TWI604540B - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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TWI604540B
TWI604540B TW105135696A TW105135696A TWI604540B TW I604540 B TWI604540 B TW I604540B TW 105135696 A TW105135696 A TW 105135696A TW 105135696 A TW105135696 A TW 105135696A TW I604540 B TWI604540 B TW I604540B
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Yuu Hasegawa
Naoki Sekine
Yoshihito Hagiwara
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Shinkawa Kk
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Description

半導體裝置及其製造方法
本發明係關於一種具有高度較高之導線環的半導體裝置及其製造方法。
目前多採用利用金屬線等導線連接半導體晶片之電極與基板之電極的導線接合裝置。該等導線接合裝置中，使用毛細管作為將導線按壓、接合於電極的接合工具。近年來，為了對應半導體之細節距化，使用令毛細管之前端成為細長拉伸之形狀的瓶頸形(具有段部之圓錐形狀)之毛細管。該瓶頸形之毛細管之形狀為，前端之細長延伸之部分(尖部)之高度高於欲形成之導線之高度，即便當與鄰接之導線的間隔較小時，亦能良好地進行接合(例如，參照專利文獻1之圖4)。
另一方面，採用利用導線環連接RF電晶體、輸出補償電路及預匹配電路的高頻功率元件。於此種高頻功率元件中，提出藉由導線環之電阻與連接於預匹配電路之另一導線環之電阻及寄生電容之間的互感耦合而使高頻功率元件之特性最佳化的方法(例如，參照專利文獻2)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]美國專利第5,421,503號說明書
[專利文獻2]日本專利特開2008-533899號公報
然而，近年來，高頻元件中，採用藉由加大導線環之高度及長度來調整導線環之電阻，使高頻元件之頻率特性穩定化的方法。此種高頻元件中使用之導線環之高度高於毛細管前端之細長地延伸之部分(尖部)之高度，當進行導線接合時，毛細管會接觸於接合中之導線或完成接合之鄰接之導線，從而出現環形狀不穩定的問題。
因此，本發明之目的在於利用毛細管穩定地形成更高的導線環。
本發明之半導體裝置之製造方法之特徵在於：其係利用毛細管於基板上之第1位置接合導線，且其包括：第1上升步驟，其係一面自毛細管送出導線一面使毛細管上升至第1高度；圓弧上升步驟，其係於進行使毛細管朝向與第1位置相隔第1距離之基板上之第2位置之方向呈圓弧狀移動的圓弧移動之後，進行一面自毛細管送出導線一面使毛細管上升的上升移動，從而使導線產生彎曲傾向；圓弧移動步驟，其係使毛細管以長於第1距離之第2距離朝向第1位置之方向呈圓弧狀移動；第2上升步驟，其係一面自毛細管送出導線一面使毛細管上升至高於第1高度之第2高度為止；及成環步驟，其係使毛細管成環至第2位置為止；且，藉由在第2位置接合導線而於基板上形成具有既定高度之導線環。
本發明之半導體裝置之製造方法中亦可為，圓弧上升步驟進 行複數次。
本發明之半導體裝置之製造方法中亦可為，毛細管係具有錐形之根部及較之根部更細之尖部的具有段部之圓錐形狀，導線環係距基板之高度高於毛細管之尖部之長度的山形形狀，導線環之第2位置側之傾斜部相對於基板之假想垂線的角度大於根部之外表面相對於毛細管之中心軸的擴展角度，第1高度為導線環之高度之60~90%，第1距離為導線環之高度之50~80%，第2距離為導線環之高度之110~130%，第2高度為導線環之高度之160~210%。
本發明之半導體裝置具有既定高度之山形之導線環，該導線環連接基板上之第1位置和與第1位置相隔第1距離之基板上之第2位置之間；該半導體裝置之特徵在於具備：第1接合部，其係藉由利用毛細管於第1位置接合導線而形成；頂部，其係於形成第1接合部後藉由如下方式形成，即，於進行一面自毛細管送出導線一面使毛細管上升至第1高度，之後使毛細管自第1位置朝向第2位置之方向呈圓弧狀移動的圓弧移動後，進行一面自毛細管送出導線一面使毛細管上升的上升移動，之後，使毛細管以長於第1距離之第2距離朝向第1位置之方向呈圓弧狀移動，之後，一面自毛細管送出導線一面使其上升至高於第1高度之第2高度後使毛細管成環至第2位置為止；及第2接合部，其係藉由在第2位置接合導線而形成。
本發明之半導體裝置亦可藉由分別進行複數次圓弧移動及上升移動而形成，該圓弧移動係指使毛細管自第1位置朝向第2位置之方向呈圓弧狀移動，該上升移動係指於圓弧移動之後一面自毛細管送出導線 一面使毛細管上升。
本發明之半導體裝置中亦可為，毛細管係具有錐形之根部及較之根部更細之尖部的具有段部之圓錐形狀，導線環係距基板之高度高於毛細管之尖部之長度的山形形狀，導線環之第2位置側之傾斜部相對於基板之假想垂線的角度大於根部之外表面相對於毛細管之中心軸的擴展角度，第1高度為導線環之高度之60~90%，第1距離為導線環之高度之50~80%，第2距離為導線環之高度之110~130%，第2高度為導線環之高度之160~210%。
本發明可藉由毛細管而穩定地形成更高的導線環。
10‧‧‧基板
11‧‧‧第1電極
12‧‧‧第2電極
13‧‧‧第1位置
14‧‧‧第2位置
15‧‧‧假想垂線
16‧‧‧第1接合部
17‧‧‧第2接合部
20‧‧‧毛細管
21‧‧‧根部
22‧‧‧尖部
23‧‧‧前端
25‧‧‧中心軸
26‧‧‧角部
27‧‧‧影線部
30‧‧‧導線環
31‧‧‧第1傾斜部
32‧‧‧頂部
33‧‧‧第2傾斜部
35‧‧‧扭結
51~59‧‧‧點
61~63‧‧‧圓弧上升動作
圖1係表示利用本發明之實施形態中之導線接合方法接合的導線環與毛細管之立面圖。
圖2係表示利用本發明之實施形態中之導線接合方法接合的導線環與毛細管之立體圖。
圖3係表示利用先前技術中之導線接合方法接合的導線環與毛細管之立面圖。
圖4係表示利用先前技術中之導線接合方法接合的導線環與毛細管之立體圖。
圖5係表示本發明之實施形態中之毛細管之前端之移動的軌跡圖。
圖6係表示利用本發明之另一實施形態中之導線接合方法接合的導線 環與毛細管之立面圖。
以下，參照圖式，對於本發明之實施形態之導線接合方法進行說明。首先，參照圖1，對於本實施形態之導線接合方法中使用之毛細管20及形成之導線環30進行說明。
如圖1所示，毛細管20係具有錐形之根部21及較之根部21更細之尖部22的具有段部之圓錐形狀。於根部21與尖部22之間形成有角部26，圖1中，較之角部26之更上側為根部21，較之角部26之更下側為尖部22。故而，尖部22之長度為圖1所示之長度D1。
於根部21與尖部22設有供導線通插之孔，毛細管20藉由未圖示之導線接合裝置之接合頭而向相對於基板10垂直之方向進行靠近/遠離動作且於水平方向移動，使自尖部22之前端23延伸出之導線接合於基板10從而形成導線環30。根部21之外表面相對於中心軸25之擴展角度為角度φ 0。再者，角度φ 0係5°~15°之範圍，更佳為6°~8°之範圍。
再者，圖1中，一點鏈線表示開始形成導線環30時之毛細管20，實線表示導線環30形成結束時之毛細管20之位置，毛細管20之中心軸25位於與包含導線環30之垂直面處於同一面的位置。而且，圖1中，將自第2位置14朝向第1位置13之方向作為第1方向，將自第1位置13朝向第2位置14之方向作為第2方向。其他圖中亦同樣如此。
圖1所示之導線環30係藉由導線而形成為山形，且該導線環30連接形成於基板10之第1電極11和與第1電極11相隔距離L5且形成於基板10之第2電極12之間。導線環30包括形成於第1電極11之上之 第1接合部16、第1電極側之第1傾斜部31、第2電極側之第2傾斜部33、頂部32、及形成於第2電極12之上之第2接合部17。頂部32距基板10之高度(導線環30之高度)係較之毛細管20之尖部22之長度D1更高的D2。再者，導線環30之高度D2為500μm~3000μm之範圍，更佳為700μm~1600μm。
此處，第1電極11之中心係當將導線接合於第1電極11時毛細管20之中心軸25所在的第1位置13，第2電極12之中心係當將導線接合於第2電極12時毛細管20之中心軸25所在的第2位置14。第1位置13與第2位置14之間隔係和第1電極11與第2電極12之距離同樣，為距離L5，距離L5為導線環30之高度D2的50~80%之長度。再者，距離L5與導線環30之高度D2的比率具體而言為50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%，可為該等比率中之任意兩個範圍內。
第1傾斜部31相對於垂直於基板10表面之假想垂線15的角度為角度φ 1，第2傾斜部33相對於假想垂線15之角度為角度φ 2。角度φ 1、角度φ 2均大於毛細管20之根部21之角度φ 0。再者，本實施形態中，φ 1與φ 2大小大致相同，但只要大於根部21之角度φ 0，則亦可為不同之大小。角度φ 1、角度φ 2為10°~40°之範圍，更佳為15°~30°之範圍。
當毛細管20位於圖1之一點鏈線所示之位置時，因導線環30尚未形成，故而，毛細管20與導線環30之間隔並無問題。另一方面，如圖1之實線所示，當毛細管20之前端23下降至第2電極12之表面而使導線接合於第2電極12、並結束導線環30之形成時，導線環30與毛細管20之表面的距離變得最小。該情況下，圖1之實線所示之毛細管20之根部 21之角度φ 0亦小於導線環30之第2傾斜部33之角度φ 2。故而，當結束導線環30之形成時，根部21之表面亦不會接觸第2傾斜部33而留有微小間隙。
如圖2所示，若干根導線環30以狹窄之間距P並排形成於寬度方向。圖2中，實線所示之導線環30表示接合結束之導線環30，一點鏈線表示之後欲接合之導線環30。圖2之毛細管20係處於實線所示之導線環30之接合結束，而一點鏈線所示之下一導線環30開始接合的狀態。毛細管20之中心軸25位於一點鏈線所示之導線環30之第1電極11之上，前端23將導線按壓於第1電極11。從而，毛細管20之中心軸25相對於包含實線所示之導線環30在內的垂直面以間距P於寬度方向偏離。
圖2中，毛細管20之影線部27表示以包含實線所示之導線環30在內的垂直面切斷毛細管20時的截面。如圖2所示，實線所示之導線環30之第1傾斜部31與毛細管20之影線部27相離。故而，當開始接合一點鏈線所示之導線環30時，毛細管20不會接觸鄰接之接合結束之實線所示之導線環30。
如以上說明所述，於使用圖1、2所示之毛細管20形成圖1、2所示形狀之導線環30的情況下，當接合結束時，毛細管20之表面不會接觸已接合之導線環30，而且，當接合開始時，毛細管20之表面不會接觸鄰接之接合結束之導線環30。
另一方面，若導線環30之高度D2增高，則其長度亦會變長，故而，根據毛細管20之動作方法，例如，如圖3所示，導線環30會向第2方向傾斜。故而，第2傾斜部33相對於假想垂線15之角度φ 3變得小 於毛細管20之根部21之角度φ 0，從而，當接合結束時，毛細管20之根部21之表面會接觸第2傾斜部33。而且，如圖4所示，於導線環30成為向第1方向鼓起之形狀的情況下，當開始接合一點鏈線所示之下一導線環30時，毛細管20之根部21之表面會接觸鄰接之接合結束之導線環30之第1傾斜部31。故而，當以狹窄之間距P並排形成高於高度D2之導線環30時，須移動毛細管20之前端23，以使導線環30之形狀穩定地成為圖1、2所示之形狀。
因此，本實施形態中，利用導線接合裝置(半導體製造裝置)之控制部驅動接合頭，且如圖5所示，使毛細管20之前端23沿特別之軌跡移動，藉此，導線環30之形狀穩定地成為圖1、2所示之形狀。控制部係內部包含CPU、動作程式、動作資料等之電腦。以下，參照圖5對毛細管20之前端23之特別之移動軌跡進行說明。再者，圖5中，L1~L5表示距第1位置13之距離。
如圖5所示，控制部使得於前端23將導線接合於基板10之第1位置13而形成第1接合部16之後，一面自前端23送出導線一面使前端23上升至點51(第1上升步驟)。點51之高度H1(第1高度)係導線環30之高度D2之60~90%之高度。再者，點51之高度H1與導線環30之高度D2的比率具體而言為60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%，可為該等比率中之任意兩個範圍內。
繼而，控制部使得進行最初之圓弧上升步驟61，即，使前端23自點51朝向第2方向呈圓弧狀地圓弧移動至點52之後，一面自前端23送出導線一面使其上升移動至點53。繼而，進行第二次圓弧上升步驟62， 即，使前端23自點53朝向第2方向呈圓弧狀地圓弧移動至點54之後，一面自前端23送出導線一面使其上升移動至點55。繼而，進行第三次圓弧上升步驟63，即，使前端23自點55朝向第2方向呈圓弧狀地圓弧移動至點56之後，一面自前端23送出導線一面使其上升至點57(圓弧上升步驟)。
控制部係藉由3次圓弧上升步驟61~63而使前端23自點51朝向第2方向以距離L3移動至點57，且使其上升高度H2。此處，距離L3為導線環30之高度D2之50~70%之距離，高度H2為導線環30之高度D2之20~40%之距離。再者，距離L3與導線環30之高度D2的比率具體而言為50%、55%、60%、65%、70%，可為該等比率中之任意兩個範圍內。而且，高度H2與導線環30之高度D2的比率具體而言為20%、25%、30%、35%、40%，可為該等比率中之任意兩個範圍內。該等3次圓弧上升步驟61~63係為了抑制如上文參照圖3之說明所述般導線環30向第2方向或第1方向的傾斜、或如參照圖4之說明所述般導線環30之形狀向外側的鼓起。
再者，本實施形態中，控制部係針對進行3次圓弧上升步驟61~63之情況進行了說明，但亦可利用1次或2次圓弧上升步驟使前端23自點51朝向第2方向以距離L3移動至點57，且上升高度H2。而且，控制部亦可藉由4次以上之圓弧上升步驟而使前端23朝向第2方向以距離L3移動、且上升高度H2。
繼而，控制部使前端23自點57朝向第1方向以距離(L3+L4)於圓弧上移動至點58(圓弧移動步驟)。此處，距離(L3+L4)為導線環30之高度D2之110~130%之距離。該動作既定了圖1所示之導線環30之頂部32的彎曲半徑，若距離(L3+L4)變長則頂部32之彎曲半徑變 小，若距離(L3+L4)變短則頂部32之彎曲半徑變大。再者，點58成為導線環30之頂部32。
繼而，控制部使一面自前端23送出導線，一面使前端23自點58以高度H3上升至點59(第2上升步驟)。該高度H3為導線環30之高度D2之100~120%之距離。再者，高度H3與導線環30之高度D2的比率具體而言為100%、105%、110%、115%、120%，可為該等比率中之任意兩個範圍內。而且，點59距基板10之表面之高度H4為導線環30之高度D2之160~210%。該高度H4為第2高度。之後，使前端23自點59呈圓弧狀成環至第2位置14為止(成環步驟)，且於第2位置14接合導線，形成第2接合部17。
藉由利用以上說明之方法進行接合，能使角度φ 1及角度φ 2小於角度φ 0。故而，能抑制接合時毛細管20接觸導線環30。從而，能穩定地形成高度較高之導線環30。
繼而，參照圖6，對本發明之另一實施形態進行說明。對於與參照圖1~5所作之說明相同的部分標注相同的符號且省略說明。上文說明之實施形態中，係對於形成接近為圖1所示之角度φ 1與角度φ 2大致相等之等腰三角形的導線環30的情況進行了說明，但亦可使圓弧上升步驟61~63中向第1方向之距離L3、高度H2變大，而於第1傾斜部31形成扭結35。利用扭結35，能穩定地形成導線環30之形狀。
進而，亦可藉由增大自點57至點58之移動距離(L3+L4)而減小頂部32之彎曲半徑，從而如圖6所示，成為頂部32尖銳的導線環30，且第2傾斜部33相對於假想垂線15之角度φ 5大於上文中參照圖1所 說明之第2傾斜部33之角度φ 2。此時，與上文中參照圖1、2說明之實施形態相比，角度φ 5與根部21之角度φ 0之差更大，更不會接觸導線環30之第2傾斜部33。
圖6中一點鏈線所示之毛細管20表示開始形成導線環30時之毛細管20。此時，毛細管20位於包含導線環30在內之垂直面。如圖6所示，該狀態下，一點鏈線所示之毛細管20之根部21之表面與第1傾斜部31之間亦留有間隙。位於相隔間距P之位置的接合結束之鄰接之導線環30之第1傾斜部31、與圖6中一點鏈線所示之毛細管20之根部21之表面係較之圖6所示之情況離得更遠，故而，當開始接合導線環30時，毛細管20不會接觸鄰接之接合結束之實線所示之導線環30。
根據本實施形態，能進一步增大角度φ 2。故而，當接合結束時，能抑制毛細管20之表面接觸已接合之導線環30。而且，藉由設置扭結35，當接合開始時，能更有效地抑制毛細管20之表面接觸鄰接之接合結束之導線環30。從而，能更穩定地形成高度較高之導線環30之形狀。
10‧‧‧基板
14‧‧‧第2位置
51~59‧‧‧點
61~63‧‧‧圓弧上升動作
H1~H4‧‧‧高度
L1~L5‧‧‧距離

Claims (6)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於：其係利用毛細管於基板上之第1位置接合導線，其包括：第1上升步驟，其係一面自上述毛細管送出上述導線一面使上述毛細管上升至第1高度；圓弧上升步驟，其係於進行使上述毛細管朝向與上述第1位置相隔第1距離之基板上之第2位置之方向呈圓弧狀移動的圓弧移動之後，進行一面自上述毛細管送出上述導線一面使上述毛細管上升的上升移動，從而使上述導線產生彎曲傾向；圓弧移動步驟，其係使上述毛細管以長於上述第1距離之第2距離朝向上述第1位置之方向呈圓弧狀移動；第2上升步驟，其係一面自上述毛細管送出上述導線一面使上述毛細管上升至高於上述第1高度之第2高度；及成環步驟，其係使上述毛細管成環至上述第2位置為止；藉由在上述第2位置接合上述導線而於基板上形成具有既定高度之導線環。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述圓弧上升步驟係進行複數次。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置之製造方法，其中，上述毛細管係具有錐形之根部及較之上述根部更細之尖部的具有段部之圓錐形狀，上述導線環係距基板之高度高於上述毛細管之尖部之長度的山形形 狀，上述導線環之第2位置側之傾斜部相對於基板之假想垂線的角度大於上述根部之外表面相對於上述毛細管之中心軸的擴展角度，上述第1高度為上述導線環之高度之60~90%，上述第1距離為上述導線環之高度之50~80%，上述第2距離為上述導線環之高度之110~130%，上述第2高度為上述導線環之高度之160~210%。
  4. 一種半導體裝置，其具有既定高度之山形之導線環，該導線環連接基板上之第1位置和與上述第1位置相隔第1距離之基板上之第2位置之間；該半導體裝置之特徵在於具備：第1接合部，其係藉由利用毛細管於上述第1位置接合導線而形成；頂部，其係於形成上述第1接合部後藉由如下方式形成，即，於進行一面自上述毛細管送出上述導線一面使上述毛細管上升至第1高度，之後使上述毛細管自上述第1位置朝向上述第2位置之方向呈圓弧狀移動的圓弧移動後，進行一面自上述毛細管送出上述導線一面使上述毛細管上升的上升移動，之後，使上述毛細管以長於上述第1距離之第2距離朝向上述第1位置之方向呈圓弧狀移動，之後，一面自上述毛細管送出上述導線一面使其上升至高於上述第1高度之第2高度後使上述毛細管成環至上述第2位置為止；及第2接合部，其係藉由在上述第2位置接合上述導線而形成。
  5. 如申請專利範圍第4項之半導體裝置，其係藉由分別進行複數次上述圓弧移動及上升移動而形成，上述圓弧移動係指使上述毛細管自上述第1位置朝向上述第2位置之方向呈圓弧狀移動，上述上升移動係指於上述圓 弧移動之後一面自上述毛細管送出上述導線一面使上述毛細管上升。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之半導體裝置，其中，上述毛細管係具有錐形之根部及較之上述根部更細之尖部的具有段部之圓錐形狀，上述導線環係距基板之高度高於上述毛細管之尖部之長度的山形形狀，上述導線環之第2位置側之傾斜部相對於基板之假想垂線的角度大於上述根部之外表面相對於上述毛細管之中心軸的擴展角度，上述第1高度為上述導線環之高度之60~90%，上述第1距離為上述導線環之高度之50~80%，上述第2距離為上述導線環之高度之110~130%，上述第2高度為上述導線環之高度之160~210%。
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