JPS6070750A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6070750A JP58177944A JP17794483A JPS6070750A JP S6070750 A JPS6070750 A JP S6070750A JP 58177944 A JP58177944 A JP 58177944A JP 17794483 A JP17794483 A JP 17794483A JP S6070750 A JPS6070750 A JP S6070750A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は半導体装置、特に、アルミニウム（ＡＩ）また
はアルミニウム合金のワイヤを用いてなる半導体装置に
適用して効果のある技術に関するものである。
［背景技術］ 半導体装置の製造過程で半導体ベレットのアルミニウム
製ボンディングパソドとリードフレームまたはセラミ、
クバソケージのヘースの如き基板とを電気的に接続する
ワイヤとしては金（Ａｕ、）ワイヤを使用している。
ところが、金の価格高騰により、金の使用によるコスト
上昇の欠点を排除するため、ワイヤの材料としてアルミ
ニウムを利用することが考えられうる。その場合、アル
ミニウムワイヤの先端に電気トーチ等でボールを形成し
てボールボンディングすることが知られている（特開昭
５１−１４０５６７号公報）。
しかしながら、このようなアルミニウムワイヤのボール
ボンディングを行うにあたっては、特にペレットのアル
ミニウム製ポンディングパッド側においてボンディング
ワイヤの剥がれが発生し、ボンディング性能が低下する
という問題があることが本発明者によって見い出された
。
そこで、本発明者が鋭意研究したところ、アルミニウム
ワイヤにボール部を形成する際のボールの硬さがボンデ
ィング性に大きな影響を及ぼすことが解明された。すな
わち、アルミニウムボールの形成時に、形成されたボー
ルがアニールによって軟らか（なり過ぎると、ポンディ
ングパッドのアルミニウム膜とアルミニウムワイヤのボ
ール部とをたとえば超音波ボンディングする際に超音波
エネルギーがボンディング部に十分に作用せず、アルミ
ニウムの表面エネルギー状態の活性な面が出ないためボ
ンディングワイヤの剥がれが発生することが本発明者に
より明らかとされた。
一方、アルミニウムボールの硬度が大き過ぎると、ボン
ディング時の力によってアルミニウムバンドの下層のシ
リコン層あるいは二酸化シリコン層等に大きな応力が発
生し、これらの層にクラック等のボンディングダメージ
を生じる等の問題が起こることを本発明者は見い出した
。
［発明の目的コ 本発明の目的は、アルミニウムまたはアルミニウム合金
を用いたワイヤでボールボンディングする際にボール部
の硬さを最適範囲とし、良好なボンディング性能を得る
ことのできる技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、ボールボンディングを最適に行う
ことのできる組成よりなるアルミニウムワイヤを用いる
技術を提供することにある。
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
。
［発明の概要コ 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、次の通りである。
すなわち、アルミニウムまたはアルミニウム合金ワイヤ
に形成されるボール部の硬度を特定の範囲に選定するこ
とにより、良好なボンディング性能を得られるようにす
るものである。
［実施例］ 第１図は本発明の一実施例である半導体装置の断面図、
第２図はそのワイヤボンディング部の拡大部分断面図、
第３図と第４図はアルミニウム系ワイヤへのボールの形
成および超音波ボンディング状態を示す説明図、第５図
はアルミニウムホールのビッカース硬度と剥がれ発生率
およびボンディングダメージとの関係を示す図、第６図
はワイヤ組成とビッカース硬度との関係を示す図である
。
第１図の半導体装置において、４２アロイ等のリードの
一部であるタブ２の上には、シリコン（Ｓｉ）等のペレ
ット３が、金−シリコン共晶や銀ペースト等の接着剤等
よりなる接合層４によって取り付けられている。
ペレット３のボンディングバンドは第２図に示すように
アルミニウムパッド５よりなる。
一方、ボンディングワイヤ６はアルミニウムまたはアル
ミニウム合金よりなるアルミニウム系ワイヤであり、こ
のボンディングワイヤ６でペレット３のアルミニウムパ
ッド５と４２アロイ等のり−ド１のインナーリード部７
のアルミニウム層１４を電気的に接続する。
ワイヤボンディングを終了した後、ペレット３、ボンデ
ィングワイヤ６等は樹脂（レジン）８でモールドするこ
とにより封止されている。
前記ボンディングワイヤ６のボンディングを行うため、
本実施例では、第３図に示すように、図外のワイヤボン
ダに保持されたワイヤ６の先端と図外のワイヤポンダの
電極９との間での放電によりワイヤ先端にボール部６ａ
を形成する。この後、直ちにボール部６ａに低温の窒素
等を吹き付けて急冷する。これによって良好なボール硬
度が得られる。ワイヤの組成に関係なく、急冷すること
が所定の硬度を得る最も良い方法である。このボール部
６ａをたとえば第４図に示すような超音波ボンディング
ツール１０を用いてペレット３のアルミニウムパッド５
の上に押し付けて超音波振動で強固にボンディングする
。ボール部６ａの表面に生成されたＡｌ２Ｏ３膜はボン
ディング時に破壊され、良好なワイヤ接続が行われる。
ボール部６ａは押し付けられてボンディング部６ｂを形
成する。ポンディング部６ｂは最終保護膜１３の開口部
から露出したアルミニウムパッド５を覆う。
ところで、このようなアルミニウムワイヤ６のボール部
６ａの硬度が低過ぎると前記のようにアルミニウムの表
面のエネルギー状態が活性な面が出ず、ボンディングワ
イヤのパッドからの剥がれが発生する一方、ボール６ａ
の硬度が高過ぎると、ワイヤボンディング時の力でアル
ミニウムパッド５の下側の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）
Ｎ１２が破壊されるというボンディングダメージを生し
てしまう。
したがって、良好なボンディング性を得るためには、ア
ルミニウムポール部６ａの硬度を最適範囲とすることが
必要である。
そこで、本発明者がアルミニウムボール部６ａの硬度と
、ボンディングワイヤ６とアルミニウムパッド５との間
の剥がれ発生率（％）およびアルミニウムバンド５下の
二酸化シリコン層１２にクラックの発生するボンディン
グダメージ発生率（％）との関係について実験を重ねた
ところ、第５図に示すような結果が得られた。
第５図から明らかなように、ボンディング不良の発生率
として許容できる値が約１０％であるこ特に、最適範囲
としてはビッカース硬度３５〜４２の範囲が選定される
。
また、本発明者がこのような最適範囲のビッカース硬度
を得ることのできるワイヤの材料の組成を得るために同
一条件で多くの実験を行ったところ第６図のような結果
が得られた。
第６図において、縦軸にはビッカース硬度を、横軸には
各材料の組成を示している。各材料のビッカース硬度は
、たとえばＡｕは４０というように示されている。また
、［１％５ｉ−Ａｌｌは１重量％のＳｔを含むＡＩから
なるワイヤを示し、ｒＡｕＪは１００％Ａｕからなるワ
イヤであることを示す。
第６図によれば、２重量％のシリコンを含むアルミニウ
ム（２％Ｓ　ｉ　−Ａ　Ｉ）の組成のワイヤ、および１
．５〜２重量％のマグネシウムを含むアルミニウム（１
，５〜２％Ｍｇ−ＡＩ）の組成のワイヤを用いることに
より、ビッカース硬度３５〜４２のワイヤが得られるの
で良好なアルミニウムボールボンディングを得ることが
できる。
また、ピンカース硬度約３０〜５０のワイヤが得られる
材料として、アルミニウムに０．５重量％のマグネシウ
ム、１重量％のマグネシウムまたは２重量％のパラジウ
ムのいずれかを含むものがあげられる。この材料によっ
ても第５図に示した程度の低いボンディング不良率のワ
イヤが得られる。
［効果コ （１）、アルミニウムまたはアルミニウム合金のワイヤ
によるボンディングを良好に行えることにより、大巾な
コスト低減を図ることができる。
（２）、アルミニウムポール部の硬さを特定の範囲に選
定することにより、アルミニウムワイヤによるボールボ
ンディング性、ボンディング強度を著しく向上させるこ
とができる。
（３）、ワイヤ組成を特定のものとすることにより、良
好なボンディング性を安定して得ることができる。
（４）、ワイヤを先端にボール部を形成した後に急冷す
ることにより、所定の硬さを持つボール部を得られるの
で、良好なワイヤボンディングを行うことができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を造膜しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
たとえば、好ましいボール部の硬さは、アルミニウムボ
ールの形成後に、空冷により急冷することなく、徐冷に
よっても得ることができる。
また、アルミニウムパッドのアルミニウム膜の厚さを変
えることにより良好なボンディング性を得ることができ
る。
［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である超音波ボンディング
によるアルミニウム系ワイヤのボールボンディングに適
用した場合について説明したが、それに限定されるもの
ではな（、たとえば、熱圧着ポンディング如き他のボン
ディング方式にも広く適用できる。
また、本発明は樹脂封止型以外の半導体装置にも適用で
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例である半導体装置の断面図、 第２図はそのワイヤボンディング部の拡大部分断面図、 第３図と第４図はアルミニウム系ワイヤへのボールの形
成および超音波ボンディング状態を示ず説旧図、 第５図はアルミニウムボールのピンカース硬度と剥がれ
発生率およびボンディングダメージとの関係を示す図、 第６図はワイヤ組成とビッカース硬度との関係を示す図
である。 １・・・リード、２・・・タブ、３・・・ペレット、４
・・・接合層、５・・・アルミニウムバンド、６・・・
ボンディングワイヤ、６ａ・・・ボール部、７・・・イ
ンナーリード部、８・・・樹脂、９・・・電極、１０・
・・超音波ボンディングツール。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られたワ
    イヤを用いてなる半導体装置において、ワイヤに形成し
    たボール部の硬さがピンカース硬度約３０〜約５０であ
    ることを特徴とする半導体装置。 ２、前記ボール部のビッカース硬度が３５〜４２である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
    置。 ３、前記ワイヤが２重量％のシリコンを含むアルミニウ
    ムワイヤであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の半導体装置。 ４、前記ワイヤが１．５〜２重量％のマグネシウムを含
    むアルミニウムワイヤであることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の半導体装置。 ５、前記ボール部はそのボール形成後に急冷されて硬化
    されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
    導体装置。
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KR1019840005783A KR920008252B1 (ko) 1983-09-28 1984-09-21 반도체 장치 및 그 제조방법
IT22846/84A IT1176815B (it) 1983-09-28 1984-09-26 Dispositivo a semiconduttore e procedimento per la sua fabbricazione
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GB08424394A GB2146937B (en) 1983-09-28 1984-09-27 Semiconductor device and method of manufacturing the same
US07/067,969 US4845543A (en) 1983-09-28 1987-06-29 Semiconductor device and method of manufacturing the same
SG772/88A SG77288G (en) 1983-09-28 1988-11-18 Semiconductor device and method of manufacturing the same
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59139661A (ja) * 1983-01-31 1984-08-10 Hitachi Ltd 半導体装置

Patent Citations (1)

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JPS59139661A (ja) * 1983-01-31 1984-08-10 Hitachi Ltd 半導体装置

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