JPS62136834A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS62136834A
JPS62136834A JP60278644A JP27864485A JPS62136834A JP S62136834 A JPS62136834 A JP S62136834A JP 60278644 A JP60278644 A JP 60278644A JP 27864485 A JP27864485 A JP 27864485A JP S62136834 A JPS62136834 A JP S62136834A
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JP
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ball
discharge electrode
electrode
gas atmosphere
wire
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JP60278644A
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English (en)
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Saneyasu Hirota
弘田　実保
Kazumichi Machida
一道 町田
Toshiharu Sugimura
杉村　敏治
Masaaki Shimotomai
下斗米　将昭
Seizo Omae
大前　誠蔵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にＩＣや
トランジスタなどの製造工程において、金属ワイヤを接
続するワイヤボンディングｎに関するものである。
〔従来の技術〕
第４図は従来のワイヤボンディング方法を模式的に示し
たものである。図において、１は金ワイヤ、２は半導体
チップ、３は半導体チップ２上に形成されたアルミ電極
、４は銀めっき等の表面処理が施された銅合金リード、
５はボンディングツールであるキャピラリチップである
。
従来のワイヤボンディング方法では、金ワイヤ１の先端
をアーク入熱で溶融させ、これを凝固させてボール部１
ａを形成し、このボール部１ａをアルミ電極３にボール
ボンディングした後（第４図（ａ）、　（ｂ）参照）、
金ワイヤ１の他端側をリード４にステッチボンディング
するようにしており（第４図（Ｃ１，（ｄ）参照）、又
ワイヤｌの接合には主として超音波併用熱圧着方式が用
いられている。
以上のように従来のこの種の半導体装置においては、ボ
ンディング用金属ワイヤとして金ワイヤが使用されてい
るが、この場合コストが高くつくことと、半導体チップ
２上のアルミ電極３との接合部の長期信頼性が低いとい
う欠点があるため、金に代わる材料及びそのボンディン
グ技術が種々検討されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ここで材料原価低減及び素子の長期信頼性向上という観
点から、金属ワイヤを金から銅に代える場合について考
える。金属ワイヤを電極にボンディングする場合、良好
な接合状態を得るためには金属ワイヤの硬さと電極の硬
さとが近似しているのが望ましい。従来の金ワイヤを用
いる場合には半導体チップのアルミ電極の硬さはビッカ
ース硬さで）ｌｖ３５〜４０であるが、一般の銅ワイヤ
の硬さはビッカース硬さでＨｖ６０以上であり、従って
一般の銅ワイヤをそのまま従来のアルミ電極に接合しよ
うとするとボンディング性が悪いという問題が生じ、こ
の問題を解消するため超音波出力を、例えば振幅０．２
〜０．３μｍ程度に増大させると、第５図に示されるよ
うに、アルミ電極３ａが接合部周囲に排斥されて銅ワイ
ヤ１０のボール１０ａが半導体チップ２に当り、電極３
及び半導体チップ２が損傷を受けるおそれがある。
この発明は、以上のような問題点を鑑み、電極及び半導
体チップが損傷を受けることなく、金属ワイヤと電極と
を良好に接合できる半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的としている。
ところで超音波併用熱圧着ボンディングにおける接合性
について見ると、良好な接合状態を得るためには、材料
表面の酸化皮膜等の吸着物を十分に破壊、除去すること
、及び接合界面における材料の塑性変形により、酸化膜
破壊後の新生面同志の接触面積を拡大することが極めて
重要である。
ここで金属ワイヤの表面酸化について見るとλ金表面は
酸化されにくいのに対し、銅、アルミニウム等はその表
面が酸化されやすいという性質を有し、そのため従来の
金以外のワイヤを用いる場合は、ボール形成については
これを不活性ガス雰囲気で行なっていたが、ボールボン
ディングについてはこれを大気中で行なうのが一般的で
あった。
従ってこのような従来のワイヤボンディング方法によっ
て銅ワイヤのボンディングを行なうようにすると、ボー
ル表面が酸化され、又同時にアルミ電極表面の酸化も進
行し、ワイヤと電極の硬さの違いに加え、この酸化膜が
原因になって良好なボンディング性が得られず、上述の
ように大きな超音波出力が必要であった訳である。
従って半導体チップの電極とリードとのワイヤボンディ
ングを行なう際に、金属ワイヤのボール形成及びポール
ボンディングを不活性ガス雰囲気中で行なうようにすれ
ば、ボール及び電極の表面酸化を防止でき、低い超音波
出力でもってポールボンディングできるものと考えられ
る。
しかるにこの場合、ボール形成前に不活性ガス雰囲気中
に放電電極を挿入し、ボール形成後これを取り出す必要
があるが、従来の製造方法では、幅２〜３ｍｍ、厚さ１
〜１．５ｍｏ＋程度の比較的大きく、平板状の放電電極
を用いるようにしていたので、この放電電極の出し入れ
の際に不活性ガス雰囲気中に酸素ガス等が混入する等、
不活性ガス雰囲気が乱されて、ボンディング性に悪影響
を与えることが懸念される。
〔問題点を解決するための手段〕
そこでこの発明は、半導体チップ上の電極とリードとを
金属ワイヤを用いて結線する半導体装置の製造方法にお
いて、金属ワイヤのボール形成及びポールボンディング
を不活性ガス雰囲気中で行ない、その際ボール形成に用
いる放電電極として、小径の棒状のものを用いるように
したものである。
〔作用〕 この発明においては、不活性ガス雰囲気中でボール形成
及びポールボンディングを行なうようにしたことから、
ボール及び電極の表面酸化が防止され、又放電電極とし
て小径の棒状のものを用いたことから、放電電極の出し
入れの際に不活性ガス雰囲気が乱されることがなく、こ
れにより低い超音波出力でもって金属ワイヤが半導体チ
ップの電極に良好にポールボンディングされるものであ
る。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第１図ないし第３図は本発明の一実施例による半導体装
置の製造方法を示す。図において、第４図及び第５図と
同一符号は同図と同一のものを示し、１０は銅ワイヤ、
１０ａはボール、１１は小径の棒状の放電電極で、該放
電電極１１は径ａ＝０．５〜１　、２ｍｍの略円形の断
面を有し、かつ上部に幅ｂ＝０．３〜１．０Ｉの平坦部
１１ａが形成されている。１２はアーク、１３は不活性
ガス雰囲気である。
本実施例の方法では、まず不活性ガス雰囲気１３を形成
し、この不活性ガス雰囲気１３に放電電極１１を挿入し
、該雰囲気１３中で銅ワイヤ１０と放電電極１１との間
に高電圧を印加する。すると銅ワイヤ１０と放電電極１
１との間に放電が起こってアーク１２が形成され、銅ワ
イヤＩＯの先端に熱が投与されてボールｔＯａが形成さ
れる。
こうしてボール１０ａが形成されると、上記不活性ガス
雰囲気１３中から放電電極１２を取り出すとともに、該
雰囲気１３中で、キャピラリチップ５を用いてボール１
０ａを半導体チップ２のアルミ電極３に押圧し、これに
振幅０．１μｍの超音波振動を印加する。するとボール
１０ａが変形してボール１０ａとアルミ電極３とが接合
されるので、その後従来と同様に銅ワイヤ１０の他端を
リード４にステッチボンディングする。
以上のような本実施例の方法では、ボール形成及びボー
ルボンディングを不活性ガス雰囲気中で行なうようにし
たので、ボール及びアルミ電極表面の酸化を防止でき、
又放電電極として小径の棒状のものを用いるようにした
ので、放電電極の出し入れの際に不活性ガス雰囲気が乱
されることがなく、その結果超音波出力として従来０．
２〜０．３μｍ程度の振幅が必要であったのが、０．１
μｍ程度の振幅で良く、電極及び半導体チップが損傷を
受けることなく、銅のワイヤを良好にアルミ電極に接合
でき、これにより現在ワイヤボンディングに用いられて
いる金ワイヤに代えて低廉な銅ワイヤの使用が可能とな
り、大幅な材料原価低減及び接合部の長期信頼性向上が
実現できる。
なお上記実施例では金属ワイヤとして銅ワイヤを用いた
場合について説明したが、この金属ワイヤの材料はパラ
ジウム、アルミニウム、銀あるいはこれらの低元素添加
合金、又は低元素添加銅合金であってもよい。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、半導体チップ上の電極と
リードとを金属ワイヤを用いて結線する半導体装置の製
造方法において、金属ワイヤのボール形成及びポールボ
ンディングを不活性ガス雰囲気中で行ない、その際、放
電電極として小径の棒状のものを用いるようにしたので
、電極及び半導体チップが損傷を受けることなく、金属
ワイヤと電極とを良好に接合でき、金ワイヤに代えて低
廉な金属ワイヤの使用が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
におけるアーク放電時の状態を示す図、第２図は上記方
法における放電電極１１の断面図、第３図（ａ）〜（ｄ
）は各々上記方法におけるワイヤボンディングを模式的
に示す図、第４図（ａｌ〜（ｄ）は各々従来の方法を示
す模式図、第５図は発明が解決しようとする問題点を説
明するための図である。 ２・・・半導体チップ、３・・・電極、４・・・リード
、１０・・・銅ワイヤ（金属ワイヤ）、１１・・・放電
電極、１１ａ・・・平坦部、１３・・・不活性ガス雰囲
気。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体チップ上の電極とリードとを金属ワイヤを
    用いて結線する半導体装置の製造方法において、 不活性ガス雰囲気中で、金属ワイヤと放電電極との間に
    高電圧を印加して金属ワイヤの先端に放電によってボー
    ルを形成するとともに、該ボールを半導体チップ上の電
    極にボンディングし、その際、放電電極として、小径の
    棒状のものを用いることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. （２）上記放電電極は、断面が径０．５〜１．２ｍｍの
    略円形で、かつ上部に幅０．３〜１．０ｍｍの平坦部が
    形成されたもの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の製造方法。
JP60278644A 1985-12-10 1985-12-10 半導体装置の製造方法 Pending JPS62136834A (ja)

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