JP2007214337A - ワイヤボンディング方法および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長い配線距離を低いループ高さで接続するボンディングワイヤが、第２ボンド点で圧着を行なう時にチップ角に触れることなく、かつ、チップと第２ボンド点の間の距離ができる限り短くなるように形成することを可能とする。
【解決手段】 キャピラリが最高点に達した時に、ボンディングワイヤが、第１ボンド点から第２ボンド点に向かう折れ曲がり癖を有し、かつ、折れ曲がり癖のある部分（Ｃ）の上方で第２ボンド点に向かって凸で曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである反り（Ｄ）を有し、ループ形成後にチップ角の上方に位置することになる部分に、第２ボンド点に向かい折れ曲がり角が１５度以上である折れ曲がり部分（Ｅ）を有するように、キャピラリを移動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置において、長い配線距離を低いループ高さで接続するワイヤボンディング方法、および、この方法を用いて得られる半導体装置に関する。

半導体装置の組立工程における、第１ボンド点と第２ボンド点との間をボンディングワイヤで接続するワイヤボンディング方法は、キャピラリを用いて、第１ボンド点でワイヤの先端を圧着させ、キャピラリを開状態にして引き上げることによりワイヤを所定長さ繰り出し、その後、キャピラリのクランプを閉じて、キャピラリを第２ボンド点方向に移動させ、ワイヤを第２ボンド点に接続させている。

このような方法として、例えば、特公平５−６０６５７号公報、特開平４−３１８９４３号公報に開示されているように、ループ形状を３角形にする方法がある。ループ形状を３角形にするワイヤボンディング方法では、ループ高さを制御するために、第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着させる工程の後、キャピラリを少し上昇させ、キャピラリを第２ボンド点と反対の方向に移動させるリバース動作を行うことが特徴である。かかるリバース動作により、ワイヤに曲がり癖を付与し、該曲がり癖の部分を中心にワイヤを曲げることにより、該部分を頂点とする３角形のループ形状を得ている。

ループ形状を３角形にするワイヤボンディング方法の改良として、特開平７−１７６５５８号公報に開示されているように、２回のリバース動作を行うことにより、ループ形状を台形にするワイヤボンディング方法が実施されている。この方法における２回目のリバース動作は、ループ形成後にチップ角に位置することになるボンディングワイヤの特定部分に曲がり癖を付与して、ボンディングワイヤとチップ角との接触を防止するために行われる。

しかし、この方法では、キャピラリが第１ボンド点から離れた高い位置で、２回目のリバース動作を行うので、曲がり癖が十分に付与されず、安定したループ形状が得られないという欠点がある。

この欠点を解消するために、特開平１０−１８９６４１号公報および２０００−１１４３０４号公報には、台形のループ形状の上辺部分に、下方への窪み部を形成するワイヤボンディング方法が記載されており、この方法により得られるループ形状はＭ型ループと呼ばれている。

Ｍ型ループを形成するワイヤボンディング方法では、配線距離が約３ｍｍ以下であれば、ループ高さが約２００μｍ以下となるループ形状を形成するのに有効である。しかし、最近では、超高密度集積回路チップに多数の配線が必要となり、複数のループを重ねるように形成する多段ループが採用されているため、さらに長い配線距離と、さらに低いループ高さが要求されている。このような要求には、従来のＭ型ループを形成するワイヤボンディング方法では、対応できていない。

例えば、従来の方法に基づいて、３角形や台形のループ形状で、配線距離が３ｍｍを超え、かつ、ループ高さが約１００μｍ以下であるループを形成する場合、第１ボンド点から最初に位置する折れ曲がり部分を低くするため、最初のリバース動作の高さとキャピラリ移動距離を調節するとともに、配線距離を長くするため、ボンディングワイヤを長く繰り出して、ワイヤボンディングを実施することが考えられる。この場合、図１０（ａ）に示すように、ループの中央部分が概略山のように持ち上がり、ループ高さを約１００μｍ以下にすることが困難となる。

また、従来の方法に基づいて、Ｍ型ループを形成する場合も、Ｍ型のループの中央部分に窪みがあるため、図１０（ｂ）に示すように、折れ曲がり部分が概略山のように持ち上がり、２つ山を持つループ形状を呈する。この場合も、同様に、ループ高さを約１００μｍ以下にすることが困難となる。

ループの中央部分が概略山のように持ち上がることを防止し、ループをほぼ水平に保つように工夫した場合でも、第１ボンド点の直上で、ループが垂直から水平に移行する折れ曲がり部分の位置が最高点となり、例えば、直径が２５μｍの金線からなるボンディングワイヤの場合には、ループ高さを８０μｍ以下にすることは困難である。これは、第１ボンド点の直上のネック部にダメージを与えないで折り曲げるためには、一定の曲率が必要であり、従来のループ形状においては、第１ボンド点の付け根付近が垂直であり、最高点である折れ曲がり部分の高さを一定以下には低くできないことにある。

従って、第１ボンド点の付け根付近を第２ボンド点に向けて傾ければ、最高点である折れ曲がり部分の高さを、さらに低くすることが可能であり、そのための方法としては、例えば、ワイヤ繰り出し長さをやや短くすることで、第２ボンド点の圧着時にワイヤを引っ張ることが考えられる。しかし、この方法では、第１ボンド点の直上のネック部が強く曲げられることになり、曲げられた部分に大きな応力が発生する結果、ネック部にひび割れまたは断線等のダメージを与える結果になるという問題がある。

これに対して、特開２００５−３９１９２号では、第１ボンド点での圧着後、キャピラリを少し上昇させ、続いて第２ボンドの方向に移動させ、その後、上昇量よりも少ない量だけ下降させた後に、キャピラリを上昇させてワイヤを繰り出し、リバース動作を行う方法により、第１ボンド点から円弧状に伸びる円弧部と、該円弧部から伸びる水平部と、該水平部から第２ボンド点に伸びる傾斜部とからなり、それぞれの接続部に屈折部が形成されているループ形状が開示されている。

しかし、この技術を用いて、長い配線距離を低いループ高さで接続するボンディングワイヤを、第２ボンド点で圧着を行なう時にチップ角に触れることなく、かつ、チップと第２ボンド点の間の距離ができる限り短くなるように形成しようとすると、キャピラリの軌跡の調整が困難となる。また、第１ボンド点の直上のネック部にダメージを与えないで円弧状に伸びた円弧部を形成しようとすると、円弧部には一定の曲率が必要であるため、ループ高さを８０μｍ以下にすることが困難となる。

特公平５−６０６５７号公報

特開平４−３１８９４３号公報

特開平７−１７６５５８号公報

特開平１０−１８９６４１号公報

特開２００５−３９１９２号公報

特開２０００−１１４３０４号公報

本発明の目的は、例えば、配線距離が３ｍｍを超え、ループ高さが約１００μｍ以下であるように、長い配線距離を低いループ高さで接続するボンディングワイヤが、第２ボンド点で圧着を行なう時にチップ角に触れることなく、かつ、チップと第２ボンド点の間の距離ができる限り短くなるように形成することを可能とするワイヤボンディング方法を提供する。

さらに、配線距離が３ｍｍを超え、チップ面からの高さが約８０μｍ以下であるように、長い配線距離をさらに低いループ高さで接続するボンディングワイヤを、第１ボンド点のネック部に、ひび割れまたは断線等の致命的なダメージを与えることなく形成することを可能とするワイヤボンディング方法を提供する。

本発明者は、前述のように、概略山のようにループの中央部分が持ち上がる問題の原因を追究した結果、主な原因が２つあることを突き止めた。

第１の主な原因は、通常のリバース動作では、第１ボンド点から上方の低い位置で強く折り曲げることは難しいため、曲げ角度が大きくなり、そのため、図１０（ａ）に示すように、ボンディングワイヤが第２ボンド点に向かい上方へ持ち上がることである。

第２の主な原因は、チップ角に当たる点に折れ曲がり癖をつけるための最後のリバース動作において、ボンディングワイヤの繰り出し長さが長いほど、キャピラリが第１ボンド点から離れた高い位置でリバース動作を行う結果、折れ曲がり癖が不十分となるため、ボンディングワイヤがチップ角に触れ、チップ角が支点となって、第２ボンド点で圧着を行なう時に、図１０（ｂ）に示すように、チップ角の上で第１ボンド点に向いて上方へボンディングワイヤが持ち上がることである。

従って、図１０（ａ）に示すように、第１ボンド点の上方の折れ曲がり点からボンディングワイヤが第２ボンド点に向かい上方へ持ち上がるという第１の主な原因を防止することと、ボンディングワイヤがチップ角に触れ、図１０（ｂ）に示すように、チップ角の上方でボンディングワイヤが第１ボンド点に向いて上方へ持ち上がるという第２の主な原因を防止することとを、鋭意検討して、本発明を完成させた。

本発明のワイヤボンディング方法の一態様は、第１ボンド点と第２ボンド点を接続するワイヤボンディング方法に係り、キャピラリを第１ボンド点から最高点まで移動させるに際し、ボンディングワイヤに、第１ボンド点近傍において、第１ボンド点から第２ボンド点に向かう折れ曲がり癖を付与し、折れ曲がり癖が付与された部分の上方に、第２ボンド点に向かって凸で曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである反りを形成し、ループ形成後にチップ角の上方に位置する部分に、第２ボンド点に向かい折れ曲がり角が１５°以上である折れ曲がり部を形成する。

すなわち、キャピラリが最高点に達した時に、ボンディングワイヤは、第１ボンド点近傍に、第１ボンド点から第２ボンド点に向かう折れ曲がり癖を有し、かつ、折れ曲がり癖のある部分の上方に、第２ボンド点に向かって凸で曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである反りを有し、さらに、ループ形成後にチップ角の上方に位置する部分に、第２ボンド点に向かい折れ曲がり角が１５°以上である折れ曲がり部分を有する形状をとる。

かかる形状を付与するためには、直径が１５μｍ〜３０μｍである金線からなるボンディングワイヤを用いる場合、第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリをわずかに上昇させ、キャピラリを第２ボンド点と反対の方向に移動させる第１のリバース動作を行い、次に、キャピラリをわずかに上昇させ、キャピラリを、仰角が４５°〜７０°で、移動距離が０．２ｍｍ以上となるように、斜め上方に移動させ、さらに、キャピラリを上昇させて、ループ形成後にチップ角の上方に位置する点までボンディングワイヤを繰り出した後、キャピラリを第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、好ましくは、該円弧の中心角が２５°以上となるように、第２ボンド点と反対方向に移動させる第２のリバース動作を行う。その後、所定の軌跡を描いて第２ボンド点までキャピラリを移動させることにより、ループの形成を完了させる。

本発明のワイヤボンディング方法の異なる態様では、キャピラリを第１ボンド点から移動させるに際し、ボンディングワイヤの第１ボンド点の付け根部分に、第２ボンド点に向いて傾いている形状を形成し、その後の工程においても、この傾きを維持する。

なお、その後の工程において、ループ形成後にチップ角の上方に位置する点に、第２ボンド点に向いて折れ曲がり角が１５°以上の折れ曲がり部分を形成する。

かかる形状を付与するためには、直径が１５μｍ〜３０μｍである金線からなるボンディングワイヤを用いる場合、第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリをわずかに上昇させ、キャピラリを第２ボンド点の方向に水平移動させ、次に、キャピラリを上昇させる。

その後、ループ形成後にチップ角の上方に位置する点までキャピラリを上昇させて、ボンディングワイヤを繰り出し、その後、キャピラリを第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、第２ボンド点と反対方向に移動させるリバース動作を行う。なお、この折れ曲がり角を形成する工程については、最初の態様の工程を経るようにしてもよい。その後、所定の軌跡を描いて第２ボンド点までキャピラリを移動させ、ループの形成を完了させる。

本発明の半導体装置は、前記のいずれかのワイヤボンディング方法により、ボンディングワイヤのループが形成されるため、第１ボンド点と第２ボンド点の距離が３ｍｍ以上ある場合であっても、ループ高さを１００μｍ以下、好ましくは、８０μｍ以下とすることができ、かつ、チップと第２ボンド点間の距離を短く抑えることができる。

本発明により、配線距離が３ｍｍを超えても、チップからの高さが約８０μｍないしは約１００μｍという極めて低いループ高さのループ形状で良好なワイヤボンディングが可能となり、これを用いて第１ボンド点と第２ボンド点とをワイヤループで接続することにより、優れた半導体装置が提供される。

本発明のワイヤボンディング方法の一態様について、図１〜図５を用いて、具体的に説明する。

図１は、本発明のワイヤボンディング方法の一実施例において、キャピラリが最高点に達した時のボンディングワイヤを示した側面図および拡大図である。

図１に示すように、キャピラリが最高点に達した状態におけるボンディングワイヤは、第１ボンド点の直上で、第１ボンド点から第２ボンド点に向かう折れ曲がり癖を有し、かつ、折れ曲がり癖のある部分（Ｃ）の上方で第２ボンド点に向かって凸で曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである反り（Ｄ）を有し、ループ形成後にチップ角の上方に位置することになる部分に、第２ボンド点に向かい折れ曲がり角が１５度以上である折れ曲がり部分（Ｅ）を有する。

瞬間的なボンディングワイヤの形状は、工程を高速ビデオで撮影して得られた画像から解析することで特定される。本発明では、キャピラリが最高点に達した時に、ボンディングワイヤの形状が塑性変形のみの形状を示しているとみなせることから、この時のボンディングワイヤの形状について、次の２つの特徴を有するといえる。

第１の特徴は、第１ボンド点から第２ボンド点に向かう折れ曲がり癖を有し、かつ、曲がり癖のある部分（Ｃ）の上方で第２ボンド点に向かって凸で曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである塑性変形による反り（Ｄ）を有する。曲率半径は、反り癖の強さを示す。

曲率半径が０．５ｍｍ未満では、形成したループがチップに接触してしまう不具合が生じる。曲率半径が３．０ｍｍを超えると、反り癖の強さが不十分で、良好なループ形状が得られない。

実現のための手段として、第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリを開状態にして、キャピラリを少し上昇させ、次に、キャピラリを第２ボンド点と反対の方向に移動させるリバース動作を行い、その後、キャピラリを少し上昇させ、さらに、キャピラリを第２ボンド点の側に、適切な斜め上方への角度と距離だけ移動させる。

従来から、最初のリバース動作の後に、キャピラリを斜め上方の位置まで移動させることは行なわれていたが、その目的は、２回目のリバース動作により得られる効果を高めるためであり、ワイヤに何らかの特性を付与することを目的とするものではなかった。従って、このような移動を行う際の、キャピラリの移動方向と移動距離は、特定する必要がなく、いずれの公知文献にも記載がない。

しかし、本発明においては、キャピラリを斜め上方の位置まで移動させる手段により、ボンディングワイヤに特性を付与することを特徴とし、キャピラリの移動過程の詳細が重要であり、特に、適切な移動方向と移動距離を与えることが重要となる。キャピラリの斜め上方への適切な移動方向と移動距離は、例えば、ワイヤ径１５ｍｍ〜３０ｍｍで純金に近い材料特性の場合、仰角を４５°〜７０°とし、移動距離を０．２ｍｍ以上となるように調整する。

第２の特徴は、ループ形成後にチップ角の上方に位置することになる部分に、第２ボンド点に向かい折れ曲がり角が１５°以上である折れ曲がり部分を有する。折れ曲がり角が１５°未満では、、角度が小さくなるにつれて、チップ角から第２ボンド点までの距離が長くなり、半導体装置の小型化の要求が満足できなくなる。

実現のための手段として、前述の斜め上方へのキャピラリの移動に続いて、さらに所定の軌跡を描いてキャピラリを上昇させ、ループ形成後にチップ角の上方に位置することになる部分が表れるまで、ボンディングワイヤを繰り出した後、第１ボンド点付近を中心とする円弧を描いて、第２ボンド点と反対方向に移動する２回目のリバース動作を行わせる。２回目のリバース動作に必要な移動距離は、例えば、ワイヤ径１５ｍｍ〜３０ｍｍで純金に近い金線からなるボンディングワイヤの場合、折れ曲がり角を１５°以上とするためには、第１ボンド点付近を中心とする円弧の円周角にして２５°以上、望ましくは、３５°以上とすることが必要である。

本発明は、具体的なキャピラリの軌跡によっても特定することができる。

図２は、それぞれ、本発明の一実施例における、（ａ）第１ボンド点から第２ボンド点までのキャピラリの軌跡を示す図、（ｂ）キャピラリの初期動作における軌跡を示す拡大図、（ｃ）これらの軌跡の原点となる初期位置を示す拡大図である。

図２に示す具体的な軌跡は、直径が２５μｍである金線からなるボンディングワイヤを用いて、ループ高さが１００μｍ以下であり、第１ボンド点と第２ボンド点との間隔が５．６ｍｍであるループを形成する場合における、キャピラリ先端開口の中心の軌跡である。すなわち、軌跡の原点は、図２（ｃ）に示すように、第１ボンド点にボンディングワイヤの先端が圧着された時におけるキャピラリ先端開口の中心としている。

キャピラリの移動は、以下のように、工程１〜工程９に分けることができる。

［工程１］ 第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリをわずかに上昇させる。図示の例では約４０μｍ上昇させている。

［工程２］ キャピラリを第２ボンド点と反対の方向に移動させるリバース動作を行う。図示の例では約１０μｍ移動させている。

［工程３］ キャピラリをわずかに上昇させる。図示の例では約３０μｍ上昇させている。

［工程４］ キャピラリを、第２ボンド点の方向に、仰角が４５°〜７０°となるように、斜め上方に移動させる。図示の例では、水平方向の移動距離が約０．６ｍｍであり、高さが約１ｍｍである。斜め上方の移動における仰角は約５９°となる。工程４の終了時のボンディングワイヤの形状を図３に示す。

［工程５］ ループ形成後にチップ角の上方に位置することになる点まで、キャピラリがボンディングワイヤを繰り出すように、キャピラリを開状態で上昇させる。図示の例では約３．２ｍｍ上昇させている。工程５の終了時のボンディングワイヤの形状を図３に示す。

［工程６］ 第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、第２ボンド点と反対側に、円弧の円周角が２５°以上となるよう、キャピラリにリバース動作を行わせる。図示の例では円弧の中心角が約５０°のリバース動作となっている。工程６の終了時のボンディングワイヤの形状を図３に示す。

［工程７］ キャピラリを、第２ボンド点の側に斜め上方に上昇させる。工程７の終了時のボンディングワイヤの形状を図３に示す。

［工程８］ キャピラリを、開状態のまま、第１ボンド点の真上に移動させる。工程８の終了時のボンディングワイヤの形状を図３に示す。

［工程９］ キャピラリを、第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、第１ボンド点の真上から第２ボンド点まで移動させ、ボンディングワイヤを第２ボンド点に圧着する。工程９の途中および終了時のボンディングワイヤの形状を図３に示す。

本発明において、特に重要な工程は、工程４と工程６である。

工程４では、キャピラリ先端の開口縁部が、ボンディングワイヤを斜めにしごきながら移動する。すなわち、キャピラリの開口縁部がボンディングワイヤの側面を一方向に加圧しながら滑っていくため、下側が凸となる反り（Ｄ）が発生する。この反り（Ｄ）の効果により、形成後のループ形状において、第１ボンド点の上方からボンディングワイヤが、第２ボンド点での圧着により持ち上がる従来の現象を防止することができる。

なお、工程４において、ボンディングワイヤの側面を１方向に加圧して得られる効果は、ボンディングワイヤの弾性に基づくので、第１ボンド点から離れるほど弱くなるため、工程４の水平方向の移動距離を余り長くしても、効果が多く得られることはない。また、反り（Ｄ）の強さは、キャピラリの移動する際の仰角に依存するが、仰角を小さくとることで反りが強くなりすぎても、ボンディングワイヤがチップ面に接触することになり、不都合である。工程４の適切な移動方向と移動距離は、例えば、ワイヤ径１５ｍｍ〜３０ｍｍで純金に近い材料特性の場合、仰角が４５°〜７０°であり、移動距離が０．２ｍｍ以上となるように、調整すればよい。仰角が４５°未満となり、小さすぎると、第１ボンド点の上方の反りが強くなりすぎ、第１ボンド点の上方から第２ボンド点に向かうボンディングワイヤの部分で、ボンディングワイヤがチップ面に触れてしまうおそれがある。また、仰角が７０°を超え、大きすぎると、第１ボンド点の上方に反りを生じさせる効果が小さくなりすぎる。移動距離が０．２ｍｍ未満となり、小さすぎると、第１ボンド点の上方に反りが生じる部分の長さが短すぎて、得られるループのループ形状において、第１ボンド点の上方から第２ボンド点に向かう部分で盛り上がる従来の問題を解決することができない。移動距離が長ければ、このような盛り上がりを防止する効果に問題はなく、移動距離の上限は、ループ形状に与えられた条件で決めればよい。

工程６では、キャピラリ先端の開口縁部が常にボンディングワイヤの１点を加圧するため、強い折り曲げ癖（Ｅ）をつけることができ、その結果、第２ボンド点における圧着時に、チップ角の上から第１ボンド点に向かって、ボンディングワイヤが持ち上がることを防止することができる。

なお、工程６において、第１ボンド点付近が中心の円弧に沿って第２ボンド点と反対側に約５０°進むというリバース動作の移動距離は、ボンディングワイヤが細くなるほど、かつ、第１ボンド点と第２ボンド点との間隔が長くなるほど、癖付けが弱くなるので、所定のワイヤ折れ曲がり角度を得るために、長くしなければならない。例えば、ボンディングワイヤの直径が１５ｍｍ〜３０ｍｍで、純金に近い材料特性の場合、１５°以上のワイヤ折れ曲がり角度を得るために、リバース動作の移動距離は、第１ボンド点付近を中心とする円弧の円周角（リバースモーション回転角）にして２５°以上、望ましくは３５°以上が必要である。円弧を描くリバース動作の移動距離が必要以上に長いと、ワイヤボンディングに時間を要するばかりでなく、ネック部への負担が大きくなり、不都合である。従って、移動距離は、円弧の円周角にして７０°以内が望ましい。

工程４は、本発明の主旨の範囲内において、変更することが可能である。直線の移動に変えて、図４（ａ）に示すように下向きに凸な曲線の移動であってもよい。しかし、図４（ｂ）に示すように上向きに凸で、概略円弧であり、特に、最初にほぼ垂直に上昇させると、反りが生成しがたいため、不都合である。また、図４（ｃ）に示すように、工程３を省略する初期動作としてもよく、一方、工程３の後に、図４（ｄ）または図４（ｅ）に示すように、第２ボンド点の方向に水平またはやや下方に移動する工程を設けてもよい。さらに、図４（ｆ）に示すように、工程５で真上に上昇させる前に、Ｍ型ループ形成過程に見られるような、第２ボンド点の方向への水平移動動作を加えてもよい。この場合、形成されたループにおいて、図５に示すように、水平部中間にＭ型ループと同様の窪みができる。さらに、工程７、工程８、工程９は、本発明の主旨の範囲内において、種々の変更が可能であり、例えば、工程７と工程８において、図４（ｇ）に示すように、概略円弧を描くようにキャピラリを移動させてもよく、また、図４（ｈ）に示すように、工程７の終了時において、キャピラリが最高点に達するようにしてもよい。ただし、ボンディングワイヤの繰り出し長さと第１ボンド点と第２ボンド点との間隔を釣り合わせるため、クランプする位置を調整するか、軌跡の縦横比を変化させる必要がある。

本発明のワイヤボンディング方法の異なる態様について、図６〜図８を用いて、具体的に説明する。

図６は、それぞれ、本発明の異なる一実施例における、（ａ）第１ボンド点から第２ボンド点までのキャピラリの軌跡を示す、（ｂ）キャピラリの初期動作における軌跡を示す拡大図である。

図６を用いて、まず、本発明のワイヤボンディングの異なる態様について、具体的なキャピラリの軌跡に基づいて説明する。図６に示す具体的な軌跡は、直径が２５μｍである金線からなるボンディングワイヤを用いて、高さが８０μｍ以下であり、第１ボンド点と第２ボンド点との間隔が５．６ｍｍであるループを形成する場合における、キャピラリ先端開口の中心の軌跡である。すなわち、軌跡の原点は、第１ボンド点にボンディングワイヤの先端が圧着された時におけるキャピラリ先端開口の中心としている（図２（ｃ）参照）。

キャピラリの移動は、以下のように、工程１〜工程９に分けることができる。

［工程１］ 第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリをわずかに上昇させる。図示の例では約４０μｍ上昇させている。

［工程２］ キャピラリを、第２ボンド点の方向に、水平移動させる。図示の例では約２０μｍ移動させている。

［工程３］ キャピラリを上昇させる。図示の例では約０．５ｍｍ上昇させている。

［工程４］ キャピラリを、第２ボンド点の方向に、水平移動させる。図示の例では約０．１５ｍｍ移動させている。

［工程５］ キャピラリを、上方に垂直移動させる。図示の例では約３．７ｍｍ上昇させている。

［工程６］ 第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、第２ボンド点と反対側に、円弧の円周角が約４５°となるようにキャピラリを移動させるリバース動作を行う。

［工程７］ キャピラリを、上方に垂直移動させる。図示の例では、約４．４ｍｍの高さまで上昇させている。この点が最高点となる。

［工程８］ キャピラリを、概略放物線を描くようにして、第２ボンド点まで移動させる。

［工程９］ ボンディングワイヤを第２ボンド点に圧着させる。

軌跡の最高点、すなわち工程７の終点におけるボンディングワイヤの形状は、図７に示すように、第１ボンド点の付け根近く（Ｃ）が、第２ボンド点の方向に傾いている。また、最終的に形成されたループの形状を図８に示す。図８に示されるように、第１ボンド点の付け根近く（Ｄ）で上記傾きが保持されているため、チップ面からの高さが７０μｍ以下のループが形成される。非線形構造解析によるワイヤボンディングのシミュレーションによれば、この態様のおけるネック部に生じる応力は、最大でも破断応力以下となる。

本実施形態において重要な工程は、工程２である。工程２において、第１ボンド点の付け根近くを、水平方向に加圧する操作が行われる。そのため、付け根付近のボンディングワイヤは、塑性変形し、第２ボンド点の方向に斜めに傾く。かかる傾きがその後の工程においてループ形成時まで保持されるため、ネック部に亀裂が生じたり破断することなく、第１ボンド点の付け根近くを第２ボンド点の方向に斜めに傾けたループ形状の形成が可能となる。従って、第１ボンド点の不良を生じることなく、ネック高さを抑えることができる。

このように、第１ボンド点の付け根近くを水平方向に加圧しながら、キャピラリを移動させる操作であれば、図６に示したキャピラリの軌跡とは異なった軌跡でもよく、例えば、第１ボンド点へボンディングワイヤの先端が圧着されてから、キャピラリを垂直に上昇させる工程１と、第２ボンド点の方向へ水平移動させる工程２とを同時に行う移動、すなわち斜め上方への移動となるように変更してもよい。

一方、工程３以後は、形成されたループの中央が概略山のように持ち上がる従来の問題点を防止する手段の１つである。工程３および工程４により、第１ボンド点の近くが、図１０（ａ）のように、第２ボンド点に向かい上方へ持ち上がることを防止している。また、工程６により、チップ角の上のワイヤの部分に強い折れ曲がり癖をつけることで、図１０（ｂ）のように、チップ角の上から第１ボンド点に向かい上方へボンディングワイヤが持ち上がることを防止している。このように、ループの中央が概略山のように持ち上がることを防止する工程であれば、キャピラリを、他の軌跡を描くように、移動させてもよい。

また、本実施形態の工程１と工程２に続いて、前述の実施形態の工程４から工程９までを、順次経るようにして、ボンディングワイヤを第２ボンド点に圧着させるように、詳述した２つの実施態様を組み合わせた方法を用いてループを形成することも有効である。

（実施例１）
線径が１５μｍであり、純金に近い金線からなるボンディングワイヤを使用して、以下に示す工程１から工程９を行い、配線長５．６ｍｍ、チップと第２ボンド点との間の距離が約１０００μｍ、ループ高さが８０μｍ〜１００μｍであるループを得た。工程４から工程９におけるボンディングワイヤの形状は、図３に示したようになった。

［工程１］ 第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、約４０μｍ、キャピラリを上昇させた。

［工程２］ キャピラリを、第２ボンド点と反対の方向に、１０μｍ移動させるリバース動作を行った。

［工程３］ キャピラリを、３０μｍ上昇させた。

［工程４］ キャピラリを、第２ボンド点の方向に、表１に示した移動距離および仰角をパラメータとする３０通りのいずれかの条件に従うように、移動させた。

［工程５］ ループ形成後にチップ角の上方に位置することになる点まで、ボンディングワイヤを繰り出しつつ、キャピラリを、３．２ｍｍ上昇させた。

［工程６］ 第１ボンド点付近を中心とするの円弧に沿って、第２ボンド点と反対側に該円弧の中心角が約５０°となるようにキャピラリを移動させるリバース動作を行った。

［工程７］ キャピラリを、第２ボンド点の側に斜め上方に上昇させた。

［工程８］ キャピラリを、第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、第１ボンド点の真上まで移動させた。この点がキャパピラリの軌跡の最高点であった。

［工程９］ キャピラリに、工程８の円弧状の移動を続けさせて、第２ボンド点まで移動させ、その後、ボンディングワイヤを第２ボンド点に圧着させた。

キャピラリが最高点に達した時の形状における第１ボンド点の上方の反りの曲率半径を測定すると共に、得られたループのループ形状により、総合評価を行なった。評価は、好ましいループ形状（ワイヤがチップに触れず、かつ、ループ高さが１００μｍを大きく超えない形状）であれば「○」、それ以外を「△」とした。評価結果を、表１に示す。

（実施例２）
線径を２０μｍとして、工程４の条件を表２に示したようにした以外は、実施例１と同様に、ループを得て、評価を行った。評価結果を、表２に示す。

（実施例３）
線径を３０μｍとして、工程４の条件を表３に示したようにした以外は、実施例１と同様に、ループを得て、評価を行った。評価結果を、表３に示す。

（実施例４）
工程４における、キャピラリの移動条件を、第２ボンド点の方向に、水平距離を約０．６ｍｍ、高さを１ｍｍ（仰角約６０°）とし、工程６における、キャピラリが、第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って第２ボンド点と反対側に移動する場合の、円弧の中心角（リバースモーション回転角）を種々変化させたほかは、実施例１と同様に、ループを得た。

評価は、生じるワイヤの折れ曲がり癖の強さの変化を示すワイヤ折れ曲がり角度（１５°以上）と、工程６におけるリバースモーション回転角の関係を測定した。測定結果を、図９に示す。

（実施例５）
線径を２０μｍとした以外は、実施例４と同様に、ループを得て、評価を行った。測定結果を、図９に示す。

（実施例６）
線径を３０μｍとした以外は、実施例４と同様に、ループを得て、評価を行った。測定結果を、図９に示す。

実施例４〜６の場合には、図９より明らかなように、リバースモーション回転角を２５°以上とすれば、線形が３０μｍの場合には、１５°以上のワイヤ折れ曲がり角度を得られ、リバースモーション回転角を３５°以上とすれば、線径が１５μｍの場合でも、１５°以上のワイヤ折れ曲がり角度が得られることが理解される。

（実施例７）
線径が２５μｍであり、純金に近い金線からなるボンディングワイヤを使用して、以下に示す工程１から工程９を行い、配線長５．６ｍｍ、チップと第２ボンド点との間の距離が約１０００μｍである半導体装置を作製した。

［工程１］ 第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリを約４０μｍ上昇させた。

［工程２］ キャピラリを、第２ボンド点の方向に、約２０μｍ、水平移動させた。

［工程３］ キャピラリを、約０．５ｍｍ上昇させた。

［工程４］ キャピラリを、第２ボンド点の方向に、約０．１５ｍｍ水平移動させた。

［工程５］ キャピラリを、約３．７ｍｍ垂直上昇させた。

［工程６］ 第１ボンド点付近が中心となる円弧に沿って、第２ボンド点と反対側に約５５°キャピラリを移動させるリバース動作を行った。

［工程７］ キャピラリを、約４．４ｍｍの高さまで垂直上昇させた。この点がキャピラリの軌跡の最高点であったる。

［工程８］ キャピラリを、概略放物線を描くように、第２ボンド点まで移動させた。

［工程９］ ボンディングワイヤを第２ボンド点で圧着させた。

その結果、キャピラリの軌跡は、図６に示すとおりとなり、チップに対するループ高さが７５μｍであるループが得られた。

（実施例８）
線径が２５μｍであり、純金に近い金線からなるボンディングワイヤを使用して、以下に示す工程１から工程８を行い、配線長５ｍｍ、チップと第２ボンド点との間の距離が約１０００μｍである半導体装置を作製した。

［工程１］ 第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリを約４０μｍ上昇させた。

［工程２］ キャピラリを、第２ボンド点の方向に、約２０μｍ水平移動させた。

［工程３］ キャピラリを、第２ボンド点の方向に、水平距離約０．８ｍｍ、高さ約１．５ｍｍ、移動させた。斜め上方への移動における仰角は約６２°であった。

［工程４］ ループ形成後にチップ角の上方に位置することになる点までキャピラリを、ボンディングワイヤを繰り出しながら、１．５ｍｍ上昇させた。

［工程６］ 第１ボンド点付近が中心となる円弧に沿って、第２ボンド点と反対側に約５５°キャピラリを移動させるリバース動作を行った。

［工程６］ キャピラリを、第２ボンド点の側に斜め上方へ移動させた。

［工程７］ キャピラリを第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、第２ボンド点側にに、第１ボンド点の真上まで移動させた。

［工程８］ キャピラリを、工程７の円弧状の移動を続けて、第２ボンド点まで移動させ、ボンディングワイヤを第２ボンド点に圧着した。

以上により、チップに対するループ高さが７０μｍであるループが得られた。

本発明のワイヤボンディング方法の一実施例において、キャピラリが最高点に達した時のボンディングワイヤを示した側面図および拡大図である。 本発明の一実施例における、（ａ）キャピラリの軌跡の図、（ｂ）キャピラリの初期動作の軌跡を示す拡大図、および、（ｃ）これらの軌跡の原点である初期位置を示す拡大図である。 図２に軌跡を示した実施態様における工程４〜工程９におけるボンディングワイヤを示す側面図である。 図２に軌跡を示した実施態様における工程４を示すキャピラリの軌跡の変形例を示す側面図である。 図２に軌跡を示した実施態様で得られるループのループ形状を示す側面図である。 本発明の異なる実施例における、（ａ）キャピラリの軌跡の図、および、（ｂ）キャピラリの初期動作の軌跡を示す拡大図である。 図６に軌跡を示した実施態様における工程７の最終点におけるボンディングワイヤを示す側面図である。 図６に軌跡を示した実施態様で得られるループのループ形状を示す側面図である。 本発明の一実施例の工程６における、リバースモーション回転角とワイヤ折れ曲がり角度の関係を示すグラフである。 従来技術により得られるループのループ形状を示す側面図である。

符号の説明

Ａ 第１ボンド点
Ｂ チップ角
Ｃ 折れ曲がり癖のある部分
Ｄ 反り
Ｅ 折れ曲がり部分

Claims (14)

1. 第１ボンド点と第２ボンド点を接続するワイヤボンディング方法において、キャピラリを第１ボンド点から最高点まで移動させるに際し、ボンディングワイヤに、第１ボンド点近傍において、第１ボンド点から第２ボンド点に向かう折れ曲がり癖を付与し、折れ曲がり癖が付与された部分の上方に、第２ボンド点に向かって凸で曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである反りを形成し、ループ形成後にチップ角の上方に位置する部分に、第２ボンド点に向かい折れ曲がり角が１５°以上である折れ曲がり部を形成することを特徴とするワイヤボンディング方法。
2. 直径が１５μｍ〜３０μｍである金線からなるボンディングワイヤを用い、前記折れ曲がり癖を付与する工程の後、キャピラリを、仰角が４５°〜７０°で、移動距離が０．２ｍｍ以上となるように、斜め上方に移動させることにより、前記反りを形成する請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
3. 直径が１５μｍ〜３０μｍである金線からなるボンディングワイヤを用い、前記折れ曲がり部を形成する工程において、キャピラリを、第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、円弧の中心角が２５°以上となるように、第２ボンド点と反対方向に移動させる請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
4. 直径が１５μｍ〜３０μｍである金線からなるボンディングワイヤを用いて、第１ボンド点と第２ボンド点を接続するワイヤボンディング方法において、第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリをわずかに上昇させる工程、キャピラリを第２ボンド点と反対の方向に移動させる第１のリバース動作を行う工程、キャピラリをわずかに上昇させる工程、キャピラリを、仰角が４５°〜７０°で、移動距離が０．２ｍｍ以上となるように、斜め上方に移動させる工程、キャピラリを上昇させ、ループ形成後にチップ角の上方に位置する点までボンディングワイヤを繰り出す工程、キャピラリを第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、第２ボンド点と反対方向に移動させる第２のリバース動作を行う工程、および、所定の軌跡を描いて第２ボンド点までキャピラリを移動させる工程を有することを特徴とするワイヤボンディング方法。
5. 前記第２のリバース動作において、前記円弧の中心角が２５°以上となるまでキャピラリを移動させる請求項４に記載のワイヤボンディング方法。
6. 第１ボンド点と第２ボンド点を接続するワイヤボンディング方法において、キャピラリを第１ボンド点から移動させるに際し、ボンディングワイヤの第１ボンド点の付け根部分に、第２ボンド点に向いて傾いている形状を形成し、その後の工程においても、該傾いている形状を維持することを特徴とするワイヤボンディング方法。
7. 前記ボンディングワイヤの第１ボンド点の付け根部分に第２ボンド点に向いて傾いている形状を形成した後、キャピラリを最高点まで移動させるまでに、ループ形成後にチップ角の上方に位置する点に、第２ボンド点に向いて折れ曲がり角が１５°以上の折れ曲がり部分を形成する請求項６に記載のワイヤボンディング方法。
8. 前記ボンディングワイヤの第１ボンド点の付け根部分に第２ボンド点に向いて傾いている形状を形成した後、該部分の上方に第２ボンド点に向かって凸で曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである反りを形成した後、キャピラリを最高点まで移動させるまでに、第２ボンド点に向かい折れ曲がり角が１５°以上である折れ曲がり部を形成する請求項６に記載のワイヤボンディング方法。
9. 直径が１５μｍ〜３０μｍである金線からなるボンディングワイヤを用いて、第１ボンド点と第２ボンド点を接続するワイヤボンディング方法において、第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリをわずかに上昇させる工程、キャピラリを第２ボンド点に向かい水平移動させる工程、キャピラリを上昇させ、ループ形成後にチップ角の上方に位置することになる点までボンディングワイヤを繰り出す工程、キャピラリを第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、第２ボンド点と反対方向に移動させるリバース動作を行う工程、所定の軌跡を描いて第２ボンド点までキャピラリを移動させる工程を有することを特徴とするワイヤボンディング方法。
10. 前記キャピラリをわずかに上昇させる行程と、前記キャピラリを第２ボンド点に向かい水平移動させる工程を同時に行い、キャピラリを斜め上方に移動させる請求項９に記載のワイヤボンディング方法。
11. 直径が１５μｍ〜３０μｍである金線からなるボンディングワイヤを用いて、第１ボンド点と第２ボンド点を接続するワイヤボンディング方法において、第１ボンド点にボンディングワイヤの先端を圧着する工程の後、キャピラリをわずかに上昇させる行程、キャピラリを第２ボンド点に向かい水平移動させる工程、キャピラリを仰角が４５°〜７０°で、移動距離が０．２ｍｍ以上となるように、斜め上方に移動させる工程、キャピラリを上昇させ、ループ形成後にチップ角の上方に位置する点までボンディングワイヤを繰り出す工程、 キャピラリを第１ボンド点付近を中心とする円弧に沿って、第２ボンド点と反対方向に移動させるリバース動作を行う工程、および、所定の軌跡を描いて第２ボンド点までキャピラリを移動させる工程を有することを特徴とするワイヤボンディング方法。
12. 前記第２のリバース動作において、前記円弧の中心角が２５°以上となるまでキャピラリを移動させる請求項１１に記載のワイヤボンディング方法。
13. 第１ボンド点と第２ボンド点の距離が３ｍｍを超えており、請求項１から５のいずれかに記載のワイヤボンディング方法により、ボンディングワイヤのループが形成され、該ループのループ高さが１００μｍ以下である半導体装置。
14. 第１ボンド点と第２ボンド点の距離が３ｍｍを超えており、請求項６から１２のいずれかに記載のワイヤボンディング方法により、ボンディングワイヤのループが形成され、該ループのループ高さが８０μｍ以下である半導体装置。

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