半導体装置の製造方法
【課題】ワイヤーボンディング工程の生産性の低下を抑制しつつ、キャピラリの内部や先端の残存金属を除去できるようにした半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ワイヤー１１の一端の側に形成されたボールをパッド電極２に接合させて圧着ボール１３とボールネック１５とを形成し、キャピラリ５０の先端５２でボールネック１５にワイヤー１１を押しつける工程（１ｓｔボンド）と、キャピラリ５０をパッド電極２上からリード２３上へ移動させて、ワイヤー１１の他端の側をリード２３に接合する工程（２ｎｄボンド）と、１ｓｔボンドと２ｎｄボンドとが当該順で複数回、繰り返し行われた後で、キャピラリ５０をリードフレーム２０が有するダミー領域Ｒ２上へ移動させて、そこに接合する工程（クリーニングボンディング）と、を含む。
【解決手段】ワイヤー１１の一端の側に形成されたボールをパッド電極２に接合させて圧着ボール１３とボールネック１５とを形成し、キャピラリ５０の先端５２でボールネック１５にワイヤー１１を押しつける工程（１ｓｔボンド）と、キャピラリ５０をパッド電極２上からリード２３上へ移動させて、ワイヤー１１の他端の側をリード２３に接合する工程（２ｎｄボンド）と、１ｓｔボンドと２ｎｄボンドとが当該順で複数回、繰り返し行われた後で、キャピラリ５０をリードフレーム２０が有するダミー領域Ｒ２上へ移動させて、そこに接合する工程（クリーニングボンディング）と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ワイヤーボンディング工程でのキャピラリの内部や先端の残存金属を除去できるようにした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、通常、ワイヤーボンディングといえば図１２に示すように、圧着ボール１３直上へワイヤー１１が伸びるようなボールネック１５を備える正ボンドと呼ばれる方法で、半導体素子(チップ)１とリード２３とが電気的に接合される。この場合、半導体チップ１のパッド電極の上面を原点にした場合のワイヤー１１の高さｈ１が１２０μｍ程度(ワイヤ径が２５μｍの場合)あり、薄型デバイスには不適である。高さｈ１を低くするために、ボンディング装置のパラメータを変更すると、図１３に示すように、半導体チップ１のパッド電極の上面を原点にした場合のワイヤー１１の高さｈ２が８０μｍとなり、薄型デバイスに適用可能な形状が得られる。
【０００３】
しかし、この図１３に示す形態ではボールネック１５に過剰な負荷がかかり、プル強度測定を実施すると、ボールネック直近で破断が起き、その強度も５ｇｆに低下する。そこで、ボールネック１５に過剰な負荷をかけないワイヤーボンディング方法として、１ｓｔボンド時にキャピラリの先端でワイヤー１１をボールネック１５に押しつける方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。以下に、このワイヤーボンディング方法について、図１５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【０００４】
図１５（ａ）では、まず、例えば金（Ａｕ）からなるワイヤー１１の一端の側にスパーク放電により球状のボールを形成し、このボールをパッド電極に接合させて、圧着ボール１３とボールネック１５とを形成する。この工程が１ｓｔボンドである。圧着ボール１３は球状のボールがキャピラリの先端（即ち、フェイス）によって潰されて円板状になったものであり、ボールネック１５はボールの一部がキャピラリ５０の内部５１に入り込むことによって形成されたものである。
【０００５】
次に、図１５（ｂ）に示すように、キャピラリ５０を上昇させてリードの反対側に動かす。続けて、キャピラリ５０を下降させて、図１５（ｃ）に示すように、キャピラリ５０の先端５２であってリード側の部分５２ａを用いて、ボールネック１５にワイヤー１１を押しつけて、ボールネック１５を変形させる。さらに、キャピラリ５０を再度上昇させてワイヤー１１を折り返す動作を行う。その後、図１５（ｄ）に示すように、キャピラリ５０の先端５２であってリードとは反対側の部分５２ｂを用いて、再びボールネック１５にワイヤー１１を押しつける。そして、ワイヤー１１を、リードの延伸方向に対して平行になるような軌跡をもつループ（即ち、低ループ）状に形成して、ワイヤー１１の他端の側をリードに接合する。この接合が２ｎｄボンドである。
【０００６】
このように、１ｓｔボンド時にキャピラリ５０の先端５２により、ボールネック１５にワイヤー１１を２度押しつけることで、図１４のように、半導体チップ１のパッド電極の上面を原点にした場合のワイヤーの高さｈ３が７０μｍに抑えられたワイヤールーピングを実現することができ、且つプル強度が８ｇｆ有り、ボールネック直近で破断しない強い接合が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１０３４０３号公報
【特許文献２】特開平１−２５５２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、本発明者は、図１５（ａ）〜（ｄ）に示した方法では、ボールネック１５にワイヤー１１を押しつけることにより、ワイヤー１１を構成している金属がキャピラリ５０の内部５１に押し戻され、或いは、キャピラリ５０の先端５２に付着して、そのまま残存してしまうことがある、という課題を発見した。
具体的には、図１６（ａ）に示すように、リード側の部分５２ａでボールネック１５にワイヤー１１を押しつける過程では、リード側の部分５２ａはワイヤー１１に強く押しつけられるため、その接触箇所に金属が付着して、そのまま残存してしまうことがあった。また、図１６（ｂ）に示すように、リードとは反対側の部分５２ｂで再びボールネック１５にワイヤー１１を押しつける過程では、この反対側の部分５２ｂはワイヤー１１に強く押しつけられるため、その接触箇所に金属が付着して、そのまま残存してしまうことがあった。
【０００９】
このように、キャピラリ５０の内部５１や先端５２に金属が残存してしまうと、キャピラリ５０からのワイヤー１１の繰り出しが阻害されて、例えば、キャピラリ５０から繰り出されるワイヤー１１の径が細る場合がある。ワイヤー１１の径が細ると引っ張り強度が低下してしまう。また、ワイヤー１１繰り出し量が大きく変化することで、ループの高さがばらついてしまうこともある。
【００１０】
一方、このような課題の解決手段として、例えば、ワイヤーボンディング装置からキャピラリを一旦取り外し、取り外したキャピラリの内部や先端を薬液で洗浄する方法が考えられる（例えば、特許文献２を参照。）。しかし、この方法は、キャピラリを取り外すことが前提となるオフラインでの洗浄作業である。ワイヤーボンディング工程において、キャピラリを頻繁に付け替える必要があるため、大幅なタクトアップ（即ち、生産性の低下）が避けられないという課題があった。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ワイヤーボンディング工程の生産性の低下を抑制しつつ、キャピラリの内部や先端から残存金属を除去でき、かつ、低ループ形状を可能とする半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明者は、キャピラリを従来技術のオフラインでの洗浄作業でなく、オンラインでのクリーニングボンディング工程により、キャピラリ内の残存金属を除去する方法を見いだすに至った。
即ち、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子が有する第１の領域とリードフレームが有する第２の領域とを、キャピラリから繰り出されるワイヤーで接続する半導体装置の製造方法であって、前記ワイヤーの一端の側に形成されたボールを前記第１の領域に接合させて圧着ボールとボールネックとを形成し、前記キャピラリの先端で前記ボールネックに前記ワイヤーを押しつける第１のボンディング工程と、前記キャピラリを前記第１の領域上から前記第２の領域上へ移動させて、前記ワイヤーの他端の側を前記第２の領域に接合する第２のボンディング工程と、前記第１のボンディング工程と前記第２のボンディング工程とが当該順で複数回、繰り返し行われた後で、前記キャピラリを前記リードフレームが有する第３の領域上へ移動させて、前記ワイヤーを前記第３の領域に接合するクリーニングボンディング工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
このような方法であれば、キャピラリの内部や、キャピラリの先端において意図せず残存している金属（即ち、残存金属）を第３の領域上へ排出して除去することが可能となる。その結果、クリーニングボンディング工程の後に続く製品処理（即ち、第１のボンディング工程と第２のボンディング工程）で、ワイヤーの流動が残存金属により阻害されることを防ぐことができ、ワイヤーの繰り出し量が大きく変化することを防ぐことができる。これにより、ワイヤーの径が細ることや、ループの高さがばらつくことを防ぐことができ、プル強度及び高さの安定したワイヤーボンディングが可能となる。従来技術と比較して、残存金属を除去するためにキャピラリを着脱する必要がないため、ワイヤーボンディング工程の生産性を高めることができる。
【００１３】
なお、「第１のボンディング工程」としては、例えば、後述する１ｓｔボンドが該当する。「第２のボンディング工程」としては、例えば、後述する２ｎｄボンドが該当する。「第１の領域」としては、例えば、後述するパッド電極２ａ〜２ｄの何れか一が該当する。「第２の領域」としては、例えば、後述する製品領域Ｒ１のリード２３、２３ａ〜２３ｄの何れか一が該当する。「第３の領域」としては、例えば、後述するダミー領域Ｒ２が該当する。
【００１４】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記クリーニングボンディング工程は、前記キャピラリから繰り出される前記ワイヤーの一端の側に形成されたダミーボールを前記第３の領域のうちの一方の領域に接合させてダミー圧着ボールを形成する第１のダミーボンディング工程と、前記キャピラリを前記一方の領域上から前記第３の領域のうちの他方の領域上へ移動させて、前記ワイヤーの他端の側を前記他方の領域に接合する第２のダミーボンディング工程と、を含み、前記第２のダミーボンディング工程におけるボンディング条件のうち、前記キャピラリに付加される超音波及び加重の各パラメータは、前記第２のボンディング工程におけるボンディング条件よりも高い数値であることを特徴としてもよい。このような方法であれば、キャピラリの内部や先端から第３の領域上へ、残存金属をより強く、より効果的に排出することが可能となる。
【００１５】
なお、「第１のダミーボンディング工程」としては、例えば、後述する１ｓｔダミーボンドが該当する。「第２のダミーボンディング工程」としては、例えば、後述する２ｎｄダミーボンドが該当する。「第３の領域のうちの一方の領域」「第３の領域のうちの他方の領域」はそれぞれ、例えば、後述するダミー領域Ｒ２のリード２３、２３ａ〜２３ｄの何れか一が該当する。
【００１６】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記クリーニングボンディング工程では、前記第１のダミーボンディング工程と前記第２のダミーボンディング工程とを当該順で複数回、繰り返し行うと共に、当該複数回の各回で、前記第２のダミーボンディング工程における前記一方の領域上から前記他方の領域上への前記キャピラリの移動の方向を異ならせることを特徴としてもよい。このような方法であれば、キャピラリの先端を第３の領域にそれぞれ異なる方向から擦り合わせることができるので、当該先端の広範囲において残存金属を除去することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ワイヤーボンディング工程の生産性の低下を抑制しつつ、キャピラリの内部や先端の残存金属を除去し、低ループ形状の半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図２】リードフレーム２０と単位パターン２１の構成例を示す図。
【図３】単位パターン２１において、半導体チップ１が実装された後の状態を示す図。
【図４】単位パターン２１において、ワイヤーボンディングが行われた後の状態を示す図。
【図５】単位パターン２１において、クリーニングボンディングが行われた後の状態を示す図。
【図６】キャピラリ５０の移動の方向と、キャピラリ５０の先端５２において残存金属が特に除去される部分との関係を示す図（その１）。
【図７】キャピラリ５０の移動の方向と、キャピラリ５０の先端５２において残存金属が特に除去される部分との関係を示す図（その２）。
【図８】クリーニングボンディングを行う前後における、キャピラリ５０の先端５２の様子を示す図。
【図９】プル強度の測定方法を示す図。
【図１０】クリーニングボンディングを導入する前後における、素子処理数とプル強度との相関を示す図。
【図１１】残留金属が無い場合と有る場合とに分けて、プル強度の平均値とループ高さのバラツキとを示した表図。
【図１２】正ボンドによる接続を示す図（その１）。
【図１３】正ボンドによる接続を示す図（その２）。
【図１４】正ボンドによる接続を示す図（その３）。
【図１５】図１４に示した接続を形成するための手順を示す図。
【図１６】課題を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合もある。
（１）実施形態
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート（メインルーチン）である。また、図１（ｂ）は、メインルーチンに含まれるクリーニングボンディング工程での各処理を示すフローチャート（サブルーチン）である。図１（ａ）において、ステップ（Ｓ）１〜（Ｓ）３で行う各処理は、上記のように、図１４と図１５（ａ）〜（ｄ）とを用いて説明した通りである。
【００２０】
即ち、ステップ（Ｓ）１では、例えばＡｕからなるワイヤー１１の一端の側に球状のボールを形成し、このボールをパッド電極に接合させて、圧着ボール１３とボールネック１５とを形成する（図１５（ａ）を参照。）。次に、ステップ（Ｓ）２では、キャピラリ５０の先端（即ち、フェイスとも呼ばれる突出端面）５２で、ボールネック１５にワイヤー１１を押しつける（図１５（ｂ）〜（ｄ）を参照。）。そして、ステップ（Ｓ）３では、ワイヤー１１の他端の側を、低ループでリード２３に接合する（図１４を参照。）。
【００２１】
ステップ（Ｓ）１、（Ｓ）２が１ｓｔボンドの工程であり、ステップ（Ｓ）３が２ｎｄボンドの工程である。２ｎｄボンドにおけるボンディング条件のうち、キャピラリ５０に付加する超音波（ｐｏｗｅｒ）は例えば１５０、加重（ｆｏｒｃｅ）は例えば７０ｇｆである。また、このような１ｓｔボンド及び２ｎｄボンドは、例えば図２（ａ）及び（ｂ）に示すようなリードフレーム２０に対して行う。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）は、リードフレーム２０の全体の構成例を示す平面図と、その一部分を拡大した平面図である。
図２（ａ）に示すように、このリードフレーム２０は、例えば、リールに巻き取り可能な長尺状のものであり、複数の半導体チップが実装されてそれら各々に対してワイヤーボンディングが施される製品領域Ｒ１と、製品処理とは別にクリーニングボンディングが行われるダミー領域Ｒ２と、を有する。このリードフレーム２０では、例えば、図２（ｂ）に示すように、１つのダイパッド２２とその周囲に配置された複数のリード２３ａ〜２３ｄとを有するパターンが、１つの単位パターン２１となっている。リードフレーム２０の製品領域Ｒ１では、この図２（ｂ）に示す単位パターン２１が、平面視で縦方向及び横方向にそれぞれ複数ずつ整列して配置されている。また、リードフレーム２０のダミー領域Ｒ２では図２（ｂ）に示す単位パターン２１が、平面視で横方向に複数整列して配置されている。
【００２３】
ワイヤーボンディング工程の直前の工程である、ダイボンディング工程では、例えば図３に示すように、単位パターン２１のダイパッド２２上に半導体チップ１がそれぞれマウントされる。この半導体チップ１のマウントは、製品領域Ｒ１のダイパッド２２に対してのみ行われる（即ち、ダミー領域Ｒ２のダイパッド２２に対しては行われない。）。
また、ワイヤーボンディング工程の一部である、上記の１ｓｔボンドでは、ダイパッド２２上にマウントされた半導体チップ１の複数のパッド電極２ａ〜２ｄに対して、ワイヤーの一端の側が接合される。上記の２ｎｄボンドは、ダイパッド２２の周囲に配置されている複数のリード２３ａ〜２３ｄに対して、ワイヤーの他端の側が接合される。これにより、半導体チップ１のパッド電極２ａ〜２ｄと、リード２３ａ〜２３ｄとがワイヤーで接続される。
【００２４】
例えば図４に示すように、第１のパッド電極２ａと第１のリード２３ａとが第１のワイヤー１１ａで接続され、第２のパッド電極２ｂと第２のリード２３ｂとが第２のワイヤー１１ｂで接続され、第３のパッド電極２ｃと第３のリード２３ｃとが第３のワイヤー１１ｃで接続され、第４のパッド電極２ｄと第４のリード２３ｄとが第４のワイヤー１１ｄで接続される。
【００２５】
ところで、上記で課題として挙げたように、１ｓｔボンドでは、ボールネック１５にワイヤー１１を押しつけるため、図１６（ａ）及び（ｂ）に示したように、ワイヤー１１を構成しているＡｕ等の金属がキャピラリ５０の内部５１のテーパや、キャピラリ５０の先端５２に付着して、そのまま残存してしまうことがある。そこで、本実施形態では、予め、製品処理の実行回数が所定の回数に到達した時点で、製品処理とは別にクリーニングボンディングを行う。ここで、所定の回数はユーザが任意に設定できる数値である。次に、図１（ａ）に戻って、クリーニングボンディングについてさらに説明する。
【００２６】
図１（ａ）のステップ（Ｓ）４では、このクリーニングボンディングの実行、非実行を決定するため、直近のクリーニングボンディング後から数えて、製品処理の実行回数が、ユーザにより任意に設定された所定の回数に到達したか否かを判断する。所定の回数に到達していない場合はステップ（Ｓ）１に戻り、所定の回数に到達した場合はステップ（Ｓ）５へ進む。
例えば、図４に示した１つの単位パターン２１では、ワイヤー１１ａ〜１１ｂの本数は４本であるため、１回の製品処理で１ｓｔボンドを４回、２ｎｄボンドを４回、それぞれ行うこととなる。ここで、所定の回数として「２０」が設定されている場合は、１ｓｔボンドを４×２０回、２ｎｄボンドを４×２０回行った後で、クリーニングボンディングを行うこととなる。
【００２７】
ステップ（Ｓ）５ではクリーニングボンディングを行うが、その方法は、例えば図１（ｂ）に示すサブルーチンの通りである。即ち、図１（ｂ）のステップ（Ｓ）１１では、キャピラリ５０を図１（ａ）に示した製品領域Ｒ１上から、ダミー領域Ｒ２上へ移動させる。次に、第１のワイヤーの一端の側に球状のダミーボールを形成する。そして、このダミーボールをダミー領域Ｒ２に配置されている単位パターンの第１のリードに接合させて、ダミー圧着ボールを形成する。ここで形成するダミー圧着ボールの形状は、例えば図１２に示した圧着ボール１３とほぼ同じである。
つまり、ダミー圧着ボールとボールネックを形成するが、その場合は、ボールネック上にワイヤーを押しつけない。これにより、１ｓｔダミーボンドにおいて、キャピラリ５０の内部５１や先端５２にＡｕ等の金属が新たに付着することはない。
【００２８】
次に、ステップ（Ｓ）１２では、キャピラリを平面視で上方向（即ち、Ｙ軸の正の方向）に移動させて、第１のワイヤーの他端の側を第２のリードに接続する。上記のステップ（Ｓ）１が１ｓｔダミーボンドの工程であり、ステップ（Ｓ）３が２ｎｄダミーボンドの工程である。これにより、図５に示すように、ダミー領域Ｒ２において第１のリード２３ａと第２のリード２３ｂとが第１のワイヤー１１ａで接続される。この１回目のクリーニングボンディングにより、キャピラリ５０の内部５１の残存金属をダミー領域Ｒ２の第１のリード２３ａ上や第２のリード２３ｂ上へ排出することができる。また、第１のワイヤー１１ａを第２のリード２３ｂに接続する際に、キャピラリ５０の先端５２は部分的に強く擦られるため、この強く擦られる部分における残存金属も除去することができる。
【００２９】
なお、この２ｎｄダミーボンドにおけるボンディング条件のうち、キャピラリ５０に付加される超音波（ｐｏｗｅｒ）及び加重（ｆｏｒｃｅ）の各パラメータは、製品処理の第２ボンドよりも高い数値とすることが好ましい。例えば、２ｎｄダミーボンドにおいて、ｐｏｗｅｒ＞４００とし、ｆｏｒｃｅ＞１００ｇｆとする。これにより、キャピラリ５０の内部５１や先端５２からダミー領域Ｒ２上へ、残存金属をより強く、より効果的に排出することが可能となる。
【００３０】
次に、ステップ（Ｓ）１３では、クリーニングボンディングの回数が所定の回数に到達したか否かを判断する。所定の回数に到達していない場合はステップ（Ｓ）１４へ進み、所定の回数に到達した場合は図１（ａ）のステップ（Ｓ）６へ進む。このクリーニングボンディングにおける所定の回数もユーザが任意に設定できる数値である。ここでは、この所定の回数として例えば「４」が設定されている場合を想定して、ステップ（Ｓ）１４へ進む。
【００３１】
ステップ（Ｓ）１４では、キャピラリ５０の移動の方向を平面視で右方向（即ち、Ｘ軸の正の方向）に変える。そして、ステップ（Ｓ）１１とステップ（Ｓ）１２とを繰り返し行う。これにより、図５に示すように、ダミー領域Ｒ２において第２のリード２３ｂと第３のリード２３ｃとが第２のワイヤー１１ｂで接続される。この２回目のクリーニングボンディングにより、キャピラリ５０の内部５１の残存金属をダミー領域Ｒ２の第２のリード２３ｂ上や第３のリード２３ｃ上へ排出することができる。また、第２のワイヤー１１ｂを第３のリード２３ｃに接続する際に、キャピラリ５０の先端５２は部分的に強く擦られるため、この部分における残存金属も除去することができる。
【００３２】
以下同様に、キャピラリ５０の移動の方向を平面視で下方向（即ち、Ｙ軸の負の方向）に変えて３回目のクリーニングボンディングを行う。続いて、キャピラリ５０の移動の方向を平面視で左方向（即ち、Ｘ軸の負の方向）に変えて４回目のクリーニングボンディングを行う。これにより、図５に示すように、ダミー領域Ｒ２において第３のリード２３ｃと第４のリード２３ｄとが第３のワイヤー１１ｃで接続されると共に、第４のリード２３ｄと第１のリード２３ａとが第４のワイヤー１１ｄで接続される。これら３回目、４回目のクリーニングボンディングを実施することにより、キャピラリ５０の内部５１や先端５２における残存金属をさらに除去することができる。
【００３３】
クリーニングボンディングの実行回数が所定の回数である４回に達したら、図１（ｂ）のサブルーチンを終了して、図１（ａ）のメインルーチンに戻る。図１（ａ）のステップ（Ｓ）６では、製品処理を続行するか否かを判断する。製品処理を続行する場合は、キャピラリ５０は図２（ａ）に示したリードフレーム２０の製品領域Ｒ１上へ移動し、ステップ（Ｓ）１以下の処理を繰り返すことになる。また、製品処理を続行しない場合は、図１（ａ）に示したフローチャートを終了する。
【００３４】
図６（ａ）〜（ｆ）はキャピラリ５０の移動の方向と、キャピラリ５０の先端５２において残存金属が特に除去される部分（即ち、リードと強く擦られる部分）との関係を示す概念図である。図６（ａ）、（ｃ）、（ｅ）はキャピラリ５０を上側から見た図であり、図６（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）はキャピラリ５０を下側から見た図である。
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１のクリーニングボンディングでは、キャピラリ５０をＹ軸の正の方向に移動させて、ワイヤーの他端の側を第２のリードに接続する。このような場合は、２ｎｄダミーボンドにおいて、キャピラリ５０の先端５２表面の中でも特に、Ｙ軸の負の方向側の部分５２ａが第２のリードに強く擦られる。このため、このＹ軸の負の方向側の部分５２ａに残存金属が有る場合は、この部分５２ａの残存金属が第２のリードに強く擦られて除去される。
【００３５】
また、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、第２のクリーニングボンディングでは、キャピラリ５０をＸ軸の正の方向に移動させて、ワイヤーの他端の側を第３のリードに接続する。このような場合は、２ｎｄダミーボンドにおいて、キャピラリ５０の先端５２表面の中でも特に、Ｘ軸の負の方向側の部分５２ｃが第３のリードに強く擦られる。このため、このＸ軸の負の方向側の部分５２ｃに残存金属が有る場合は、この部分５２ｃの残存金属が第３のリードに強く擦られて除去される。
【００３６】
このため、図６（ｅ）及び（ｄ）に示すように、第１〜第４のクリーニングボンディングを全て行うと、キャピラリ５０をＸ軸の正負の方向と、Ｙ軸の正負の方向とにそれぞれ移動させたことになり、キャピラリ５０の先端５２表面において、Ｘ軸の正負の方向側の部分５２ｃ、５２ｄと、Ｙ軸の正負の方向側の部分５２ａ、５２ｂとからそれぞれ残存金属を除去することができる。つまり、キャピラリ５０の先端５２表面のほぼ全域において、残存金属を除去することができる。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、キャピラリ５０の内部５１や先端５２からダミー領域Ｒ２上へ残存金属を排出して除去することが可能となる。その結果、クリーニングボンディング工程の後に続く製品処理（即ち、ワイヤーボンディングの１ｓｔボンドと２ｎｄボンドの各工程）で、ワイヤー１１の流動が残存金属により阻害されることを防ぐことができ、ワイヤー１１の繰り出し量が大きく変化することを防ぐことができる。
これにより、ワイヤー１１の径が細ることや、ループの高さがばらつくことを防ぐことができ、プル強度及び高さの安定したワイヤーボンディングが可能となる。従来技術と比較して、残存金属を除去するためにキャピラリ５０を着脱する必要がないため、ワイヤーボンディング工程の生産性を高めることができる。
【００３８】
なお、上記の実施形態では、図６（ａ）〜（ｆ）に示したように、クリーニングボンディングの工程で、キャピラリ５０をＹ軸の正の方向、Ｘ軸の正の方向、Ｙ軸の負の方向、Ｘ軸の負の方向の異なる４方向に移動させる（即ち、平面視で９０°ずつ異なる４方向に移動させる）場合について説明した。これは、図４に示したように、製品処理の工程では、キャピラリ５０が異なる４方向（即ち、第１のパッド電極２ａから第１のリード２３ａに向かう方向と、第２のパッド電極２ｂから第２のリード２３ｂに向かう方向と、第３のパッド電極２ｃから第３のリード２３ｃに向かう方向と、第４のパッド電極２ｄから第４のリード２３ｄに向かう方向）に移動することに対応させたものである。
【００３９】
即ち、製品処理時にキャピラリ５０を異なる４方向に移動させることで、その先端５２のほぼ全域にＡｕ等の金属が付着、残留する可能性があることに対応させたものである。上記の実施形態では、クリーニングボンディングの工程でも、キャピラリ５０を異なる４方向に移動させることによって、その先端５２のほぼ全域においてＡｕ等の金属を除去できるように工夫している。
しかしながら、本発明においてキャピラリ５０の移動の方向はこれに限定されることはない。クリーニングボンディングの工程では、例えば図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、キャピラリ５０を平面視で１２０°ずつ異なる３方向に移動させてもよい。このような方法であっても、キャピラリ５０を１方向又は２方向にのみ移動させる場合と比較すれば、その先端５２の広い範囲から残留金属を除去することが可能である。
【００４０】
（２）効果の検証
次に、本発明の効果を検証した結果について説明する。
（２．１）残存金属の有無について
図８（ａ）及び（ｂ）は、図１（ａ）のステップ（Ｓ）５のクリーニングボンディングを行う前後における、キャピラリ５０の先端５２の様子を示す写真図である。図８（ａ）に示すように、クリーニングボンディング処理を行う前は、キャピラリ５０の先端５２には残存金属が多く見られる。これに対して、図８（ｂ）に示すように、クリーニングボンディング処理を行ったあとのキャピラリ５０の先端５２では、残存金属がほとんど確認されなかった。以上から、本発明は、残存金属の除去に極めて有効であることがわかった。
【００４１】
（２．２）プル強度及びループ高さについて
図９は、プル強度の測定方法を示す概念図である。また、図１０は、クリーニングボンディングを導入する前のプル強度と素子処理数（即ち、製品処理を施した素子の数）との相関、及び、クリーニングボンディングを導入した後のプル強度と素子処理数との相関、をそれぞれ調査した結果を示す図である。図１０の横軸は素子処理数を示し、その縦軸はプル強度［ｇｆ］を示す。
【００４２】
図９に示すように、プル強度の測定は、１ｓｔボンドにより半導体チップ１のパッド電極２に接合されたワイヤー１１の一端と、２ｎｄボンドによりリード２３に接合されたワイヤー１１の他端との間にあるループの屈曲点近辺にフックＦを引っかけてプルテスターを用いて測定した。その結果、図１０に示すように、クリーニングボンディングを導入する前は素子処理数が増加するに従ってプル強度が低下してしまう傾向があったが、クリーニングボンディングを導入した後は素子処理数が増加してもプル強度は低下しない、ということが確認された。以上から、本発明は、プル強度の安定に極めて効果があることがわかった。また、本発明では、素子処理数の増加に関係なくプル強度が一定であることから、薬液処理と同一レベルの洗浄効果が得られる、ということもわかった。
【００４３】
図１１は、残留金属が無い場合と有る場合とに分けて、プル強度の平均値と、ループ高さのバラツキとを調査した結果を示す表である。この調査のサンプル数Ｎは１２である。また、ループ高さのバラツキは標準偏差の３倍の値（３＊Ｓｔｄ）で示している。図１１に示すように、残留金属が無い場合は、残留金属が有る場合と比べて、プル強度が大きくなり、ループ高さのばらつきが小さくなることが確認された。
【符号の説明】
【００４４】
１ 半導体チップ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ パッド電極
１１、１１ａ、１１ｂ、 １１ｃ、１１ｄ ワイヤー
１３ 圧着ボール
１５ ボールネック
２０ リードフレーム
２１ 単位パターン
２２ ダイパッド
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ リード
５０ キャピラリ
５１ 内部
５２ 先端
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ （先端の一）部分
Ｆ フック
Ｒ１ 製品領域
Ｒ２ ダミー領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ワイヤーボンディング工程でのキャピラリの内部や先端の残存金属を除去できるようにした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、通常、ワイヤーボンディングといえば図１２に示すように、圧着ボール１３直上へワイヤー１１が伸びるようなボールネック１５を備える正ボンドと呼ばれる方法で、半導体素子(チップ)１とリード２３とが電気的に接合される。この場合、半導体チップ１のパッド電極の上面を原点にした場合のワイヤー１１の高さｈ１が１２０μｍ程度(ワイヤ径が２５μｍの場合)あり、薄型デバイスには不適である。高さｈ１を低くするために、ボンディング装置のパラメータを変更すると、図１３に示すように、半導体チップ１のパッド電極の上面を原点にした場合のワイヤー１１の高さｈ２が８０μｍとなり、薄型デバイスに適用可能な形状が得られる。
【０００３】
しかし、この図１３に示す形態ではボールネック１５に過剰な負荷がかかり、プル強度測定を実施すると、ボールネック直近で破断が起き、その強度も５ｇｆに低下する。そこで、ボールネック１５に過剰な負荷をかけないワイヤーボンディング方法として、１ｓｔボンド時にキャピラリの先端でワイヤー１１をボールネック１５に押しつける方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。以下に、このワイヤーボンディング方法について、図１５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【０００４】
図１５（ａ）では、まず、例えば金（Ａｕ）からなるワイヤー１１の一端の側にスパーク放電により球状のボールを形成し、このボールをパッド電極に接合させて、圧着ボール１３とボールネック１５とを形成する。この工程が１ｓｔボンドである。圧着ボール１３は球状のボールがキャピラリの先端（即ち、フェイス）によって潰されて円板状になったものであり、ボールネック１５はボールの一部がキャピラリ５０の内部５１に入り込むことによって形成されたものである。
【０００５】
次に、図１５（ｂ）に示すように、キャピラリ５０を上昇させてリードの反対側に動かす。続けて、キャピラリ５０を下降させて、図１５（ｃ）に示すように、キャピラリ５０の先端５２であってリード側の部分５２ａを用いて、ボールネック１５にワイヤー１１を押しつけて、ボールネック１５を変形させる。さらに、キャピラリ５０を再度上昇させてワイヤー１１を折り返す動作を行う。その後、図１５（ｄ）に示すように、キャピラリ５０の先端５２であってリードとは反対側の部分５２ｂを用いて、再びボールネック１５にワイヤー１１を押しつける。そして、ワイヤー１１を、リードの延伸方向に対して平行になるような軌跡をもつループ（即ち、低ループ）状に形成して、ワイヤー１１の他端の側をリードに接合する。この接合が２ｎｄボンドである。
【０００６】
このように、１ｓｔボンド時にキャピラリ５０の先端５２により、ボールネック１５にワイヤー１１を２度押しつけることで、図１４のように、半導体チップ１のパッド電極の上面を原点にした場合のワイヤーの高さｈ３が７０μｍに抑えられたワイヤールーピングを実現することができ、且つプル強度が８ｇｆ有り、ボールネック直近で破断しない強い接合が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１０３４０３号公報
【特許文献２】特開平１−２５５２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、本発明者は、図１５（ａ）〜（ｄ）に示した方法では、ボールネック１５にワイヤー１１を押しつけることにより、ワイヤー１１を構成している金属がキャピラリ５０の内部５１に押し戻され、或いは、キャピラリ５０の先端５２に付着して、そのまま残存してしまうことがある、という課題を発見した。
具体的には、図１６（ａ）に示すように、リード側の部分５２ａでボールネック１５にワイヤー１１を押しつける過程では、リード側の部分５２ａはワイヤー１１に強く押しつけられるため、その接触箇所に金属が付着して、そのまま残存してしまうことがあった。また、図１６（ｂ）に示すように、リードとは反対側の部分５２ｂで再びボールネック１５にワイヤー１１を押しつける過程では、この反対側の部分５２ｂはワイヤー１１に強く押しつけられるため、その接触箇所に金属が付着して、そのまま残存してしまうことがあった。
【０００９】
このように、キャピラリ５０の内部５１や先端５２に金属が残存してしまうと、キャピラリ５０からのワイヤー１１の繰り出しが阻害されて、例えば、キャピラリ５０から繰り出されるワイヤー１１の径が細る場合がある。ワイヤー１１の径が細ると引っ張り強度が低下してしまう。また、ワイヤー１１繰り出し量が大きく変化することで、ループの高さがばらついてしまうこともある。
【００１０】
一方、このような課題の解決手段として、例えば、ワイヤーボンディング装置からキャピラリを一旦取り外し、取り外したキャピラリの内部や先端を薬液で洗浄する方法が考えられる（例えば、特許文献２を参照。）。しかし、この方法は、キャピラリを取り外すことが前提となるオフラインでの洗浄作業である。ワイヤーボンディング工程において、キャピラリを頻繁に付け替える必要があるため、大幅なタクトアップ（即ち、生産性の低下）が避けられないという課題があった。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ワイヤーボンディング工程の生産性の低下を抑制しつつ、キャピラリの内部や先端から残存金属を除去でき、かつ、低ループ形状を可能とする半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明者は、キャピラリを従来技術のオフラインでの洗浄作業でなく、オンラインでのクリーニングボンディング工程により、キャピラリ内の残存金属を除去する方法を見いだすに至った。
即ち、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子が有する第１の領域とリードフレームが有する第２の領域とを、キャピラリから繰り出されるワイヤーで接続する半導体装置の製造方法であって、前記ワイヤーの一端の側に形成されたボールを前記第１の領域に接合させて圧着ボールとボールネックとを形成し、前記キャピラリの先端で前記ボールネックに前記ワイヤーを押しつける第１のボンディング工程と、前記キャピラリを前記第１の領域上から前記第２の領域上へ移動させて、前記ワイヤーの他端の側を前記第２の領域に接合する第２のボンディング工程と、前記第１のボンディング工程と前記第２のボンディング工程とが当該順で複数回、繰り返し行われた後で、前記キャピラリを前記リードフレームが有する第３の領域上へ移動させて、前記ワイヤーを前記第３の領域に接合するクリーニングボンディング工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
このような方法であれば、キャピラリの内部や、キャピラリの先端において意図せず残存している金属（即ち、残存金属）を第３の領域上へ排出して除去することが可能となる。その結果、クリーニングボンディング工程の後に続く製品処理（即ち、第１のボンディング工程と第２のボンディング工程）で、ワイヤーの流動が残存金属により阻害されることを防ぐことができ、ワイヤーの繰り出し量が大きく変化することを防ぐことができる。これにより、ワイヤーの径が細ることや、ループの高さがばらつくことを防ぐことができ、プル強度及び高さの安定したワイヤーボンディングが可能となる。従来技術と比較して、残存金属を除去するためにキャピラリを着脱する必要がないため、ワイヤーボンディング工程の生産性を高めることができる。
【００１３】
なお、「第１のボンディング工程」としては、例えば、後述する１ｓｔボンドが該当する。「第２のボンディング工程」としては、例えば、後述する２ｎｄボンドが該当する。「第１の領域」としては、例えば、後述するパッド電極２ａ〜２ｄの何れか一が該当する。「第２の領域」としては、例えば、後述する製品領域Ｒ１のリード２３、２３ａ〜２３ｄの何れか一が該当する。「第３の領域」としては、例えば、後述するダミー領域Ｒ２が該当する。
【００１４】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記クリーニングボンディング工程は、前記キャピラリから繰り出される前記ワイヤーの一端の側に形成されたダミーボールを前記第３の領域のうちの一方の領域に接合させてダミー圧着ボールを形成する第１のダミーボンディング工程と、前記キャピラリを前記一方の領域上から前記第３の領域のうちの他方の領域上へ移動させて、前記ワイヤーの他端の側を前記他方の領域に接合する第２のダミーボンディング工程と、を含み、前記第２のダミーボンディング工程におけるボンディング条件のうち、前記キャピラリに付加される超音波及び加重の各パラメータは、前記第２のボンディング工程におけるボンディング条件よりも高い数値であることを特徴としてもよい。このような方法であれば、キャピラリの内部や先端から第３の領域上へ、残存金属をより強く、より効果的に排出することが可能となる。
【００１５】
なお、「第１のダミーボンディング工程」としては、例えば、後述する１ｓｔダミーボンドが該当する。「第２のダミーボンディング工程」としては、例えば、後述する２ｎｄダミーボンドが該当する。「第３の領域のうちの一方の領域」「第３の領域のうちの他方の領域」はそれぞれ、例えば、後述するダミー領域Ｒ２のリード２３、２３ａ〜２３ｄの何れか一が該当する。
【００１６】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記クリーニングボンディング工程では、前記第１のダミーボンディング工程と前記第２のダミーボンディング工程とを当該順で複数回、繰り返し行うと共に、当該複数回の各回で、前記第２のダミーボンディング工程における前記一方の領域上から前記他方の領域上への前記キャピラリの移動の方向を異ならせることを特徴としてもよい。このような方法であれば、キャピラリの先端を第３の領域にそれぞれ異なる方向から擦り合わせることができるので、当該先端の広範囲において残存金属を除去することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ワイヤーボンディング工程の生産性の低下を抑制しつつ、キャピラリの内部や先端の残存金属を除去し、低ループ形状の半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図２】リードフレーム２０と単位パターン２１の構成例を示す図。
【図３】単位パターン２１において、半導体チップ１が実装された後の状態を示す図。
【図４】単位パターン２１において、ワイヤーボンディングが行われた後の状態を示す図。
【図５】単位パターン２１において、クリーニングボンディングが行われた後の状態を示す図。
【図６】キャピラリ５０の移動の方向と、キャピラリ５０の先端５２において残存金属が特に除去される部分との関係を示す図（その１）。
【図７】キャピラリ５０の移動の方向と、キャピラリ５０の先端５２において残存金属が特に除去される部分との関係を示す図（その２）。
【図８】クリーニングボンディングを行う前後における、キャピラリ５０の先端５２の様子を示す図。
【図９】プル強度の測定方法を示す図。
【図１０】クリーニングボンディングを導入する前後における、素子処理数とプル強度との相関を示す図。
【図１１】残留金属が無い場合と有る場合とに分けて、プル強度の平均値とループ高さのバラツキとを示した表図。
【図１２】正ボンドによる接続を示す図（その１）。
【図１３】正ボンドによる接続を示す図（その２）。
【図１４】正ボンドによる接続を示す図（その３）。
【図１５】図１４に示した接続を形成するための手順を示す図。
【図１６】課題を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合もある。
（１）実施形態
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート（メインルーチン）である。また、図１（ｂ）は、メインルーチンに含まれるクリーニングボンディング工程での各処理を示すフローチャート（サブルーチン）である。図１（ａ）において、ステップ（Ｓ）１〜（Ｓ）３で行う各処理は、上記のように、図１４と図１５（ａ）〜（ｄ）とを用いて説明した通りである。
【００２０】
即ち、ステップ（Ｓ）１では、例えばＡｕからなるワイヤー１１の一端の側に球状のボールを形成し、このボールをパッド電極に接合させて、圧着ボール１３とボールネック１５とを形成する（図１５（ａ）を参照。）。次に、ステップ（Ｓ）２では、キャピラリ５０の先端（即ち、フェイスとも呼ばれる突出端面）５２で、ボールネック１５にワイヤー１１を押しつける（図１５（ｂ）〜（ｄ）を参照。）。そして、ステップ（Ｓ）３では、ワイヤー１１の他端の側を、低ループでリード２３に接合する（図１４を参照。）。
【００２１】
ステップ（Ｓ）１、（Ｓ）２が１ｓｔボンドの工程であり、ステップ（Ｓ）３が２ｎｄボンドの工程である。２ｎｄボンドにおけるボンディング条件のうち、キャピラリ５０に付加する超音波（ｐｏｗｅｒ）は例えば１５０、加重（ｆｏｒｃｅ）は例えば７０ｇｆである。また、このような１ｓｔボンド及び２ｎｄボンドは、例えば図２（ａ）及び（ｂ）に示すようなリードフレーム２０に対して行う。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）は、リードフレーム２０の全体の構成例を示す平面図と、その一部分を拡大した平面図である。
図２（ａ）に示すように、このリードフレーム２０は、例えば、リールに巻き取り可能な長尺状のものであり、複数の半導体チップが実装されてそれら各々に対してワイヤーボンディングが施される製品領域Ｒ１と、製品処理とは別にクリーニングボンディングが行われるダミー領域Ｒ２と、を有する。このリードフレーム２０では、例えば、図２（ｂ）に示すように、１つのダイパッド２２とその周囲に配置された複数のリード２３ａ〜２３ｄとを有するパターンが、１つの単位パターン２１となっている。リードフレーム２０の製品領域Ｒ１では、この図２（ｂ）に示す単位パターン２１が、平面視で縦方向及び横方向にそれぞれ複数ずつ整列して配置されている。また、リードフレーム２０のダミー領域Ｒ２では図２（ｂ）に示す単位パターン２１が、平面視で横方向に複数整列して配置されている。
【００２３】
ワイヤーボンディング工程の直前の工程である、ダイボンディング工程では、例えば図３に示すように、単位パターン２１のダイパッド２２上に半導体チップ１がそれぞれマウントされる。この半導体チップ１のマウントは、製品領域Ｒ１のダイパッド２２に対してのみ行われる（即ち、ダミー領域Ｒ２のダイパッド２２に対しては行われない。）。
また、ワイヤーボンディング工程の一部である、上記の１ｓｔボンドでは、ダイパッド２２上にマウントされた半導体チップ１の複数のパッド電極２ａ〜２ｄに対して、ワイヤーの一端の側が接合される。上記の２ｎｄボンドは、ダイパッド２２の周囲に配置されている複数のリード２３ａ〜２３ｄに対して、ワイヤーの他端の側が接合される。これにより、半導体チップ１のパッド電極２ａ〜２ｄと、リード２３ａ〜２３ｄとがワイヤーで接続される。
【００２４】
例えば図４に示すように、第１のパッド電極２ａと第１のリード２３ａとが第１のワイヤー１１ａで接続され、第２のパッド電極２ｂと第２のリード２３ｂとが第２のワイヤー１１ｂで接続され、第３のパッド電極２ｃと第３のリード２３ｃとが第３のワイヤー１１ｃで接続され、第４のパッド電極２ｄと第４のリード２３ｄとが第４のワイヤー１１ｄで接続される。
【００２５】
ところで、上記で課題として挙げたように、１ｓｔボンドでは、ボールネック１５にワイヤー１１を押しつけるため、図１６（ａ）及び（ｂ）に示したように、ワイヤー１１を構成しているＡｕ等の金属がキャピラリ５０の内部５１のテーパや、キャピラリ５０の先端５２に付着して、そのまま残存してしまうことがある。そこで、本実施形態では、予め、製品処理の実行回数が所定の回数に到達した時点で、製品処理とは別にクリーニングボンディングを行う。ここで、所定の回数はユーザが任意に設定できる数値である。次に、図１（ａ）に戻って、クリーニングボンディングについてさらに説明する。
【００２６】
図１（ａ）のステップ（Ｓ）４では、このクリーニングボンディングの実行、非実行を決定するため、直近のクリーニングボンディング後から数えて、製品処理の実行回数が、ユーザにより任意に設定された所定の回数に到達したか否かを判断する。所定の回数に到達していない場合はステップ（Ｓ）１に戻り、所定の回数に到達した場合はステップ（Ｓ）５へ進む。
例えば、図４に示した１つの単位パターン２１では、ワイヤー１１ａ〜１１ｂの本数は４本であるため、１回の製品処理で１ｓｔボンドを４回、２ｎｄボンドを４回、それぞれ行うこととなる。ここで、所定の回数として「２０」が設定されている場合は、１ｓｔボンドを４×２０回、２ｎｄボンドを４×２０回行った後で、クリーニングボンディングを行うこととなる。
【００２７】
ステップ（Ｓ）５ではクリーニングボンディングを行うが、その方法は、例えば図１（ｂ）に示すサブルーチンの通りである。即ち、図１（ｂ）のステップ（Ｓ）１１では、キャピラリ５０を図１（ａ）に示した製品領域Ｒ１上から、ダミー領域Ｒ２上へ移動させる。次に、第１のワイヤーの一端の側に球状のダミーボールを形成する。そして、このダミーボールをダミー領域Ｒ２に配置されている単位パターンの第１のリードに接合させて、ダミー圧着ボールを形成する。ここで形成するダミー圧着ボールの形状は、例えば図１２に示した圧着ボール１３とほぼ同じである。
つまり、ダミー圧着ボールとボールネックを形成するが、その場合は、ボールネック上にワイヤーを押しつけない。これにより、１ｓｔダミーボンドにおいて、キャピラリ５０の内部５１や先端５２にＡｕ等の金属が新たに付着することはない。
【００２８】
次に、ステップ（Ｓ）１２では、キャピラリを平面視で上方向（即ち、Ｙ軸の正の方向）に移動させて、第１のワイヤーの他端の側を第２のリードに接続する。上記のステップ（Ｓ）１が１ｓｔダミーボンドの工程であり、ステップ（Ｓ）３が２ｎｄダミーボンドの工程である。これにより、図５に示すように、ダミー領域Ｒ２において第１のリード２３ａと第２のリード２３ｂとが第１のワイヤー１１ａで接続される。この１回目のクリーニングボンディングにより、キャピラリ５０の内部５１の残存金属をダミー領域Ｒ２の第１のリード２３ａ上や第２のリード２３ｂ上へ排出することができる。また、第１のワイヤー１１ａを第２のリード２３ｂに接続する際に、キャピラリ５０の先端５２は部分的に強く擦られるため、この強く擦られる部分における残存金属も除去することができる。
【００２９】
なお、この２ｎｄダミーボンドにおけるボンディング条件のうち、キャピラリ５０に付加される超音波（ｐｏｗｅｒ）及び加重（ｆｏｒｃｅ）の各パラメータは、製品処理の第２ボンドよりも高い数値とすることが好ましい。例えば、２ｎｄダミーボンドにおいて、ｐｏｗｅｒ＞４００とし、ｆｏｒｃｅ＞１００ｇｆとする。これにより、キャピラリ５０の内部５１や先端５２からダミー領域Ｒ２上へ、残存金属をより強く、より効果的に排出することが可能となる。
【００３０】
次に、ステップ（Ｓ）１３では、クリーニングボンディングの回数が所定の回数に到達したか否かを判断する。所定の回数に到達していない場合はステップ（Ｓ）１４へ進み、所定の回数に到達した場合は図１（ａ）のステップ（Ｓ）６へ進む。このクリーニングボンディングにおける所定の回数もユーザが任意に設定できる数値である。ここでは、この所定の回数として例えば「４」が設定されている場合を想定して、ステップ（Ｓ）１４へ進む。
【００３１】
ステップ（Ｓ）１４では、キャピラリ５０の移動の方向を平面視で右方向（即ち、Ｘ軸の正の方向）に変える。そして、ステップ（Ｓ）１１とステップ（Ｓ）１２とを繰り返し行う。これにより、図５に示すように、ダミー領域Ｒ２において第２のリード２３ｂと第３のリード２３ｃとが第２のワイヤー１１ｂで接続される。この２回目のクリーニングボンディングにより、キャピラリ５０の内部５１の残存金属をダミー領域Ｒ２の第２のリード２３ｂ上や第３のリード２３ｃ上へ排出することができる。また、第２のワイヤー１１ｂを第３のリード２３ｃに接続する際に、キャピラリ５０の先端５２は部分的に強く擦られるため、この部分における残存金属も除去することができる。
【００３２】
以下同様に、キャピラリ５０の移動の方向を平面視で下方向（即ち、Ｙ軸の負の方向）に変えて３回目のクリーニングボンディングを行う。続いて、キャピラリ５０の移動の方向を平面視で左方向（即ち、Ｘ軸の負の方向）に変えて４回目のクリーニングボンディングを行う。これにより、図５に示すように、ダミー領域Ｒ２において第３のリード２３ｃと第４のリード２３ｄとが第３のワイヤー１１ｃで接続されると共に、第４のリード２３ｄと第１のリード２３ａとが第４のワイヤー１１ｄで接続される。これら３回目、４回目のクリーニングボンディングを実施することにより、キャピラリ５０の内部５１や先端５２における残存金属をさらに除去することができる。
【００３３】
クリーニングボンディングの実行回数が所定の回数である４回に達したら、図１（ｂ）のサブルーチンを終了して、図１（ａ）のメインルーチンに戻る。図１（ａ）のステップ（Ｓ）６では、製品処理を続行するか否かを判断する。製品処理を続行する場合は、キャピラリ５０は図２（ａ）に示したリードフレーム２０の製品領域Ｒ１上へ移動し、ステップ（Ｓ）１以下の処理を繰り返すことになる。また、製品処理を続行しない場合は、図１（ａ）に示したフローチャートを終了する。
【００３４】
図６（ａ）〜（ｆ）はキャピラリ５０の移動の方向と、キャピラリ５０の先端５２において残存金属が特に除去される部分（即ち、リードと強く擦られる部分）との関係を示す概念図である。図６（ａ）、（ｃ）、（ｅ）はキャピラリ５０を上側から見た図であり、図６（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）はキャピラリ５０を下側から見た図である。
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１のクリーニングボンディングでは、キャピラリ５０をＹ軸の正の方向に移動させて、ワイヤーの他端の側を第２のリードに接続する。このような場合は、２ｎｄダミーボンドにおいて、キャピラリ５０の先端５２表面の中でも特に、Ｙ軸の負の方向側の部分５２ａが第２のリードに強く擦られる。このため、このＹ軸の負の方向側の部分５２ａに残存金属が有る場合は、この部分５２ａの残存金属が第２のリードに強く擦られて除去される。
【００３５】
また、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、第２のクリーニングボンディングでは、キャピラリ５０をＸ軸の正の方向に移動させて、ワイヤーの他端の側を第３のリードに接続する。このような場合は、２ｎｄダミーボンドにおいて、キャピラリ５０の先端５２表面の中でも特に、Ｘ軸の負の方向側の部分５２ｃが第３のリードに強く擦られる。このため、このＸ軸の負の方向側の部分５２ｃに残存金属が有る場合は、この部分５２ｃの残存金属が第３のリードに強く擦られて除去される。
【００３６】
このため、図６（ｅ）及び（ｄ）に示すように、第１〜第４のクリーニングボンディングを全て行うと、キャピラリ５０をＸ軸の正負の方向と、Ｙ軸の正負の方向とにそれぞれ移動させたことになり、キャピラリ５０の先端５２表面において、Ｘ軸の正負の方向側の部分５２ｃ、５２ｄと、Ｙ軸の正負の方向側の部分５２ａ、５２ｂとからそれぞれ残存金属を除去することができる。つまり、キャピラリ５０の先端５２表面のほぼ全域において、残存金属を除去することができる。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、キャピラリ５０の内部５１や先端５２からダミー領域Ｒ２上へ残存金属を排出して除去することが可能となる。その結果、クリーニングボンディング工程の後に続く製品処理（即ち、ワイヤーボンディングの１ｓｔボンドと２ｎｄボンドの各工程）で、ワイヤー１１の流動が残存金属により阻害されることを防ぐことができ、ワイヤー１１の繰り出し量が大きく変化することを防ぐことができる。
これにより、ワイヤー１１の径が細ることや、ループの高さがばらつくことを防ぐことができ、プル強度及び高さの安定したワイヤーボンディングが可能となる。従来技術と比較して、残存金属を除去するためにキャピラリ５０を着脱する必要がないため、ワイヤーボンディング工程の生産性を高めることができる。
【００３８】
なお、上記の実施形態では、図６（ａ）〜（ｆ）に示したように、クリーニングボンディングの工程で、キャピラリ５０をＹ軸の正の方向、Ｘ軸の正の方向、Ｙ軸の負の方向、Ｘ軸の負の方向の異なる４方向に移動させる（即ち、平面視で９０°ずつ異なる４方向に移動させる）場合について説明した。これは、図４に示したように、製品処理の工程では、キャピラリ５０が異なる４方向（即ち、第１のパッド電極２ａから第１のリード２３ａに向かう方向と、第２のパッド電極２ｂから第２のリード２３ｂに向かう方向と、第３のパッド電極２ｃから第３のリード２３ｃに向かう方向と、第４のパッド電極２ｄから第４のリード２３ｄに向かう方向）に移動することに対応させたものである。
【００３９】
即ち、製品処理時にキャピラリ５０を異なる４方向に移動させることで、その先端５２のほぼ全域にＡｕ等の金属が付着、残留する可能性があることに対応させたものである。上記の実施形態では、クリーニングボンディングの工程でも、キャピラリ５０を異なる４方向に移動させることによって、その先端５２のほぼ全域においてＡｕ等の金属を除去できるように工夫している。
しかしながら、本発明においてキャピラリ５０の移動の方向はこれに限定されることはない。クリーニングボンディングの工程では、例えば図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、キャピラリ５０を平面視で１２０°ずつ異なる３方向に移動させてもよい。このような方法であっても、キャピラリ５０を１方向又は２方向にのみ移動させる場合と比較すれば、その先端５２の広い範囲から残留金属を除去することが可能である。
【００４０】
（２）効果の検証
次に、本発明の効果を検証した結果について説明する。
（２．１）残存金属の有無について
図８（ａ）及び（ｂ）は、図１（ａ）のステップ（Ｓ）５のクリーニングボンディングを行う前後における、キャピラリ５０の先端５２の様子を示す写真図である。図８（ａ）に示すように、クリーニングボンディング処理を行う前は、キャピラリ５０の先端５２には残存金属が多く見られる。これに対して、図８（ｂ）に示すように、クリーニングボンディング処理を行ったあとのキャピラリ５０の先端５２では、残存金属がほとんど確認されなかった。以上から、本発明は、残存金属の除去に極めて有効であることがわかった。
【００４１】
（２．２）プル強度及びループ高さについて
図９は、プル強度の測定方法を示す概念図である。また、図１０は、クリーニングボンディングを導入する前のプル強度と素子処理数（即ち、製品処理を施した素子の数）との相関、及び、クリーニングボンディングを導入した後のプル強度と素子処理数との相関、をそれぞれ調査した結果を示す図である。図１０の横軸は素子処理数を示し、その縦軸はプル強度［ｇｆ］を示す。
【００４２】
図９に示すように、プル強度の測定は、１ｓｔボンドにより半導体チップ１のパッド電極２に接合されたワイヤー１１の一端と、２ｎｄボンドによりリード２３に接合されたワイヤー１１の他端との間にあるループの屈曲点近辺にフックＦを引っかけてプルテスターを用いて測定した。その結果、図１０に示すように、クリーニングボンディングを導入する前は素子処理数が増加するに従ってプル強度が低下してしまう傾向があったが、クリーニングボンディングを導入した後は素子処理数が増加してもプル強度は低下しない、ということが確認された。以上から、本発明は、プル強度の安定に極めて効果があることがわかった。また、本発明では、素子処理数の増加に関係なくプル強度が一定であることから、薬液処理と同一レベルの洗浄効果が得られる、ということもわかった。
【００４３】
図１１は、残留金属が無い場合と有る場合とに分けて、プル強度の平均値と、ループ高さのバラツキとを調査した結果を示す表である。この調査のサンプル数Ｎは１２である。また、ループ高さのバラツキは標準偏差の３倍の値（３＊Ｓｔｄ）で示している。図１１に示すように、残留金属が無い場合は、残留金属が有る場合と比べて、プル強度が大きくなり、ループ高さのばらつきが小さくなることが確認された。
【符号の説明】
【００４４】
１ 半導体チップ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ パッド電極
１１、１１ａ、１１ｂ、 １１ｃ、１１ｄ ワイヤー
１３ 圧着ボール
１５ ボールネック
２０ リードフレーム
２１ 単位パターン
２２ ダイパッド
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ リード
５０ キャピラリ
５１ 内部
５２ 先端
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ （先端の一）部分
Ｆ フック
Ｒ１ 製品領域
Ｒ２ ダミー領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が有する第１の領域とリードフレームが有する第２の領域とを、キャピラリから繰り出されるワイヤーで接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤーの一端の側に形成されたボールを前記第１の領域に接合させて圧着ボールとボールネックとを形成し、前記キャピラリの先端で前記ボールネックに前記ワイヤーを押しつける第１のボンディング工程と、
前記キャピラリを前記第１の領域上から前記第２の領域上へ移動させて、前記ワイヤーの他端の側を前記第２の領域に接合する第２のボンディング工程と、
前記第１のボンディング工程と前記第２のボンディング工程とが当該順で複数回、繰り返し行われた後で、前記キャピラリを前記リードフレームが有する第３の領域上へ移動させて、前記ワイヤーを前記第３の領域に接合するクリーニングボンディング工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記クリーニングボンディング工程は、
前記キャピラリから繰り出される前記ワイヤーの一端の側に形成されたダミーボールを前記第３の領域のうちの一方の領域に接合させてダミー圧着ボールを形成する第１のダミーボンディング工程と、
前記キャピラリを前記一方の領域上から前記第３の領域のうちの他方の領域上へ移動させて、前記ワイヤーの他端の側を前記他方の領域に接合する第２のダミーボンディング工程と、を含み、
前記第２のダミーボンディング工程におけるボンディング条件のうち、前記キャピラリに付加される超音波及び加重の各パラメータは、
前記第２のボンディング工程におけるボンディング条件よりも高い数値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記クリーニングボンディング工程では、
前記第１のダミーボンディング工程と前記第２のダミーボンディング工程とを当該順で複数回、繰り返し行うと共に、当該複数回の各回で、前記第２のダミーボンディング工程における前記一方の領域上から前記他方の領域上への前記キャピラリの移動の方向を異ならせることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体素子が有する第１の領域とリードフレームが有する第２の領域とを、キャピラリから繰り出されるワイヤーで接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤーの一端の側に形成されたボールを前記第１の領域に接合させて圧着ボールとボールネックとを形成し、前記キャピラリの先端で前記ボールネックに前記ワイヤーを押しつける第１のボンディング工程と、
前記キャピラリを前記第１の領域上から前記第２の領域上へ移動させて、前記ワイヤーの他端の側を前記第２の領域に接合する第２のボンディング工程と、
前記第１のボンディング工程と前記第２のボンディング工程とが当該順で複数回、繰り返し行われた後で、前記キャピラリを前記リードフレームが有する第３の領域上へ移動させて、前記ワイヤーを前記第３の領域に接合するクリーニングボンディング工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記クリーニングボンディング工程は、
前記キャピラリから繰り出される前記ワイヤーの一端の側に形成されたダミーボールを前記第３の領域のうちの一方の領域に接合させてダミー圧着ボールを形成する第１のダミーボンディング工程と、
前記キャピラリを前記一方の領域上から前記第３の領域のうちの他方の領域上へ移動させて、前記ワイヤーの他端の側を前記他方の領域に接合する第２のダミーボンディング工程と、を含み、
前記第２のダミーボンディング工程におけるボンディング条件のうち、前記キャピラリに付加される超音波及び加重の各パラメータは、
前記第２のボンディング工程におけるボンディング条件よりも高い数値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記クリーニングボンディング工程では、
前記第１のダミーボンディング工程と前記第２のダミーボンディング工程とを当該順で複数回、繰り返し行うと共に、当該複数回の各回で、前記第２のダミーボンディング工程における前記一方の領域上から前記他方の領域上への前記キャピラリの移動の方向を異ならせることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９９５５６（Ｐ２０１２−９９５５６Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３９５７（Ｐ２０１０−２４３９５７）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]