特開 2015-153907 半導体装置の製造方法及びワイヤボンディング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-153907(P2015-153907A)

(43)【公開日】2015年8月24日

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法及びワイヤボンディング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20150728BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/60 301G

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-26670(P2014-26670)

(22)【出願日】2014年2月14日

(71)【出願人】

【識別番号】000146722

【氏名又は名称】株式会社新川

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】丸矢 裕介

【テーマコード（参考）】

5F044

【Ｆターム（参考）】

5F044BB06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】過度にボンディング荷重を付与することを防止する。
【解決手段】（ａ）ワイヤボンディング装置１を用意する工程と、（ｂ）ボンディングツール４０をワイヤ４２の一部が、半導体デバイス１００の自由端に設けられた第１ボンド点としての電極１２５に当接する位置まで下降させる工程と、（ｃ）ボンディングツール４０を、ワイヤ４２の一部が電極に当接した状態で半導体デバイス１００の自由端を撓ませるようにさらに下降させる工程と、（ｄ）少なくとも超音波振動の付与によってワイヤ４２の一部を電極にボンディングする工程と、（ｅ）半導体デバイス１００の自由端を元の位置に戻すようにボンディングツール４０を上昇させる工程とを含む。（ｅ）において、ボンディングツール４０を下降させるときにボンディングツール４０に加わるボンディング荷重を検出し、当該検出結果に基づいて、ボンディングツール４０の下降距離を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ボンド点と第２ボンド点とが接続されるワイヤループを形成する半導体装置の製造方法であって、
（ａ）ワイヤを挿通するボンディングツールと、
前記ボンディングツールを介してボンディング対象に超音波振動を付与する超音波振動子と、
前記超音波振動子の超音波振動を前記ボンディングツールに伝達する超音波ホーンと、
前記ボンディングツールの先端に加わるボンディング荷重を検出する荷重センサと、
前記ボンディングツールの動作を制御する制御部と、
を含むワイヤボンディング装置を用意する工程と、
（ｂ）前記ボンディングツールを前記ワイヤの一部が、半導体デバイスの自由端に設けられた第１ボンド点としての電極に当接する位置まで下降させる工程と、
（ｃ）前記ボンディングツールを、前記ワイヤの一部が前記電極に当接した状態で前記半導体デバイスの自由端を撓ませるようにさらに下降させる工程と、
（ｄ）少なくとも超音波振動の付与によって前記ワイヤの一部を前記電極にボンディングする工程と、
（ｅ）前記半導体デバイスの自由端を元の位置に戻すように前記ボンディングツールを上昇させる工程と、
を含み、
前記（ｃ）において、前記ボンディングツールを下降させるときに前記ボンディングツールの先端に加わるボンディング荷重を検出し、当該検出結果に基づいて、前記ボンディングツールの下降距離を制御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（ｃ）は、前記検出されたボンディング荷重と所定のしきい値との関係に基づいて、前記ボンディングツールの下降距離を制御する工程を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記（ｃ）は、前記検出されたボンディング荷重が、前記所定のしきい値を超えたときに、前記ボンディングツールの下降を停止する工程を含む、請求項２記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記（ｃ）は、前記検出されたボンディング荷重が、所定のしきい値以下であるときに、前記ボンディングツールによる荷重と前記半導体デバイスの自由端からの反力とがつり合う位置で、前記ボンディングツールの下降を停止する工程を含む、請求項１記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記（ｅ）の後、前記ボンディングツールの先端から前記ワイヤを繰り出しながら前記ボンディングツールを所定の軌跡に沿って前記第２ボンド点へ移動させて、前記ワイヤを所定の形状に延出させる工程をさらに含む、請求項１記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記ワイヤの一部はボール状に形成され、前記（ｄ）において前記ワイヤのボール状に形成された一部を前記電極にボンディングすることによってデフォームドボールを形成する、請求項１記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

半導体デバイスの自由端に設けられた電極にワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置であって、
前記ワイヤを挿通するボンディングツールと、
前記ボンディングツールを介してボンディング対象に超音波振動を付与する超音波振動子と、
前記超音波振動子の超音波振動を前記ボンディングツールに伝達する超音波ホーンと、
前記ボンディングツールの先端に加わるボンディング荷重を検出する荷重センサと、
前記ボンディングツールの動作を制御する制御部と、
を含み、
前記荷重センサは、前記ボンディングツールを、前記ワイヤの一部が前記電極に当接した状態で前記半導体デバイスの自由端を撓ませるようにさらに下降させるときに、前記ボンディング荷重を検出し、
前記制御部は、当該検出結果に基づいて、前記ボンディングツールの下降距離を制御することを特徴とするワイヤボンディング装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記検出されたボンディング荷重と所定のしきい値との関係に基づいて、前記ボンディングツールの下降距離を制御することを含む、請求項７記載のワイヤボンディング装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記検出されたボンディング荷重が、前記所定のしきい値を超えたときに、前記ボンディングツールの下降を停止することを含む、請求項８記載のワイヤボンディング装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記検出されたボンディング荷重が、所定のしきい値以下であるときに、前記ボンディングツールによる荷重と前記半導体デバイスの自由端からの反力とがつり合う位置で前記ボンディングツールの下降を停止することを含む、請求項７記載のワイヤボンディング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の製造方法及びワイヤボンディング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造方法において、例えば半導体デバイスの電極と基板の配線とをワイヤによって電気的に接続するワイヤボンディングが広く用いられている。ワイヤボンディングの典型例においては、ボンディングツール（例えばキャピラリ）に挿通されるワイヤの先端にボールを形成し、ボンディングツールを半導体デバイスの電極に向かって下降させ、当該ボールに荷重及び超音波振動を付与し、こうして半導体デバイスの電極上にワイヤのボール部分をボンディングする。ボンディングされたボール部分（デフォームドボール）の形状は、荷重の大きさや超音波振動の時間などに依存するため、これらのパラメータを適切な範囲に調整することにより、デフォームドボールの形状を一定に保つことが要求される（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−６６１９１号公報

【0004】

一方、半導体デバイスの一態様として、例えば上層ダイが下層ダイ（又はスペーサ）からはみ出したもの（「オーバーハング」と呼ばれることがある。）が知られている。このような半導体デバイスでは、上層ダイのはみ出した部分に電極が設けられ、電極が設けられた部分が自由端となっている場合がある。そこで、このような半導体デバイスをワイヤボンディングするにあたっては、ボンディングツールを、ボールが電極に当接した状態で、半導体デバイスの自由端を撓ませて、所定の高さにおいて荷重及び超音波振動を付与してボンディングを行うことになる。ここで、半導体デバイスの自由端が正常に撓む状況にあれば、所定の形状のデフォームドボールを容易に生成することができる。

【0005】

しかしながら、例えば、半導体デバイスの自由端の直下に異物がある場合など、半導体デバイスの自由端が正常に撓む状況にない場合があり得る。このような場合において通常どおりボンディングツールを下降させようとすると、例えば異物によって自由端が撓まず、半導体デバイスの自由端からの反力が急激に大きくなるおそれがある。自由端からの反力が大きくなると、結果的にワイヤのボールに過度の荷重が加わってしまい、そのような過度の荷重を加えた状態で超音波振動を付与してしまう場合があった。これによって、例えばデフォームドボールの形状が大きくばらついたり、あるいは、デフォームドボールが潰れたりする場合があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明は、上記の課題を解決することができる半導体装置の製造方法及びワイヤボンディング装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様にかかる半導体装置の製造方法は、第１ボンド点と第２ボンド点とが接続されるワイヤループを形成する半導体装置の製造方法であって、（ａ）ワイヤを挿通するボンディングツールと、前記ボンディングツールを介してボンディング対象に超音波振動を付与する超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波振動を前記ボンディングツールに伝達する超音波ホーンと、前記ボンディングツールの先端に加わるボンディング荷重を検出する荷重センサと、前記ボンディングツールの動作を制御する制御部と、を含むワイヤボンディング装置を用意する工程と、（ｂ）前記ボンディングツールを前記ワイヤの一部が、半導体デバイスの自由端に設けられた第１ボンド点としての電極に当接する位置まで下降させる工程と、（ｃ）前記ボンディングツールを、前記ワイヤの一部が前記電極に当接した状態で前記半導体デバイスの自由端を撓ませるようにさらに下降させる工程と、（ｄ）少なくとも超音波振動の付与によって前記ワイヤの一部を前記電極にボンディングする工程と、（ｅ）前記半導体デバイスの自由端を元の位置に戻すように前記ボンディングツールを上昇させる工程と、を含み、前記（ｃ）において、前記ボンディングツールを下降させるときに前記ボンディングツールの先端に加わるボンディング荷重を検出し、当該検出結果に基づいて、前記ボンディングツールの下降距離を制御することを特徴とする。

【0008】

上記構成によれば、半導体デバイスの自由端に設けられた電極にワイヤをボンディングする方法において、ボンディングツールを下降させるときにボンディングツールに加わるボンディング荷重を検出し、当該検出結果に基づいて、ボンディングツールの下降距離を制御する。したがって、半導体デバイスの自由端が正常に撓む状況にない場合であっても、過度に荷重を付与することを防止し、そのような過度の荷重を加えた状態で超音波振動を付与することを防止することができる。よって、このような半導体デバイスについて、ワイヤと電極との良好な電気的接合を達成することができる。

【0009】

上記半導体装置の製造方法において、前記（ｃ）は、前記検出されたボンディング荷重と所定のしきい値との関係に基づいて、前記ボンディングツールの下降距離を制御する工程を含んでもよい。

【0010】

上記半導体装置の製造方法において、前記（ｃ）は、前記検出されたボンディング荷重が、前記所定のしきい値を超えたときに、前記ボンディングツールの下降を停止する工程を含んでもよい。

【0011】

上記半導体装置の製造方法において、前記（ｃ）は、前記検出されたボンディング荷重が、前記所定のしきい値以下であるときに、前記ボンディングツールによる荷重と前記半導体デバイスの自由端からの反力とがつり合う位置で、前記ボンディングツールの下降を停止する工程を含んでもよい。

【0012】

上記半導体装置の製造方法において、前記（ｅ）の後、前記ボンディングツールの先端から前記ワイヤを繰り出しながら前記ボンディングツールを所定の軌跡に沿って前記第２ボンド点へ移動させて、前記ワイヤを所定の形状に延出させる工程をさらに含んでもよい。

【0013】

上記半導体装置の製造方法において、前記ワイヤの一部はボール状に形成され、前記（ｄ）において前記ワイヤのボール状に形成された一部を前記電極にボンディングすることによってデフォームドボールを形成してもよい。

【0014】

本発明の一態様に係るワイヤボンディング装置は、半導体デバイスの自由端に設けられた電極にワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置であって、前記ワイヤを挿通するボンディングツールと、前記ボンディングツールを介してボンディング対象に超音波振動を付与する超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波振動を前記ボンディングツールに伝達する超音波ホーンと、前記ボンディングツールの先端に加わるボンディング荷重を検出する荷重センサと、前記ボンディングツールの動作を制御する制御部と、を含み、前記荷重検出センサは、前記ボンディングツールを、前記ワイヤの一部が前記電極に当接した状態で前記半導体デバイスの自由端を撓ませるようにさらに下降させるときに、前記ボンディング荷重を検出し、前記制御部は、当該検出結果に基づいて、前記ボンディングツールの下降距離を制御することを特徴とする。

【0015】

上記構成によれば、半導体デバイスの自由端に設けられた電極にワイヤをボンディングする装置において、ボンディングツールを、ワイヤの一部が電極に当接した状態で半導体デバイスの自由端を撓ませるようにさらに下降させるときにボンディングツールに加わるボンディング荷重を荷重センサによって検出し、制御部が当該検出結果に基づいてボンディングツールの下降距離を制御する。したがって、半導体デバイスの自由端が正常に撓む状況にない場合であっても、過度に荷重を付与することを防止し、そのような過度の荷重を加えた状態で超音波振動を付与することを防止することができる。よって、このような半導体デバイスについて、ワイヤと電極との良好な電気的接合を達成することができる。

【0016】

上記ワイヤボンディング装置において、前記制御部は、前記検出されたボンディング荷重と所定のしきい値との関係に基づいて、前記ボンディングツールの下降距離を制御することを含んでもよい。

【0017】

上記ワイヤボンディング装置において、前記制御部は、前記検出されたボンディング荷重が、前記所定のしきい値を超えたときに、前記ボンディングツールの下降を停止することを含んでもよい。

【0018】

上記ワイヤボンディング装置において、前記制御部は、前記検出されたボンディング荷重が、前記所定のしきい値以下であるときに、前記ボンディングツールによる荷重と前記半導体デバイスの自由端からの反力とがつり合う位置で前記ボンディングツールの下降を停止することを含んでもよい。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、半導体デバイスの自由端が正常に撓む状況にない場合であっても、過度に荷重を付与することを防止し、そのような過度の荷重を加えた状態で超音波振動を付与することを防止することができる。よって、このような半導体デバイスについて、ワイヤと電極との良好な電気的接合を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置を示した図である。

【図2】図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置のボンディングアームの平面における上面図及び下面図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るワイヤボンディング方法のフローチャートである。

【図4】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明するための図である。

【図5】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明するための図である。

【図6】図６は、本実施形態に係るワイヤボンディング方法に関するタイミングチャートである。

【図7】図７は、本実施形態に係るワイヤボンディング方法に関するタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。

【0022】

図１は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置を示した図であり、図２は、ワイヤボンディング装置におけるボンディングアームの一部拡大図であり、図２（Ａ）は、ボンディングアームの頂面図、図２（Ｂ）は、ボンディングアームの底面図である。

【0023】

図１に示すように、ワイヤボンディング装置１は、ＸＹ駆動機構１０、ボンディングアーム２０、超音波ホーン３０、ボンディングツール４０、荷重センサ５０、超音波振動子６０及び制御部８０を備える。

【0024】

ＸＹ駆動機構１０はＸＹ軸方向（平面方向）に移動可能に構成されており、ＸＹ駆動機構（リニアモータ）１０には、ボンディングアーム２０をＺ軸方向（上下方向）に移動可能なＺ駆動機構（リニアモータ）１２が設けられている。

【0025】

ボンディングアーム２０は、支軸１４に支持され、ＸＹ駆動機構１０に対して揺動自在に構成されている。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０から、ボンディング対象である半導体デバイス１００が置かれたボンディングステージ１６に延出するように略直方体に形成されている。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０に取り付けられるアーム基端部２２と、アーム基端部２２の先端側に位置して超音波ホーン３０が取り付けられるアーム先端部２４と、アーム基端部２２とアーム先端部２４とを連結して可撓性を有する連結部２３とを備える。この連結部２３は、ボンディングアーム２０の頂面２１ａから底面２１ｂの方向へ延出した所定幅のスリット２５ａ、２５ｂ、及び、ボンディングアーム２０の底面２１ｂから頂面２１ａの方向へ延出した所定幅のスリット２５ｃによって構成されている。このように、連結部２３が各スリット２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって局部的に薄肉部として構成されているため、アーム先端部２４はアーム基端部２２に対して撓むように構成されている。

【0026】

図１及び図２（Ｂ）に示すように、ボンディングアーム２０の底面２１ｂ側には、超音波ホーン３０が収容される凹部２６が形成されている。超音波ホーン３０は、ボンディングアーム２０の凹部２６に収容された状態で、アーム先端部２４にホーン固定ネジ３２によって取り付けられている。この超音波ホーン３０は、凹部２６から突出した先端部においてボンディングツール４０を保持しており、凹部２６には超音波振動を発生する超音波振動子６０が設けられている。超音波振動子６０によって超音波振動が発生し、これが超音波ホーン３０によってボンディングツール４０に伝達され、ボンディングツール４０を介してボンディング対象に超音波振動を付与することができる。超音波振動子６０、例えば、ピエゾ振動子である。

【0027】

また、図１及び図２（Ａ）に示すように、ボンディング２０の頂面２１ａ側には、頂面２１ａから底面２１ｂに向かって順番にスリット２５ａ及び２５ｂが形成されている。上部のスリット２５ａは、下部のスリット２５ｂよりも幅広に形成されている。そして、この幅広に形成された上部のスリット２５ａに、荷重センサ５０が設けられている。荷重センサ５０は、予圧用ネジ５２によってアーム先端部２４に固定されている。荷重センサ５０は、アーム基端部２２とアーム先端部２４との間に挟みこまれるように配置されている。すなわち、荷重センサ５０は、超音波ホーン３０の長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアーム２０の回転中心とアーム先端部２４における超音波ホーン３０の取付面（すなわち、アーム先端部２４におけるボンディングツール４０側の先端面）との間に取り付けられている。そして、上記のように、ボンディングツール４０を保持する超音波ホーン３０がアーム先端部２４に取り付けられているため、ボンディング対象からの反力によりボンディングツール４０の先端に荷重が加わると、アーム基端部２２に対してアーム先端部２４が撓み、荷重センサ５０において荷重を検出することが可能となっている。荷重センサ５０は、例えば、ピエゾ荷重センサである。

【0028】

ボンディングツール４０は、ワイヤ４２を挿通するためのものであり、例えば挿通穴が設けられたキャピラリである。この場合、ボンディングツール４０の挿通穴にボンディングに使用するワイヤ４２が挿通され、その先端からワイヤ４２の一部を繰り出し可能に構成されている。ボンディングツール４０は、バネ力等によって交換可能に超音波ホーン３０に取り付けられている。また、ボンディングツール４０の上方には、ワイヤクランパ４４が設けられ、ワイヤクランパ４４は所定のタイミングでワイヤ４２を拘束又は解放するよう構成されている。ワイヤクランパ４４のさらに上方には、ワイヤテンショナ４１が設けられ、ワイヤテンショナ４１はワイヤ４２を挿通し、ボンディング中のワイヤ４２に適度なテンションを付与するよう構成されている。

【0029】

ワイヤ４２の材料は、加工の容易さと電気抵抗の低さなどから適宜選択され、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等が用いられる。なお、ワイヤ４２は、トーチ電極（図示しない）によるスパーク（放電）によって、ボンディングツール４０の先端から延出したワイヤ４２の先端にボール４３を形成できるようになっている。

【0030】

制御部８０は、ＸＹ駆動機構１０、Ｚ駆動機構１２、超音波ホーン３０（超音波振動子６０）及び荷重センサ５０に接続されており、制御部８０によってこれらの構成の動作を制御することにより、ワイヤボンディングのための必要な処理を行うことができるようになっている。制御部８０は、例えばＸＹ駆動機構１０、Ｚ駆動機構１２、荷重センサ５０、超音波ホーン３０（超音波振動子６０）など、上記の各構成との間で信号の送受信を行うインタフェース（図示しない）を備えている。制御部８０は、荷重センサ５０によって検出されたボンディング荷重の検出結果を格納するよう構成され、このボンディング荷重の検出結果に基づいて、上記したワイヤボンディングのための処理にフィードバックさせるよう構成されている。具体的には、制御部８０は、ボンディング荷重の検出結果に基づいて、ボンディングツール４０のＸＹＺ軸方向の移動距離やＺ方向の荷重の制御、ボンディングツール４０に付与される超音波振動のタイミングや時間及びスクラブ動作の制御など、ボンディングツールの動作に関わる制御を行う。

【0031】

また制御部８０には、制御情報を入力するための操作部８２と、制御情報を出力するための表示部８４が接続されており、これにより作業者が表示部８４によって画面を認識しながら操作部８２によって必要な制御情報を入力することができるようになっている。なお、制御部８０は、ＣＰＵ及びメモリなどを備えるコンピュータ装置であり、メモリには予めワイヤボンディングに必要な処理を行うためのボンディングプログラムや荷重センサ５０からの検出結果のデータなどが格納される。

【0032】

次に、図３〜図７を参照して、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する。この半導体装置の製造方法は、ワイヤボンディング装置１を用いて半導体デバイス１００にワイヤボンディングする方法を含む。この半導体デバイス１００は、Ｚ方向の応力によって撓む自由端を備えている。

【0033】

ここで、図３は、ワイヤボンディング方法のフローチャートであり、図４（Ａ）〜（Ｃ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）はワイヤボンディングの処理を示したものである。また、図６及び図７は、ワイヤボンディング方法に関するタイミングチャートであり、図６が半導体デバイスの自由端の撓みが正常である場合の一例、図７がその自由端の撓みが正常ではない場合の一例を示したものである。図３のフローチャート中の時刻の表記ｔ１〜ｔ４、ｔ２´及びｔ３´は、図６及び７の横軸の同じ表記と対応している。本実施形態に係るワイヤボンディング方法によれば、図７のように半導体デバイスの自由端が正常に撓まない場合でも、ワイヤと電極とを良好に電気的に接続することができる。

【0034】

＜時刻ｔ０以前及び時刻ｔ０〜ｔ１の処理＞
まず、図１及び図４（Ａ）に示すように、ボンディングステージ１６に半導体デバイス１００を用意する。

【0035】

半導体デバイス１００は、電極が設けられた部分が自由端となっている、少なくとも１つの半導体ダイを備える半導体デバイス（すなわちオーバーハングデバイス）である。図４（Ａ）に示す例では、半導体デバイス１００は、基板１１０と、基板１１０上に搭載された下層半導体ダイ１２０と、下層半導体ダイ１２０上にスペーサ１２２を介して搭載された上層半導体ダイ１２４とを備え、ＸＹ平面視において、上層半導体ダイ１２４の一部がスペーサ１２２（及び下層半導体ダイ１２０）からはみ出して自由端を構成している。この自由端には、ワイヤがボンディングされる少なくとも１つの電極１２５が形成されている。また、基板１１０には、所定の配線パターンが形成されており、この配線パターンは、上層半導体ダイ１２４の電極１２５と電気的に接続するための配線１１１、及び、下層半導体ダイ１２０の電極１２１と電気的に接続するための配線１１３とを有している。本実施形態の例では、半導体デバイス１００の電極１２５が第１ボンド点であり、半導体デバイス１００の配線１１１が第２ボンド点である。また図４（Ａ）に示す例では、下層半導体ダイ１２０の電極１２１は、ワイヤ１１６を介して基板１１０の配線１１３に電気的に接続されている。上層半導体ダイ１２４、スペーサ１２２、下層半導体ダイ１２０及び基板１１０のそれぞれの間は、接着剤１１２によって相互に接着されていてもよい。なお、半導体デバイス１００の態様は本例に限定されるものではなく、例えば、スペーサ及び下層半導体ダイのいずれかが省略された構成であってもよく、また、下層半導体ダイの基板への電気的接続は例えばワイヤ以外のフリップチップボンディングによるものであってもよく、自由端を備えるものであればその態様は限定されるものではない。

【0036】

まず、図３及び図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ０において、ワイヤ４０の先端にボール４３を形成する（Ｓ１０）。具体的には、ボンディングツール４０の先端から延出したワイヤの一部に所定の高電圧を印加したトーチ電極（図示しない）を近づけて、当該ワイヤの一部とトーチ電極との間で放電を発生させる。こうして、図４（Ａ）に示すように、表面張力によって当該ワイヤ４２の先端に溶融したボール（フリーエアーボール）４３を形成する。ワイヤ４２の先端にボール４３を形成したら、ボンディングツール４０を、これからボンディングしようとする半導体デバイス１００の電極１２５に向かって下降させる。

【0037】

次に、ボンディングツール４０を下降させて、時刻ｔ１において、ボール４３を半導体デバイス１００の電極１２５に当接させる（Ｓ１１）。このとき、ボンディングツール４０（例えばボンディングツール４０から延出したワイヤの先端のＺ軸方向の位置）は高さＺ０に位置しており、図４（Ｂ）に示すように、半導体デバイス１００の自由端は撓まずに初期状態を保っている。

【0038】

＜時刻ｔ１〜ｔ４の処理＞
次に、ボール４３を電極１２５に当接した状態で、ボンディングツール４０をさらに下降させる（Ｓ１２）。すなわち、半導体デバイス１００の自由端を撓ませるように、ボンディングツール４０を高さＺ０から徐々に下降させていく。ここで、ボンディングツール４０を高さＺ０から下降させるとき、荷重センサ５０によってボンディングツール４０に加わるボンディング荷重を検出する。荷重センサ５０は、ボンディングツール４０の下降を停止させるまでの間、複数点の検出結果をサンプリングしてボンディング荷重を検出する。本実施形態のワイヤボンディング方法によれば、荷重センサ５０による検出結果に基づいて、ボンディングツール４０の下降距離を制御する。例えば、図３に示すように、ボンディングツール４０を下降させるときに荷重センサ５０によって検出したボンディング荷重の検出結果が、所定のしきい値Ｔｈを超えたか否かを判定することによってボンディングツール４０の下降距離を制御する（Ｓ１３）。

【0039】

以下、ボンディング荷重の検出結果がしきい値Ｔｈを超えない場合を図３、図４（Ｃ）、図５（Ａ）及び図６を参照しつつ説明し、他方、ボンディング荷重の検出結果がしきい値Ｔｈを超えた場合を図３及び図７を参照しつつ説明する。

【0040】

（ボンディング荷重の検出結果がしきい値Ｔｈを超えない場合）
図３に示すように、荷重センサ５０の検出結果がしきい値Ｔｈを超えない場合（Ｓ１３ ＮＯ）、すなわち、図６に示すようにボンディングツール４０をＺ０から下降させ続けても、ボンディング荷重の検出値がしきい値Ｔｈ以下の場合は、ボンディングツール４０を、ボンディングツール４０による荷重と半導体デバイス１００の自由端からの反力とがつり合う位置（高さＺ１）まで下降させ、時刻ｔ２において、このような高さＺ１に到達したらボンディングツール４０の下降を停止してボンディングを開始する（Ｓ１４）。このとき、半導体デバイス１００の自由端は、図４（Ｃ）に示すように撓んだ状態となっている。なお、ボンディングツール４０の移動目標時間（時刻ｔ２）や移動目標距離（高さＺ１）は、事前データ（例えば制御部８０のボンディングプログラムに予め格納したデータ）に基づいて設定してもよいし、あるいは、作業者がその場で入力することによって設定することも可能である。ボンディングが開始されると、図６に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ３にかけて超音波を作動させ、さらに、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけてスクラブ動作を作動させてワイヤ４０を電極１２５にボンディングする。なお、超音波及びスクラブ動作の時間は、上記の事前データに基づいて設定してもよいし、あるいは、作業者がその場で入力することによって設定してもよい。

【0041】

その後、図３に示すように、時刻ｔ３においてボンディングを終了し、ボンディングツール４０を上昇させる（Ｓ１５）。図５（Ａ）に示すように、半導体デバイス１００の自由端が元の位置に戻ろうとする反力に基づいて、ボンディングツール４０を上昇させることができる。こうして、時刻４において、半導体デバイス１００の自由端を元の位置に戻すことができる（Ｓ１６）。

【0042】

（ボンディング荷重の検出結果がしきい値Ｔｈを超える場合）
他方、図３に示すように、荷重センサ５０の検出結果がしきい値Ｔｈを超える場合（Ｓ１３ ＹＥＳ）、すなわち、図７に示すようにボンディングツール４０をＺ０から下降させ続けると、ある時点においてボンディング荷重の検出値がしきい値Ｔｈを超えてしまう場合は、しきい値Ｔｈを超えるタイミングに基づいてボンディングツール４０の下降を停止させる。例えば、ボンディング荷重の検出値がしきい値Ｔｈを超えるタイミングと略同時に、時刻ｔ２´において高さＺ２でボンディングツール４０の下降を停止させて、この時点でボンディングを開始する（Ｓ２０）。半導体デバイス１００の自由端の直下に異物がある場合などにおいては、自由端が正常に撓まずにボンディングツール４０の下降に追従しないことが生じ得、これによりボンディング荷重の検出結果が急激に増加してしまう。ボンディング荷重の検出値が大きいにも関わらず、さらにボンディングツール４０を下降させ続けると、過度の荷重を加えた状態でボンディングを行うおそれがある。これに対して本実施形態では、上記のように、荷重センサ５０のボンディング荷重の検出値としきい値Ｔｈとの関係に基づいてボンディングツール４０の下降を停止するので、このような弊害を防止することができる。

【0043】

なお、ボンディングツール４０の移動目標時間（時刻ｔ２´）や移動目標距離（高さＺ２）は、事前データ（例えば制御部８０のボンディングプログラムに予め格納したデータ）に基づく設定するものとは異なり、荷重センサ５０のボンディング荷重の検出結果に基づいて制御部８０による自動制御によって設定してもよいし、作業者がボンディング荷重の検出結果を目視で確認しながらその場で設定してもよい。いずれにしても、時刻ｔ２´は、事前データによる時刻ｔ２よりも前の時刻であり、また、高さＺ２は事前データによる高さＺ１よりも高い位置になる。

【0044】

ボンディングが開始されると、図７に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ３にかけて超音波を作動させ、さらに、時刻ｔ２´から時刻ｔ３にかけてスクラブ動作を作動させてワイヤ４０を電極１２５にボンディングする。なお、超音波及びスクラブ動作の時間は、上記の事前データに基づいて設定してもよいし、あるいは、作業者がその場で入力することによって設定してもよい。

【0045】

その後、図３に示すように、時刻ｔ３においてボンディングを終了する（ｔ３）。その後、半導体デバイス１００の自由端が元の位置に戻ろうとする反力に基づいて、ボンディングツール４０を上昇させる場合は、時刻ｔ３よりも後の時刻である時刻ｔ３´においてボンディングツール４０を上昇させる（Ｓ２２）。こうして、時刻４において、半導体デバイス１００の自由端を元の位置に戻すことができる（Ｓ１６）。

【0046】

＜時刻ｔ４以降の処理＞
図５（Ｂ）に示すように、電極１２５へのボンディングが終了すると、電極１２５上にはワイヤ４２のボール４３がボンディングによって変形したデフォームドボール４５が形成される。本実施形態に係るデフォームドボール４５は、上記のように半導体デバイス１００の自由端の撓み状況に関わらずに所望の形状に形成することができ、半導体デバイス１００に設けられる複数のデフォームドボール４５のばらつきを防止又は低減することができる。

【0047】

図３に示すように、ワイヤ４０を電極１２５にボンディングした後、ボンディングツール４０を所定の軌跡に沿って移動させる（Ｓ１７）。具体的には、図５（Ｂ）に示すように、ワイヤクランパ４４がワイヤ４２を解放した状態でボンディングツール４０の先端からワイヤ４２を繰り出しながら、ボンディングツール４０を第１ボンド点である電極１２５から上昇させ、その後、ボンディングツール４０を基板１１０の電極１１１に向かって所定の軌跡に沿って移動させる。上記した例によれば、半導体デバイス１００の自由端が元の位置を始点として、ワイヤ４２の軌跡を描くことになるのでワイヤのループ高さのばらつきも防止又は低減することができる。なお、ボンディングツール４０が描く所定の軌跡は、事前データに基づいて設定することができる。

【0048】

その後、第２ボンド点である配線１１１へのボンディング終了後、ワイヤクランパ４４がワイヤ４２を拘束した状態で、ボンディングツール４０を上昇させることによってワイヤ４２を切断する（Ｓ１８）。こうして、図５（Ｃ）に示すように、半導体デバイス１００において、電極１２５と配線１１１とをデフォームドボール４５及びルーピング後のワイヤ４６を介して電気的に接続し、ワイヤボンディングの一連の処理が終了する。その後、上記したＳ１１〜Ｓ１８（Ｓ１４〜Ｓ１５を経由するステップ及びＳ２０〜Ｓ２２を経由するステップのいずれかを含む）までの各処理を、半導体デバイス１００の次の自由端に設けられた電極に対して繰り返し行う。

【0049】

以上のとおり、本実施形態によれば、半導体デバイス１００の自由端に設けられた電極１２５にワイヤ４２をボンディングする方法において、ボンディングツール４０を下降させるときにボンディングツール４０に加わるボンディング荷重を検出し、当該検出結果に基づいて、ボンディングツール４０の下降距離を制御する。したがって、半導体デバイス１００の自由端が正常に撓む状況にない場合であっても、過度に荷重を付与することを防止し、そのような過度の荷重を加えた状態で超音波振動を付与することを防止することができる。よって、このような半導体デバイス１００について、ワイヤ４２と電極１２５との良好な電気的接合を達成することができる。

【0050】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。

【0051】

例えば、上記実施形態では、ボンディングツール４０の下降を開始した後に超音波を先に作動させて、ボンディングツール４０の下降を停止した後にスクラブ動作を作動させていたが、超音波及びスクラブ動作の作動期間はこの例に限るものではない。例えば、ボンディングツール４０をＺ０から下降させる途中（時刻ｔ１〜ｔ２の間の時刻）や下降を停止した後に超音波を作動させてもよいし、ボンディングツール４０の下降を停止する前（時刻ｔ２又はｔ２´よりも前の時刻）にスクラブ動作を作動させてもよい。

【0052】

また、ボンディングツール４０の単位時間当たりの下降距離又は上昇距離は、上記実施形態で示したように一定であってもよいし、あるいは変化させてもよい。例えば、ボンディングツール４０の下降において、Ｚ０からＺ１´（Ｚ１´は、Ｚ０とＺ１の間（又はＺ０とＺ２の間）の高さ）までの単位時間当たりの下降距離を、Ｚ１´からＺ１（又はＺ１´からＺ２）までの単位時間当たりの下降距離よりも小さくしてもよい。これにより、例えばワイヤのボールに急激に高い荷重を付加することを防止して、より良好なワイヤボンディングを行うことができる。

【0053】

上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0054】

１…ワイヤボンディング装置、４０…ボンディングツール（キャピラリ）、４２…ワイヤ、５０…荷重センサ、６０…超音波振動子、８０…制御部１００…半導体デバイス、１２５…電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】