有する配線板と、
（ｃ）前記パッド上に形成された銅からなる圧着ボールと、
（ｄ）前記圧着ボールと電気的に接続された前記配線板の端子と、
（ｅ）前記半導体チップ、前記配線板の一部、および、前記圧着ボールを封止する封止体と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第１部分、前記第１部分の上に位置する第２部分、および前記第２部分の上に位置する第３部分を有し、
前記圧着ボールの前記第３部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記テーパ形状は、前記キャピラリの根元部から先端部に向う方向において広がる形状となっており、
前記パッドの表面に垂直な仮想垂直線を引いた時に、前記仮想垂直線と前記第３部分の側面で形成されるテーパ角度は、０度よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項３３】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記テーパ角度は、１０度から２０度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項３４】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第３部分において、前記第２部分と接する前記第３部分の底面の径は、前記銅ワイヤと接する前記第３部分の上面の径よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項３５】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも厚くなることを特徴とする半導体装置。
【請求項３６】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの１．２５倍以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３７】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記圧着ボールの径の２／９以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３８】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第３部分の厚さは、前記圧着ボールの径の１／６よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項３９】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールと前記配線板の前記端子とは、銅ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４０】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールは、スタッドバンプ電極を構成し、
前記スタッドバンプ電極は、前記配線板の前記端子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
半導体チップの表面上に配置されたパッドに銅ワイヤをボンディングする工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、
（ａ）キャピラリの先端部に前記銅ワイヤからなる初期ボールを形成する工程と、
（ｂ）前記初期ボールを前記パッド上に着地させる工程と、
（ｃ）前記初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、前記初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、前記パッドと前記圧着ボールとを電気的に接続する工程と、
（ｄ）前記キャピラリから前記銅ワイヤを引き出す工程と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第１部分、前記第１部分の上に位置する第２部分、および、前記第２部分の上に位置し、前記（ｄ）工程で引き出された前記銅ワイヤが接続された第３部分を有し、
前記圧着ボールの前記第２部分を形成する前記キャピラリのインナチャンファ部の広がり角度は、９０度より小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記キャピラリの前記広がり角度は、５０度から７０度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも厚くなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの１．２５倍以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記圧着ボールの径の２／９以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第３部分の厚さは、前記圧着ボールの径の１／６よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの前記パッドの下層には、複数の層間絶縁膜が形成されており、
前記複数の層間絶縁膜は、ヤング率の異なる複数の絶縁膜を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数の層間絶縁膜のそれぞれのヤング率は、シリコンのヤング率よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの前記パッドの下層には、複数の層間絶縁膜が形成されており、
前記複数の層間絶縁膜には、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜が含まれていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の前に、前記半導体チップを配線板上に搭載する工程を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、さらに、前記（ｄ）工程後、前記銅ワイヤを前記配線板の端子に電気的に接続する工程と、を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の後に、前記半導体チップ、前記銅ワイヤ、および、前記配線板の一部を封止体により封止する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、リードフレームであり、
前記配線板の前記端子は、リードであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、配線基板であり、
前記配線板の前記端子は、前記配線基板上に形成されたランド端子であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
半導体チップの表面上に配置されたパッドに銅ワイヤをボンディングする工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、
（ａ）キャピラリの先端部に前記銅ワイヤからなる初期ボールを形成する工程と、
（ｂ）前記初期ボールを前記パッド上に着地させる工程と、
（ｃ）前記初期ボールに荷重と超音波を印加することにより、前記初期ボールを変形させた圧着ボールを形成し、前記パッドと前記圧着ボールとを電気的に接続する工程と、
（ｄ）前記キャピラリから前記銅ワイヤを引き出す工程と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第１部分、前記第１部分の上に位置する第２部分、および、前記第２部分の上に位置し、前記（ｄ）工程で引き出された前記銅ワイヤが接続された第３部分を有し、
前記圧着ボールの前記第３部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記テーパ形状は、前記キャピラリの根元部から先端部に向う方向において広がる形状となっており、
前記パッドの表面に垂直な仮想垂直線を引いた時に、前記仮想垂直線と前記第３部分の側面で形成されるテーパ角度は、０度よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記テーパ角度は、１０度から２０度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第３部分において、前記第２部分と接する前記第３部分の底面の径は、前記銅ワイヤと接する前記第３部分の上面の径よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも厚くなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの１．２５倍以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記圧着ボールの径の２／９以上となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記圧着ボールの前記第３部分の厚さは、前記圧着ボールの径の１／６よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の前に、前記半導体チップを配線板上に搭載する工程を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程は、さらに、前記（ｄ）工程後、前記銅ワイヤを前記配線板の端子に電気的に接続する工程と、を有し、
前記銅ワイヤをボンディングする工程の後に、前記半導体チップ、前記銅ワイヤ、および、前記配線板の一部を封止体により封止する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、リードフレームであり、
前記配線板の前記端子は、リードであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線板は、配線基板であり、
前記配線板の前記端子は、前記配線基板上に形成されたランド端子であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
（ａ）パッドが配置された表面を有する半導体チップと、
（ｂ）前記半導体チップが搭載された上面を有する配線板と、
（ｃ）前記パッド上に形成された銅からなる圧着ボールと、
（ｄ）前記圧着ボールと電気的に接続された前記配線板の端子と、
（ｅ）前記半導体チップ、前記配線板の一部、および、前記圧着ボールを封止する封止体と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第１部分、前記第１部分の上に位置する第２部分、および前記第２部分の上に位置する第３部分を有し、
前記第２部分の広がり角度は、９０度より小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記第２部分の広がり角度は、５０度から７０度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも厚いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの１．２５倍以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２８】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記圧着ボールの径の２／９以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２９】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールと前記配線板の前記端子とは、銅ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３０】
請求項２４に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールは、スタッドバンプ電極を構成し、
前記スタッドバンプ電極は、前記配線板の前記端子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３１】
（ａ）パッドが配置された表面を有する半導体チップと、
（ｂ）前記半導体チップが搭載された上面を有する配線板と、
（ｃ）前記パッド上に形成された銅からなる圧着ボールと、
（ｄ）前記圧着ボールと電気的に接続された前記配線板の端子と、
（ｅ）前記半導体チップ、前記配線板の一部、および、前記圧着ボールを封止する封止体と、を備え、
前記圧着ボールは、前記パッドと接続された第１部分、前記第１部分の上に位置する第２部分、および前記第２部分の上に位置する第３部分を有し、
前記圧着ボールの前記第３部分の縦断面形状は、テーパ形状となっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記テーパ形状は、前記キャピラリの根元部から先端部に向う方向において広がる形状となっており、
前記パッドの表面に垂直な仮想垂直線を引いた時に、前記仮想垂直線と前記第３部分の側面で形成されるテーパ角度は、０度よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項３３】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記テーパ角度は、１０度から２０度の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項３４】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第３部分において、前記第２部分と接する前記第３部分の底面の径は、前記銅ワイヤと接する前記第３部分の上面の径よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項３５】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも厚くなることを特徴とする半導体装置。
【請求項３６】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの１．２５倍以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３７】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第１部分の厚さは、前記圧着ボールの径の２／９以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３８】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールの前記第３部分の厚さは、前記圧着ボールの径の１／６よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項３９】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールと前記配線板の前記端子とは、銅ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４０】
請求項３１に記載の半導体装置であって、
前記圧着ボールは、スタッドバンプ電極を構成し、
前記スタッドバンプ電極は、前記配線板の前記端子と電気的に接続されてい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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【公開番号】特開２０１２−２３８８１４（Ｐ２０１２−２３８８１４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０８５３０（Ｐ２０１１−１０８５３０）
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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