JPH11288965A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH11288965A JPH11288965A JP10108624A JP10862498A JPH11288965A JP H11288965 A JPH11288965 A JP H11288965A JP 10108624 A JP10108624 A JP 10108624A JP 10862498 A JP10862498 A JP 10862498A JP H11288965 A JPH11288965 A JP H11288965A
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- Power Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】基板上のボンディングパッドに、ボールボンデ
ィング法によりワイヤーを接続する半導体装置の製造方
法において、ボールに印可された圧力または超音波によ
る衝撃により、半導体素子のメタライズ部、あるいはパ
ッシベーション部等に損傷を与えることのないボンディ
ング方法を提供。 【解決手段】ワイヤーボンディング工程において、ワイ
ヤーの先端にイニシャルボールを形成する際、スパーク
タイム、スパーク電流またはスパークパワー等のスパー
ク条件を、所定の値に設定することにより、ボンディン
グイニシャルボールの内部結晶構造を制御する。
ィング法によりワイヤーを接続する半導体装置の製造方
法において、ボールに印可された圧力または超音波によ
る衝撃により、半導体素子のメタライズ部、あるいはパ
ッシベーション部等に損傷を与えることのないボンディ
ング方法を提供。 【解決手段】ワイヤーボンディング工程において、ワイ
ヤーの先端にイニシャルボールを形成する際、スパーク
タイム、スパーク電流またはスパークパワー等のスパー
ク条件を、所定の値に設定することにより、ボンディン
グイニシャルボールの内部結晶構造を制御する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に半導体素子の実装に用いるワイ
ヤーボンディングの方法、及びワイヤーボンディングさ
れた半導体装置及びその製造方法に関する。
の製造方法に関し、特に半導体素子の実装に用いるワイ
ヤーボンディングの方法、及びワイヤーボンディングさ
れた半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、LSI等の半導体素子は、パッケ
ージ等の半導体素子を収納する容器に実装され、半導体
素子上のボンディングパッドとパッケージ上のボンディ
ングパッドをボンディングワイヤーにより接続して用い
られる。
ージ等の半導体素子を収納する容器に実装され、半導体
素子上のボンディングパッドとパッケージ上のボンディ
ングパッドをボンディングワイヤーにより接続して用い
られる。
【0003】ワイヤーボンディングの方法として、ボー
ルボンディング方法を用いる場合は、ワイヤーの先端を
放電または水素火炎によりボールを形成し、そのボール
に圧力または超音波を印可することにより、ボンディン
グパッドに接続する。
ルボンディング方法を用いる場合は、ワイヤーの先端を
放電または水素火炎によりボールを形成し、そのボール
に圧力または超音波を印可することにより、ボンディン
グパッドに接続する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のボール
ボンディング方法においては、ワイヤーの先端に形成さ
れたイニシャルボールを半導体素子上のボンディングパ
ッドに接合する際、そのボールに印可された圧力または
超音波による衝撃により、半導体素子のメタライズ部、
あるいはパッシベーション部等に損傷を与え、ボンディ
ングパッドの内部破壊によるボンディング不良を引き起
こす要因となるという問題が生じていた。
ボンディング方法においては、ワイヤーの先端に形成さ
れたイニシャルボールを半導体素子上のボンディングパ
ッドに接合する際、そのボールに印可された圧力または
超音波による衝撃により、半導体素子のメタライズ部、
あるいはパッシベーション部等に損傷を与え、ボンディ
ングパッドの内部破壊によるボンディング不良を引き起
こす要因となるという問題が生じていた。
【0005】なお、ボンディング不良を防ぐ方法とし
て、たとえば、特開昭63−78541号公報には、接
合直前にボールをレーザーを用いて加熱する方法が開示
されており、また特開平4−68777号公報には、銅
を用いたボールボンディングに関して、接合後のボール
形状を限定する記載がある。
て、たとえば、特開昭63−78541号公報には、接
合直前にボールをレーザーを用いて加熱する方法が開示
されており、また特開平4−68777号公報には、銅
を用いたボールボンディングに関して、接合後のボール
形状を限定する記載がある。
【0006】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、ボールに印可された圧
力または超音波による衝撃により、半導体素子のメタラ
イズ部、あるいはパッシベーション部等に損傷を与える
ことのないボンディング方法を提供することにある。
のであって、その主たる目的は、ボールに印可された圧
力または超音波による衝撃により、半導体素子のメタラ
イズ部、あるいはパッシベーション部等に損傷を与える
ことのないボンディング方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、その概要を
述べれば、ワイヤーボンディング工程において、ワイヤ
ーの先端にイニシャルボールを形成する際、スパークタ
イム、スパーク電流またはスパークパワー等のスパーク
条件を、所定の値に設定することにより、ボンディング
イニシャルボールの内部結晶構造を制御することを特徴
とするものであり、より詳細には、下記記載の特徴を有
する。
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、その概要を
述べれば、ワイヤーボンディング工程において、ワイヤ
ーの先端にイニシャルボールを形成する際、スパークタ
イム、スパーク電流またはスパークパワー等のスパーク
条件を、所定の値に設定することにより、ボンディング
イニシャルボールの内部結晶構造を制御することを特徴
とするものであり、より詳細には、下記記載の特徴を有
する。
【0008】ボンディングワイヤー先端部をボール形状
に放電加工するに際して、所定の放電電流、放電パワー
で、放電時間を所定時間内として前記ボールを形成する
ことにより、前記ボールの単位面積あたりの結晶粒の数
を小としてなるボンディングワイヤーを、ボンディング
パッドと接合することである。
に放電加工するに際して、所定の放電電流、放電パワー
で、放電時間を所定時間内として前記ボールを形成する
ことにより、前記ボールの単位面積あたりの結晶粒の数
を小としてなるボンディングワイヤーを、ボンディング
パッドと接合することである。
【0009】また、本発明の製造方法は、前記ボンディ
ングワイヤー先端部に形成される前記ボールの理論硬度
を所定値以下となるように、前記単位面積あたりの結晶
粒の数が定められることである。
ングワイヤー先端部に形成される前記ボールの理論硬度
を所定値以下となるように、前記単位面積あたりの結晶
粒の数が定められることである。
【0010】更に、本発明の装置は、半導体素子を搭載
する基板上のボンディングパッドと、パッケージ上のパ
ッドをボンディングワイヤーにより接続してなる半導体
装置において、表面にボンディングパッドを有する基板
と、前記ボンディングワイヤーはその先端部が放電加工
によりボール形状とされ、前記ボールは、その理論硬度
が所定値以下となるような単位面積あたりの結晶粒の数
を有することである。
する基板上のボンディングパッドと、パッケージ上のパ
ッドをボンディングワイヤーにより接続してなる半導体
装置において、表面にボンディングパッドを有する基板
と、前記ボンディングワイヤーはその先端部が放電加工
によりボール形状とされ、前記ボールは、その理論硬度
が所定値以下となるような単位面積あたりの結晶粒の数
を有することである。
【0011】以下、本発明の実施の形態及びその具体例
を例示する実施例に即して詳細に説明する。
を例示する実施例に即して詳細に説明する。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体装置の製造方
法は、その好ましい一実施の形態において、半導体素子
と半導体素子を収納するパッケージをボンディングワイ
ヤーで接続する半導体装置の製造方法において、ワイヤ
ー(図1の3)の先端にイニシャルボール(図2の1)
を形成するに際し、イニシャルボール中心の断面におい
て観察される単位面積あたりの結晶粒(図3の2)の数
が13.8×10-3/μm2以下になるようなスパーク
条件でボンディングを行う。
法は、その好ましい一実施の形態において、半導体素子
と半導体素子を収納するパッケージをボンディングワイ
ヤーで接続する半導体装置の製造方法において、ワイヤ
ー(図1の3)の先端にイニシャルボール(図2の1)
を形成するに際し、イニシャルボール中心の断面におい
て観察される単位面積あたりの結晶粒(図3の2)の数
が13.8×10-3/μm2以下になるようなスパーク
条件でボンディングを行う。
【0013】
【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して以下に説明する。
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して以下に説明する。
【0014】[実施例1]まず、本発明の第1の実施例
を、図1乃至図3を用いて説明する。図1乃至図2は、
本発明のワイヤーボンディング装置の一実施例を説明す
るための図であり、図3は、図2のA−A′断面を示し
た断面図である。
を、図1乃至図3を用いて説明する。図1乃至図2は、
本発明のワイヤーボンディング装置の一実施例を説明す
るための図であり、図3は、図2のA−A′断面を示し
た断面図である。
【0015】図1乃至図2を参照すると、ワイヤーボン
ディング工程において、ボンディング直前に、ワイヤー
3の先端にスパークロッド4によりスパークをかけて、
ワイヤー3の融解及び再結晶を行い、イニシャルボール
1を形成する。
ディング工程において、ボンディング直前に、ワイヤー
3の先端にスパークロッド4によりスパークをかけて、
ワイヤー3の融解及び再結晶を行い、イニシャルボール
1を形成する。
【0016】ここで、スパークを行う際に、スパークジ
ェネレータを付属しているワイヤーボンディング装置を
用いる場合は、スパークパワー及びスパークタイムを変
更することによって、イニシャルボール1を構成する結
晶の構造、特に結晶粒2の径を意図的に変化させること
ができる。
ェネレータを付属しているワイヤーボンディング装置を
用いる場合は、スパークパワー及びスパークタイムを変
更することによって、イニシャルボール1を構成する結
晶の構造、特に結晶粒2の径を意図的に変化させること
ができる。
【0017】また、スパークジェネレータを付属してい
ないワイヤーボンディング装置を用いる場合は、スパー
クパワー及びスパークタイムに準ずるスパーク条件を変
更することによって、同様にイニシャルボール1を構成
する結晶の構造、特に結晶粒2の径を意図的に変化させ
ることができる。
ないワイヤーボンディング装置を用いる場合は、スパー
クパワー及びスパークタイムに準ずるスパーク条件を変
更することによって、同様にイニシャルボール1を構成
する結晶の構造、特に結晶粒2の径を意図的に変化させ
ることができる。
【0018】詳細に説明すると、スパークによりイニシ
ャルボール1を形成する際して、例えば、(株)カイジ
ョー社製のボンディング装置(型名FB−118A)を
用い、Auを99.99%以上含む直径30μmのワイ
ヤーをボンディングする場合には、スパークタイムを2
msec.よりも短く、あるいはスパークタイムに準ず
るスパーク条件をスパークタイムが2msec.よりも
短くなるように設定する。
ャルボール1を形成する際して、例えば、(株)カイジ
ョー社製のボンディング装置(型名FB−118A)を
用い、Auを99.99%以上含む直径30μmのワイ
ヤーをボンディングする場合には、スパークタイムを2
msec.よりも短く、あるいはスパークタイムに準ず
るスパーク条件をスパークタイムが2msec.よりも
短くなるように設定する。
【0019】他の装置を用いる場合や、径や材質が異な
るワイヤーを使用する場合は、イニシャルボール1を構
成する結晶の構造、特に結晶粒2の径が同等になるよう
にスパークタイムを設定すればよい。
るワイヤーを使用する場合は、イニシャルボール1を構
成する結晶の構造、特に結晶粒2の径が同等になるよう
にスパークタイムを設定すればよい。
【0020】ここで、結晶粒の再結晶処理をする際、時
間をかけて再結晶させる程、再結晶後の粒度は細かくな
り、反対に、再結晶処理の時間が短い程、大きな結晶粒
を得ることができることは公知であり、本実施例では、
再結晶処理の時間を短くして、イニシャルボール1を構
成している結晶粒2の径を大きくさせる。
間をかけて再結晶させる程、再結晶後の粒度は細かくな
り、反対に、再結晶処理の時間が短い程、大きな結晶粒
を得ることができることは公知であり、本実施例では、
再結晶処理の時間を短くして、イニシャルボール1を構
成している結晶粒2の径を大きくさせる。
【0021】再結晶処理の時間による結晶粒の形状を図
3及び図4を用いて模式的に説明すると、従来のスパー
ク条件で形成されたイニシャルボール1は、図4に示す
ように、イニシャルボール1を構成している結晶粒2が
小さくなるが、本実施例のように、2msec.よりも
短いスパークタイムで再結晶させたイニシャルボール1
では、図3に示すように、イニシャルボール1を構成し
ている結晶粒2を大きくすることができる。
3及び図4を用いて模式的に説明すると、従来のスパー
ク条件で形成されたイニシャルボール1は、図4に示す
ように、イニシャルボール1を構成している結晶粒2が
小さくなるが、本実施例のように、2msec.よりも
短いスパークタイムで再結晶させたイニシャルボール1
では、図3に示すように、イニシャルボール1を構成し
ている結晶粒2を大きくすることができる。
【0022】ここで、結晶粒の大きさと強度との関係を
述べると、Hall−Petchの関係式より、強度は
粒径の平方根に反比例することが知られている。
述べると、Hall−Petchの関係式より、強度は
粒径の平方根に反比例することが知られている。
【0023】従って、イニシャルボール1を構成してい
る結晶粒2の径が大きい程、すなわち結晶粒の密度が小
さい程、イニシャルボール1自体の理論硬度は低下し、
イニシャルボール1がボンディングパッドへ与える衝撃
荷重は低くすることができる。
る結晶粒2の径が大きい程、すなわち結晶粒の密度が小
さい程、イニシャルボール1自体の理論硬度は低下し、
イニシャルボール1がボンディングパッドへ与える衝撃
荷重は低くすることができる。
【0024】これにより、衝撃荷重によるメタライズ
部、あるいはパッシベーション部等に発生するボンディ
ングパッド内部破壊を防止することができ、ボンディン
グ不良を低減させることが可能となる。
部、あるいはパッシベーション部等に発生するボンディ
ングパッド内部破壊を防止することができ、ボンディン
グ不良を低減させることが可能となる。
【0025】本実施例において、ワイヤーの材質はAu
を99.99%以上含んでいるワイヤーについて述べた
が、ワイヤーはAuに限定されるものではなく、Auに
Pd等の金属を1%程度含んでいる合金ワイヤーでも良
い。
を99.99%以上含んでいるワイヤーについて述べた
が、ワイヤーはAuに限定されるものではなく、Auに
Pd等の金属を1%程度含んでいる合金ワイヤーでも良
い。
【0026】[実施例2]次に、本発明の第2の実施例
について説明する。
について説明する。
【0027】ワイヤーボンディング工程において、Au
を99.99%以上含んでいる材質のワイヤーを使用す
る際、イニシャルボール1を作製する際に、スパークタ
イムを短めに、及び、スパーク電流あるいはスパークパ
ワーを高めに設定し、図3に示すように、イニシャルボ
ール1の中心部断面において観察される単位面積あたり
の結晶粒2の数を13.8×10-3/μm2以下にす
る。
を99.99%以上含んでいる材質のワイヤーを使用す
る際、イニシャルボール1を作製する際に、スパークタ
イムを短めに、及び、スパーク電流あるいはスパークパ
ワーを高めに設定し、図3に示すように、イニシャルボ
ール1の中心部断面において観察される単位面積あたり
の結晶粒2の数を13.8×10-3/μm2以下にす
る。
【0028】単位面積あたりの結晶粒2の数が13.8
×10-3/μm2以下になることにより、結晶粒2の径
は、従来のスパーク条件で形成されたイニシャルボール
1を構成する結晶粒2よりも大きくなる為、イニシャル
ボール1自体の理論硬度は低下する。この時、イニシャ
ルボール1がボンディングパッドへ与える衝撃荷重は低
くなる為、メタライズ部、あるいはパッシベーション部
等に発生するボンディングパッド内部破壊によるボンデ
ィング不良を低減させることが可能となる。
×10-3/μm2以下になることにより、結晶粒2の径
は、従来のスパーク条件で形成されたイニシャルボール
1を構成する結晶粒2よりも大きくなる為、イニシャル
ボール1自体の理論硬度は低下する。この時、イニシャ
ルボール1がボンディングパッドへ与える衝撃荷重は低
くなる為、メタライズ部、あるいはパッシベーション部
等に発生するボンディングパッド内部破壊によるボンデ
ィング不良を低減させることが可能となる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イニシャルボール1の硬度を制御することができる為、
ボンディング工程において発生する、メタライズ部、あ
るいはパッシベーション部等に発生するボンディングパ
ッド内部破壊によるボンディング不良を低減させること
ができ、製品歩留まり、信頼性を特段に向上する、とい
う効果を奏する。
イニシャルボール1の硬度を制御することができる為、
ボンディング工程において発生する、メタライズ部、あ
るいはパッシベーション部等に発生するボンディングパ
ッド内部破壊によるボンディング不良を低減させること
ができ、製品歩留まり、信頼性を特段に向上する、とい
う効果を奏する。
【0030】その理由は次の通りである。すなわち、ワ
イヤーの先端が放電時の電流によって融解/且つ再結晶
することによって形成されるイニシャルボールは、ワイ
ヤーの先端に与えるスパークタイム及びスパークパワー
によって、イニシャルボールを構成する結晶の構造は変
化する。
イヤーの先端が放電時の電流によって融解/且つ再結晶
することによって形成されるイニシャルボールは、ワイ
ヤーの先端に与えるスパークタイム及びスパークパワー
によって、イニシャルボールを構成する結晶の構造は変
化する。
【0031】これまでに行った実験から、スパーク電流
あるいはスパークパワーが高い程、また、スパークタイ
ムが短い程、イニシャルボールを構成する結晶粒の径は
大きくなることがわかっている。
あるいはスパークパワーが高い程、また、スパークタイ
ムが短い程、イニシャルボールを構成する結晶粒の径は
大きくなることがわかっている。
【0032】強度は粒径の平方根に反比例するという公
知の事実から、イニシャルボールを構成する結晶粒の径
が大きい程、イニシャルボール自体の理論硬度は低下
し、イニシャルボールがボンディングパッドへ与える衝
撃荷重は小さくなる。
知の事実から、イニシャルボールを構成する結晶粒の径
が大きい程、イニシャルボール自体の理論硬度は低下
し、イニシャルボールがボンディングパッドへ与える衝
撃荷重は小さくなる。
【0033】従って、衝撃荷重によるメタライズ部、あ
るいはパッシベーション部等に発生するボンディングパ
ッド内部破壊を防止することができ、ボンディング不良
を低減することができるからである。
るいはパッシベーション部等に発生するボンディングパ
ッド内部破壊を防止することができ、ボンディング不良
を低減することができるからである。
【図1】本発明の第1及び第2の実施例に係る半導体装
置の構成を説明するための側面図である。
置の構成を説明するための側面図である。
【図2】本発明の第1及び第2の実施例に係る半導体装
置の構成を示した側面図である。
置の構成を示した側面図である。
【図3】本発明の第1及び第2の実施例に係るイニシャ
ルボールの断面を示す図であり、図2のA−A′線の断
面図である。
ルボールの断面を示す図であり、図2のA−A′線の断
面図である。
【図4】従来の半導体装置のイニシャルボールの断面を
示す図であり、図2のA−A′線の断面図である。
示す図であり、図2のA−A′線の断面図である。
1 イニシャルボール 2 結晶粒 3 ワイヤー 4 スパークロッド
Claims (11)
- 【請求項1】ボンディングワイヤー先端部をボール形状
に放電加工するに際して、所定の放電電流、放電パワー
で、放電時間を所定時間内として前記ボールを形成する
ことにより、前記ボールの単位面積あたりの結晶粒の数
を小としてなるボンディングワイヤーを、ボンディング
パッドと接合する、ことを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項2】前記ボンディングワイヤー先端部に形成さ
れる前記ボールの理論硬度を所定値以下となるように、
前記単位面積あたりの結晶粒の数が定められる、ことを
特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】前記ボンディングワイヤーの先端部に形成
される前記ボールの中心断面における単位面積あたりの
結晶粒の数を所定値以下とする、ことを特徴とする請求
項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】前記ボールの中心断面における単位面積あ
たりの結晶粒の数を13.8×10-3/μm2以下とす
る、ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項5】前記ボンディングワイヤーがAuを主成分
とするワイヤーよりなることを特徴とする請求項1乃至
4のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】前記ボンディングワイヤーがAuを主成分
とし、Pdを含むワイヤーよりなることを特徴とする請
求項1乃至4のいずれか一に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項7】半導体素子を搭載する基板上のボンディン
グパッドと、パッケージ上のパッドをボンディングワイ
ヤーにより接続してなる半導体装置において、表面にボ
ンディングパッドを有する基板と、前記ボンディングワ
イヤーはその先端部が放電加工によりボール形状とさ
れ、前記ボールは、その理論硬度が所定値以下となるよ
うな単位面積あたりの結晶粒の数を有する、ことを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項8】前記ボンディングワイヤーがAuを主成分
とするワイヤーよりなることを特徴とする請求項7に記
載の半導体装置。 - 【請求項9】前記ボンディングワイヤーがAuを主成分
とし、Pdを含むワイヤーよりなることを特徴とする請
求項7に記載の半導体装置。 - 【請求項10】ボンディングパッドに接合されるボンデ
ィングワイヤーであって、その先端部に形成されるボー
ルの理論硬度が所定値以下となるような単位面積あたり
の結晶粒の数を有する、ことを特徴とするボンディング
ワイヤー。 - 【請求項11】前記ボールが、所定の放電電流、放電パ
ワーで、放電時間を所定時間内とする放電条件にて形成
され、前記ボールの中心断面における単位面積あたりの
結晶粒の数が13.8×10-3/μm2以下となること
を特徴とする請求項10記載のボンディングワイヤー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10108624A JP3127881B2 (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10108624A JP3127881B2 (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11288965A true JPH11288965A (ja) | 1999-10-19 |
JP3127881B2 JP3127881B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=14489525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10108624A Expired - Fee Related JP3127881B2 (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3127881B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005268771A (ja) * | 2004-02-20 | 2005-09-29 | Nippon Steel Corp | 半導体装置用金ボンディングワイヤ及びその接続方法 |
JP2006332152A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体素子の実装方法 |
-
1998
- 1998-04-03 JP JP10108624A patent/JP3127881B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005268771A (ja) * | 2004-02-20 | 2005-09-29 | Nippon Steel Corp | 半導体装置用金ボンディングワイヤ及びその接続方法 |
JP2006332152A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体素子の実装方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3127881B2 (ja) | 2001-01-29 |
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