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特許6800266半導体装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6800266
(24)【登録日】2020年11月26日
(45)【発行日】2020年12月16日
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/29 20060101AFI20201207BHJP
H01L 23/31 20060101ALI20201207BHJP
H01L 21/60 20060101ALI20201207BHJP
【ＦＩ】
H01L23/30 R
H01L21/60 301F
H01L21/60 301B
【請求項の数】6
【全頁数】265
(21)【出願番号】特願2019-75094(P2019-75094)
(22)【出願日】2019年4月10日
(62)【分割の表示】特願2017-35343(P2017-35343)の分割
【原出願日】2010年6月17日
(65)【公開番号】特開2019-134181(P2019-134181A)
(43)【公開日】2019年8月8日
【審査請求日】2019年4月17日
(31)【優先権主張番号】特願2009-145637(P2009-145637)
(32)【優先日】2009年6月18日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-149856(P2009-149856)
(32)【優先日】2009年6月24日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-153919(P2009-153919)
(32)【優先日】2009年6月29日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-206139(P2009-206139)
(32)【優先日】2009年9月7日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-241547(P2009-241547)
(32)【優先日】2009年10月20日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-241548(P2009-241548)
(32)【優先日】2009年10月20日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-241549(P2009-241549)
(32)【優先日】2009年10月20日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-241591(P2009-241591)
(32)【優先日】2009年10月20日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-256873(P2009-256873)
(32)【優先日】2009年11月10日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-256874(P2009-256874)
(32)【優先日】2009年11月10日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-256875(P2009-256875)
(32)【優先日】2009年11月10日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-256877(P2009-256877)
(32)【優先日】2009年11月10日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-256878(P2009-256878)
(32)【優先日】2009年11月10日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-256879(P2009-256879)
(32)【優先日】2009年11月10日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-256880(P2009-256880)
(32)【優先日】2009年11月10日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-266678(P2009-266678)
(32)【優先日】2009年11月24日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2010-556(P2010-556)
(32)【優先日】2010年1月5日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2010-40398(P2010-40398)
(32)【優先日】2010年2月25日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002310
【氏名又は名称】特許業務法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】▲芳▼我 基治
(72)【発明者】
【氏名】▲吉▼田 真悟
(72)【発明者】
【氏名】糟谷 泰正
(72)【発明者】
【氏名】永原 斗一
(72)【発明者】
【氏名】木村 明寛
(72)【発明者】
【氏名】藤井 賢治
【審査官】
川原 光司
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０３−１５７４４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−１９７８５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０４５０７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−０５５５３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第９９／０４２４４９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００８−１５９６０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０１−２０８８４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭６１−２８７１５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−１４２４５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−３１６４５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−０２１４２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／４４７−２１／４４９
Ｈ０１Ｌ ２１／５６
Ｈ０１Ｌ ２１／６０−２１／６０７
Ｈ０１Ｌ ２３／２８−２３／３１
Ｈ０１Ｌ ２５／００−２５／０７
Ｈ０１Ｌ ２５／１０−２５／１１
Ｈ０１Ｌ ２５／１６−２５／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ａｌを含有する材料からなる第１部材と、
Ｃｕからなり、前記第１部材と接合された第２部材と、
前記第１部材および前記第２部材を封止する樹脂パッケージと、
前記第２部材の全体を一体的に被覆する水分不透過膜とを備えている、半導体装置であって、
樹脂パッケージの材料に、Ｃｌ−（塩素イオン）を捕獲する性質を有するイオン捕獲成分として、ハイドロタルサイトまたはアンチモン−ビスマス系含水酸化物が含有されている、半導体装置。
Ｃｕからなり、前記第１部材と接合された第２部材と、
前記第１部材および前記第２部材を封止する樹脂パッケージと、
前記第２部材の全体を一体的に被覆する水分不透過膜とを備えている、半導体装置であって、
樹脂パッケージの材料に、Ｃｌ−（塩素イオン）を捕獲する性質を有するイオン捕獲成分として、ハイドロタルサイトまたはアンチモン−ビスマス系含水酸化物が含有されている、半導体装置。
【請求項2】
半導体チップをさらに含み、
前記第１部材は、前記半導体チップの表面に設けられたパッドであり、
前記第２部材は、前記パッドに一端部が接合されるワイヤである、請求項１に記載の半導体装置。
前記第１部材は、前記半導体チップの表面に設けられたパッドであり、
前記第２部材は、前記パッドに一端部が接合されるワイヤである、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
半導体チップをさらに含み、
前記第２部材は、前記半導体チップの表面に設けられたパッドであり、
前記第１部材は、前記パッドに一端部が接合されるワイヤである、請求項１に記載の半導体装置。
前記第２部材は、前記半導体チップの表面に設けられたパッドであり、
前記第１部材は、前記パッドに一端部が接合されるワイヤである、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項4】
半導体チップをさらに含み、
前記第２部材は、前記半導体チップの周囲に設けられるフレームであり、
前記第１部材は、前記フレームに一端部が接合されるワイヤである、請求項１に記載の半導体装置。
前記第２部材は、前記半導体チップの周囲に設けられるフレームであり、
前記第１部材は、前記フレームに一端部が接合されるワイヤである、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記水分不透過膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記水分不透過膜の厚さは、０．５μｍ〜３μｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置は、通常、半導体チップがボンディングワイヤとともに樹脂で封止（パッケージング）された状態で流通している。パッケージ内において、半導体チップの電極パッドと、樹脂パッケージから一部が露出する電極リードとが、ボンディングワイヤにより電気的に接続されている。したがって、実装基板の配線に対して電極リードを外部端子として接続することにより、半導体チップと実装基板との電気的な接続が達成される。
【0003】
電極パッドと電極リードとを結ぶボンディングワイヤとして、従来は主に金ワイヤが用いられているが、高価な金の使用を減らすべく、近年では、金ワイヤよりも安価な銅ワイヤの使用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１０−２６１６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、半導体装置が高湿環境下に置かれると、水分がパッケージ内部に浸入する場合がある。たとえば、ＰＣＴ（Pressure Cooker Test）やＨＡＳＴ（Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test）などの耐湿評価試験の実施中に、試験槽内の水蒸気がパッケージ内部に浸入しやすい。そして、近年主流のアルミニウム製の電極パッドに接続するワイヤとして銅ワイヤを用いた場合には、その浸入水分が電極パッドとボンディングワイヤとの接合界面に入り込むと、当該接合界面付近においてアルミニウムの腐食が進行しやすくなる。そのため、パッド−ワイヤ間において、電気的オープンが生じるおそれがある。
【0006】
本発明の目的は、アルミニウムを含有する材料からなる第１部材と銅からなる第２部材との間での導通不良の発生を防止することができる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の目的を達成するための本発明の半導体装置は、Ａｌを含有する材料からなる第１部材と、Ｃｕからなり、前記第１部材と接合された第２部材と、前記第１部材および前記第２部材を封止する樹脂パッケージとを備えている、半導体装置であって、樹脂パッケージの材料に、Ｃｌ−（塩素イオン）を捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が含有されている。
【0008】
そのため、第１部材と第２部材との接合部分において、ＡｌＣｕ合金（Ｃｕ９Ａｌ４）とＣｌ−との反応を抑制することができ、その反応生成物であるＡｌ２Ｏ３（アルミナ）の生成を防止することができる。その結果、第１部分と第２部分とがＡｌ２Ｏ３により絶縁分離されることを防止できる。すなわち、第１部材と第２部材との間での導通不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図143】図１４３は、第１２実施形態の実施例３〜７および比較例９〜１１において、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【図165】図１６５は、第１３実施形態の実施例２〜６および比較例６〜８において、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【図167】図１６７は、第１３実施形態の実施例７，８および比較例９〜１２において、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【図181】図１８１は、第１４実施形態の実施例１〜３および比較例１〜４において、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【図183】図１８３は、第１４実施形態の実施例４，５および比較例５〜９において、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【図185】図１８５は、第１４実施形態の実施例６〜８および比較例１０〜１３において、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。＜第１実施形態 図１〜図９＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の模式底面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。図３Ａは、図２の破線円Ａで囲まれる部分の要部拡大図である。図３Ｂは、図２の破線円Ｂで囲まれる部分の要部拡大図である。
【0011】
半導体装置１Ａは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ａは、半導体チップ２Ａと、半導体チップ２Ａを支持するダイパッド３Ａと、半導体チップ２Ａの周囲に配置された複数の電極リード４Ａと、半導体チップ２Ａと電極リード４Ａとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ａと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ａとを備えている。
【0012】
半導体チップ２Ａは、平面視四角状であり、たとえば、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造を有している。また、半導体チップ２Ａの厚さは、たとえば、２２０〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。半導体チップ２Ａの表面２１Ａ（厚さ方向一方面）は、図３Ａに示すように、表面保護膜７Ａで覆われている。
【0013】
表面保護膜７Ａには、多層配線構造における最上の配線層を露出させるためのパッド開口８Ａが複数形成されている。パッド開口８Ａは、平面視四角状であり、半導体チップ２Ａの各縁に同数ずつ設けられている。各パッド開口８Ａは、半導体チップ２Ａの各辺に沿って等間隔に配置されている。そして、配線層の一部が、半導体チップ２Ａの電極パッド９Ａとして、各パッド開口８Ａから露出されている。
【0014】
電極パッド９Ａとして露出する最上の配線層は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。一方、半導体チップ２Ａの裏面２２Ａ（厚さ方向他方面）には、たとえば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇなどを含む裏面メタル１０Ａが形成されている。
【0015】
ダイパッド３Ａは、たとえば、金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉを含む合金）からなり、平面視で半導体チップ２Ａよりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）である。また、ダイパッド３Ａの厚さは、たとえば、１９０〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。ダイパッド３Ａの表面３１Ａ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むパッドめっき層１１Ａが形成されている。
【0016】
そして、半導体チップ２Ａおよびダイパッド３Ａは、半導体チップ２Ａの裏面２２Ａおよびダイパッド３Ａの表面３１Ａが接合面として互いに対向した状態で、裏面２２Ａと表面３１Ａとの間に接合材１２Ａを介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２Ａは、表面２１Ａを上方に向けた姿勢でダイパッド３Ａに支持されている。
【0017】
接合材１２Ａは、たとえば、半田ペーストなどの導電性ペーストからなる。なお、接合材１２Ａとして、たとえば、銀ペースト、アルミナペーストなどの絶縁性ペーストを適用でき、その場合には、裏面メタル１０Ａおよび／またはパッドめっき層１１Ａは省略されてもよい。また、半導体チップ２Ａとダイパッド３Ａとが接合された状態において、接合材１２Ａの厚さは、たとえば、１０〜２０μｍである。
【0018】
ダイパッド３Ａの裏面３２Ａ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ａから露出されている。露出した他方面には、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１３Ａが形成されている。電極リード４Ａは、たとえば、ダイパッド３Ａと同じ金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉなどを含む）からなる。電極リード４Ａは、ダイパッド３Ａの各側面と直交する各方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられることにより、半導体チップ２Ａの周囲に配置されている。ダイパッド３Ａの各側面に対向する電極リード４Ａは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ａのダイパッド３Ａとの対向方向における長さは、たとえば、４５０〜５００μｍ（好ましくは、５００μｍ程度）である。電極リード４Ａの表面４１Ａ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むリードめっき層１４Ａが形成されている。
【0019】
一方、電極リード４Ａの裏面４２Ａ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ａから露出されている。露出した裏面４２Ａには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１５Ａが形成されている。ボンディングワイヤ５Ａは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５Ａは、線状に延びる円柱状の本体部５１Ａと、本体部５１Ａの両端に形成され、電極パッド９Ａおよび電極リード４Ａにそれぞれ接合されたパッド接合部５２Ａおよびリード接合部５３Ａとを有している。
【0020】
本体部５１Ａは、電極パッド９Ａ側の一端から半導体チップ２Ａの外側に上方へ膨らむ放物線状に湾曲し、他端において電極リード４Ａの表面４１Ａへ向かって鋭角に入射している。本体部５１Ａの最頂部における下端と半導体チップ２Ａの表面２１Ａとの間隔ｌは、たとえば、１５０〜１７０μｍ（好ましくは、１６０μｍ程度）である。パッド接合部５２Ａは、平面視で電極パッド９Ａよりも小さい。パッド接合部５２Ａは、厚さ方向他方側が電極パッド９Ａの表層部に均等に入り込む円板状のベース部５４Ａと、ベース部５４Ａの一方側から突出し、その先端が本体部５１Ａの一端に繋がる釣鐘状の突出部５５Ａとを一体的に有する断面視凸状である。
【0021】
リード接合部５３Ａは、本体部５１Ａに近い一端側が相対的に厚く、本体部５１Ａに遠い他端側に至るに従って相対的に薄くなる断面視くさび状である。そして、この半導体装置１Ａでは、半導体チップ２Ａの表面２１Ａおよび側面２８Ａ全体、ダイパッド３Ａの表面３１Ａおよび側面全体、電極リード４Ａの表面４１Ａおよび樹脂パッケージ６Ａ内の側面全体、ならびにボンディングワイヤ５Ａ全体が一体的な水分不透過絶縁膜１６Ａで被覆されている。
【0022】
水分不透過絶縁膜１６Ａは、水分の透過を防止可能な絶縁材料からなり、たとえば、層間絶縁膜材料として用いられる酸化シリコン、表面保護膜７Ａの材料として用いられる窒化シリコンなどからなる。また、水分不透過絶縁膜１６Ａは、表面保護膜７Ａよりも薄く、たとえば、０．５〜３μｍ厚である。そして、図３Ａに示すように、ボンディングワイヤ５Ａのパッド接合部５２Ａ付近では、水分不透過絶縁膜１６Ａは、平面視でパッド接合部５２Ａの外側にはみ出る電極パッド９Ａ全域およびパッド接合部５２Ａの表面全域を、表面保護膜７Ａの表面とともに一体的に被覆している。これにより、電極パッド９Ａとパッド接合部５２Ａとの接合界面（パッド接合界面１７Ａ）の周縁および電極パッド９Ａと表面保護膜７Ａとの接合界面（保護膜積層界面１８Ａ）の周縁が、全く露出することなく水分不透過絶縁膜１６Ａで被覆されることとなる。
【0023】
一方、図３Ｂに示すように、ボンディングワイヤ５Ａのリード接合部５３Ａ付近では、水分不透過絶縁膜１６Ａは、電極リード４Ａの表面４１Ａ（リードめっき層１４Ａ）全域およびリード接合部５３Ａの表面全域を一体的に被覆している。これにより、電極リード４Ａとリード接合部５３Ａとの接合界面（リード接合界面１９Ａ）の周縁が、全く露出することなく水分不透過絶縁膜１６Ａで被覆されることとなる。
【0024】
樹脂パッケージ６Ａとしては、エポキシ樹脂など公知の材料を適用することができる。樹脂パッケージ６Ａは、半導体装置１Ａの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ａの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．８５ｍｍ程度である。そして、半導体装置１Ａでは、半導体チップ２Ａの表面２１Ａと樹脂パッケージ６Ａの表面（上面）６１Ａとの間隔Ｌ１が、半導体チップ２Ａの側面２８Ａと樹脂パッケージ６Ａの側面６３Ａとの最短距離Ｗよりも小さい。具体的には、間隔Ｌ１が、たとえば、３７５〜４２５μｍ、好ましくは、４００μｍ程度であり、最短距離Ｗが、たとえば、８００〜１０００μｍ、好ましくは、９００μｍ程度である。
【0025】
また、間隔Ｌ１は、半導体チップ２Ａの表面２１Ａと樹脂パッケージ６Ａの裏面６２Ａ（ダイパッド３Ａの裏面３２Ａ）との距離Ｌ２（たとえば、４２５〜４７５μｍ、好ましくは、４５０μｍ程度）以下である。半導体装置１Ａは、上記のように、間隔Ｌ１が比較的小さくなるような大きさに設計されることにより、薄型のＱＦＮパッケージとして形成されている。
【0026】
図４Ａ〜図４Ｅは、図２の半導体装置の製造方法を工程順に説明するための模式断面図である。上記した半導体装置１Ａを製造するには、たとえば、まず、ダイパッド３Ａおよび電極リード４Ａとを一体的に有するユニットを複数備えるリードフレーム２０Ａが用意される。なお、図４Ａ〜図４Ｅでは、リードフレーム２０Ａの全体図は省略し、半導体チップ２Ａを１つ搭載するのに必要な１ユニット分のダイパッド３Ａおよび電極リード４Ａのみを示す。
【0027】
次いで、めっき法により、リードフレーム２０Ａの表面にＡｇなどの金属めっきが施される。これにより、パッドめっき層１１Ａおよびリードめっき層１４Ａが同時に形成される。次いで、図４Ａに示すように、接合材１２Ａを介して、リードフレーム２０Ａ上の全てのダイパッド３Ａに、半導体チップ２Ａがダイボンディングされる。続いて、ワイヤボンダ（図示せず）のキャピラリ２３Ａで保持されたボンディングワイヤ５Ａの先端部（一端部）に電流が印加されることにより、先端部にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成される。そして、キャピラリ２３Ａが電極パッド９Ａの直上に移動した後、降下し、ＦＡＢが電極パッド９Ａに接触する。その際、キャピラリ２３ＡからＦＡＢに荷重（図４Ａの白抜き矢印）および超音波（図４Ａのジグザグ線）が印加されることにより、キャピラリ２３Ａのチャンファ２４Ａの形状に応じてＦＡＢが変形する。こうして、ボンディングワイヤ５Ａの一端部がパッド接合部５２Ａとして電極パッド９Ａに接合されて、１ｓｔ接合が形成される。
【0028】
１ｓｔ接合後、キャピラリ２３Ａが一定の高さまで上昇し、電極リード４Ａの直上に移動する。そして、図４Ｂに示すように、キャピラリ２３Ａが再び降下して、ボンディングワイヤ５Ａが電極リード４Ａに接触する。その際、キャピラリ２３Ａからボンディングワイヤ５Ａに荷重（図４Ｂの白抜き矢印）および超音波（図４Ｂのジグザグ線）が印加されることにより、キャピラリ２３Ａのフェイス２５Ａの形状に応じてボンディングワイヤ５Ａが変形し、電極リード４Ａに接合される（ステッチボンド２６Ａおよびテイルボンド２７Ａの形成）。
【0029】
続いて、キャピラリ２３Ａが上昇し、キャピラリ２３Ａの先端から一定長のテイルが確保された状態で、ボンディングワイヤ５Ａがテイルボンド２７Ａの位置から引きちぎられる。これにより、ステッチボンド２６Ａされていたボンディングワイヤ５Ａの他端が、電極リード４Ａ上にリード接合部５３Ａとして残存して、２ｎｄ接合が形成される。その後は、図４Ｃに示すように、図４Ｂと同様の工程が行なわれて、全ての半導体チップ２Ａの各電極パッド９Ａと、各電極パッド９Ａに対応する電極リード４Ａとが、ボンディングワイヤ５Ａによって接続される。
【0030】
全てのワイヤボンディング終了後、図４Ｄに示すように、ＣＶＤ法により、たとえば、３５０〜４５０℃の温度条件下、半導体チップ２Ａ、ボンディングワイヤ５Ａおよび電極リード４Ａを含む、半導体装置１Ａの半製品に対して絶縁材料（酸化シリコン、窒化シリコンなど）が堆積される。これにより、半導体チップ２Ａの表面２１Ａおよび側面２８Ａ全体、ダイパッド３Ａの表面３１Ａおよび側面全体、電極リード４Ａの表面４１Ａおよび側面全体、ならびにボンディングワイヤ５Ａ全体を一体的に被覆する水分不透過絶縁膜１６Ａが形成される。
【0031】
なお、ＣＶＤ法としては、特に制限されず、たとえば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法など、公知のＣＶＤ法を適用することができる。次いで、図４Ｅに示すように、リードフレーム２０Ａが成形金型にセットされ、全ての半導体チップ２Ａがリードフレーム２０Ａとともに、樹脂パッケージ６Ａにより一括して封止される。そして、樹脂パッケージ６Ａから露出するダイパッド３Ａの裏面３２Ａおよび電極リード４Ａの裏面４２Ａに半田めっき層１３Ａ，１５Ａが形成される。最後に、ダイシングソーを用いて、リードフレーム２０Ａが樹脂パッケージ６Ａとともに各半導体装置１Ａのサイズに切断されることにより、図１および図２に示す半導体装置１Ａの個片が得られる。
【0032】
以上のように、この半導体装置１Ａによれば、半導体チップ２Ａの表面２１Ａ全体、ダイパッド３Ａの表面３１Ａ全体、電極リード４Ａの表面４１Ａ全体およびボンディングワイヤ５Ａ全体が一体的な水分不透過絶縁膜１６Ａで被覆されている。これにより、電極パッド９Ａとパッド接合部５２Ａとの接合界面（パッド接合界面１７Ａ）の周縁および電極パッド９Ａと表面保護膜７Ａとの接合界面（保護膜積層界面１８Ａ）の周縁が、全く露出することなく水分不透過絶縁膜１６Ａで被覆されることとなる。
【0033】
そのため、樹脂パッケージ６Ａ内部に水分が浸入しても、その水分を水分不透過絶縁膜１６Ａにより塞き止めることができるので、パッド接合界面１７Ａと水分との接触を抑制することができる。その結果、電極パッド９Ａの腐食の進行を抑制することができるので、パッド−ワイヤ間での電気的オープン（１ｓｔ接合での電気的オープン）を抑制することができる。よって、半導体装置１Ａの接続信頼性を向上させることができる。
【0034】
とくに、半導体装置１Ａのような薄型パッケージでは、半導体チップ２Ａ上のパッド接合部５２Ａが、樹脂パッケージ６Ａの表面６１Ａからパッケージ内部に浸入する水分に晒されやすい。しかし、そのような薄型パッケージの半導体装置１Ａにおいても、水分不透過絶縁膜１６Ａにより、半導体装置１Ａの接続信頼性を効果的に向上させることができる。
【0035】
具体的には、１ｓｔ接合での電気的オープンは、以下のプロセスで発生すると考えられる。たとえば、ＰＣＴやＨＡＳＴなどの耐湿評価試験の実施中に、樹脂パッケージ６Ａと、ダイパッド３Ａおよび電極リード４Ａとの隙間などから、水分（水蒸気）が樹脂パッケージ６Ａ内部へ浸入する場合がある。
【0036】
一方、パッド接合界面１７Ａにおいては、電極パッド９Ａの材料に含まれるＡｌのイオン化傾向と、ボンディングワイヤ５ＡのＣｕのイオン化傾向との差に起因して、イオン化傾向の大きいＡｌを含む電極パッド９Ａが陽極（アノード）、イオン化傾向の小さいＣｕを含むボンディングワイヤ５Ａが陰極（カソード）とされるボルタ電池が形成される。そして、パッド接合界面１７Ａに水分が接触すると、電極パッド９Ａとボンディングワイヤ５Ａとの間に微弱な電流が流れ、電極パッド９ＡのＡｌがイオン化し、ボンディングワイヤ５ＡのＣｕに電子を供給する反応が促進されるため、電極パッド９Ａの腐食が促進される。
【0037】
これに対し、この半導体装置１Ａでは、上記したように、樹脂パッケージ６Ａ内部に水分が浸入しても、その浸入水分とパッド接合界面１７Ａと接触を確実に抑制することができるので、電極パッド９Ａの腐食の進行を抑制することができる。また、この半導体装置１Ａでは、電極リード４Ａとリード接合部５３Ａとの接合界面（リード接合界面１９Ａ）の周縁が、全く露出することなく水分不透過絶縁膜１６Ａで被覆されることとなる。そのため、樹脂パッケージ６Ａ内部に水分が浸入しても、その水分を水分不透過絶縁膜１６Ａにより塞き止めることができるので、リード接合界面１９Ａと水分との接触を抑制することができる。その結果、リード−ワイヤ間における接続信頼性を保持することができる。
【0038】
また、水分の透過を防止する膜が絶縁膜であるため、半導体チップ２Ａの表面２１Ａに電極パッド９Ａを除く金属部分が露出していても、当該金属部分がチップ表面２１Ａ全体を覆う水分不透過絶縁膜１６Ａによって被覆される。そのため、当該金属部分と樹脂パッケージ６Ａ内部の浸入水分との接触を抑制することができる。その結果、当該金属部分の腐食を抑制することができる。また、当該金属部分、電極パッド９Ａおよびボンディングワイヤ５Ａなどの金属部材相互の電気的絶縁性を確保することができる。
【0039】
さらに、水分不透過絶縁膜１６Ａの形成に際して、従来から実績のある薄膜形成技術の一つであるＣＶＤ法が利用される。そのため、水分不透過絶縁膜１６Ａを簡単に形成することができる。また、ＣＶＤ法は段差被覆性に優れるため、電極パッド９Ａとパッド接合部５２Ａとの接合形態が複雑であっても、製膜条件を適当に制御することによって、水分不透過絶縁膜１６Ａを均一に形成することができる。
【0040】
また、水分不透過絶縁膜１６Ａが熱ＣＶＤ法で形成される場合には、熱ＣＶＤ法の低指向性により、図３Ｂに示すような、平面視ではボンディングワイヤ５Ａと電極リード４Ａとが重なって隠れるボンディングワイヤ５Ａの裏面側にも、水分不透過絶縁膜１６Ａを周り込ませることができる。その結果、ボンディングワイヤ５Ａ全体をより簡単に被覆することができる。
【0041】
また、製膜条件を制御して、水分不透過絶縁膜１６Ａの厚さを簡単に大きくすることができる。水分不透過絶縁膜１６Ａの厚さを大きくすることによって、電極パッド９Ａおよびパッド接合部５２Ａに伝わる衝撃を緩和することができる。その結果、電極パッド９Ａおよびパッド接合部５２Ａにおけるクラックの発生を抑制することができる。図５は、図２に示す半導体装置の変形例に係る半導体装置の模式断面図である。図６Ａは、図５の破線円Ａで囲まれる部分の要部拡大図である。図６Ｂは、図５の破線円Ｂで囲まれる部分の要部拡大図である。図５および図６Ａ，Ｂにおいて、図１〜図３Ａ，Ｂに示す各部に対応する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付している。また、以下では、同一の参照符号を付した部分についての詳細な説明を省略する。
【0042】
この半導体装置５０Ａでは、電極パッド９Ａ全体、ダイパッド３Ａの側面全体、電極リード４Ａの樹脂パッケージ６Ａ内の側面全体およびボンディングワイヤ５Ａ全体が一体的な水分不透過金属膜４３Ａで被覆されている。水分不透過金属膜４３Ａは、水分の透過を防止可能な金属材料からなり、たとえば、ニッケル、パラジウムなどからなり、好ましくは、ニッケルからなる。また、水分不透過金属膜４３Ａは、表面保護膜７Ａよりも薄く、たとえば、０．５〜３μｍ厚である。
【0043】
そして、図６Ａに示すように、ボンディングワイヤ５Ａのパッド接合部５２Ａ付近では、水分不透過金属膜４３Ａは、表面保護膜７Ａの表面を覆っておらず、平面視でパッド接合部５２Ａの外側にはみ出る電極パッド９Ａ全域およびパッド接合部５２Ａの表面全域を一体的に被覆している。これにより、電極パッド９Ａとパッド接合部５２Ａとの接合界面（パッド接合界面１７Ａ）の周縁が、全く露出することなく水分不透過金属膜４３Ａで被覆されることとなる。
【0044】
一方、図６Ｂに示すように、ボンディングワイヤ５Ａのリード接合部５３Ａ付近では、水分不透過金属膜４３Ａは、電極リード４Ａの表面４１Ａ（リードめっき層）全域およびリード接合部５３Ａの表面全域を一体的に被覆している。これにより、電極リード４Ａとリード接合部５３Ａとの接合界面（リード接合界面１９Ａ）の周縁が、全く露出することなく水分不透過金属膜４３Ａで被覆されることとなる。
【0045】
その他の構成は、前述の第１の実施形態の場合と同様である。図７Ａ〜図７Ｅは、図５の半導体装置の製造方法を工程順に説明するための模式断面図である。
まず、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、図４Ａ〜図４Ｃと同様の工程が行なわれて、リードフレーム２０Ａ上の全てのダイパッド３Ａ上に半導体チップ２Ａがダイボンディングされ、それら全ての半導体チップ２Ａの各電極パッド９Ａと、各電極パッド９Ａに対応する電極リード４Ａとが、ボンディングワイヤ５Ａによって接続される。
【0046】
全てのワイヤボンディング終了後、図７Ｄに示すように、無電解めっき法により、電極パッド９Ａ、ボンディングワイヤ５Ａおよび電極リード４Ａを含む、半導体装置５０Ａの半製品において露出する金属部分に対して、金属材料（ニッケル、パラジウムなど）のめっきが施される。これにより、少なくとも電極パッド９Ａ全体、ダイパッド３Ａの側面全体、電極リード４Ａの樹脂パッケージ６Ａ内の側面全体およびボンディングワイヤ５Ａ全体といった、ＣｕやＡｌからなる部分を一体的に被覆する水分不透過金属膜４３Ａが形成される。
【0047】
その後は、図７Ｅに示すように、図４Ｅと同様の工程が行われる。すなわち、リードフレーム２０Ａ上の全ての半導体チップ２Ａが、樹脂パッケージ６Ａにより一括して封止され、リードフレーム２０Ａが樹脂パッケージ６Ａとともに切断される。これにより、図５に示す半導体装置５０Ａの個片が得られる。以上のように、この半導体装置５０Ａによれば、電極パッド９Ａ全体、ダイパッド３Ａの側面全体、電極リード４Ａの樹脂パッケージ６Ａ内の側面全体およびボンディングワイヤ５Ａ全体が一体的な水分不透過金属膜４３Ａで被覆されている。
【0048】
これにより、電極パッド９Ａとパッド接合部５２Ａとの接合界面（パッド接合界面１７Ａ）の周縁が、全く露出することなく水分不透過金属膜４３Ａで被覆されることとなる。そのため、樹脂パッケージ６Ａ内部に水分が浸入しても、その水分を水分不透過金属膜４３Ａにより塞き止めることができるので、パッド接合界面１７Ａと水分との接触を抑制することができる。その結果、電極パッド９Ａの腐食の進行を抑制することができるので、パッド−ワイヤ間での電気的オープン（１ｓｔ接合での電気的オープン）を抑制することができる。よって、半導体装置５０Ａの接続信頼性を向上させることができる。
【0049】
また、この半導体装置５０Ａでは、電極リード４Ａとリード接合部５３Ａとの接合界面（リード接合界面１９Ａ）の周縁が、全く露出することなく水分不透過金属膜４３Ａで被覆されることとなる。そのため、樹脂パッケージ６Ａ内部に水分が浸入しても、その水分を水分不透過金属膜４３Ａにより塞き止めることができるので、リード接合界面１９Ａと水分との接触を抑制することができる。その結果、リード−ワイヤ間における接続信頼性を保持することができる。
【0050】
また、水分の透過を防止する膜が金属膜であるため、使用される材料の種類にもよるが、電極パッド９Ａおよび／またはボンディングワイヤ５Ａと、水分不透過金属膜４３Ａとの界面に合金を形成することができる。合金の形成により、水分不透過金属膜４３Ａの被膜性を高めることができる。とくに、ニッケル膜は化学的腐食に対する有効的な保護材料であり、また、低コストである。さらに、アルミニウムや銅と合金を作りやすい。したがって、ニッケル膜を用いれば、低コストで、被膜性に優れる水分不透過金属膜４３Ａを形成することができる。
【0051】
以上、本発明の第１実施形態について説明したが、この第１実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、前述の実施形態では、ＱＦＮタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明は、たとえば、図８に示すようなＱＦＰ（Quad Flat Package）タイプの半導体装置８０Ａ（図８において、７１は、樹脂パッケージ６Ａによって封止されたインナーリード７２Ａと、樹脂パッケージ６Ａから露出したアウターリード７３Ａとを一体的に備える電極リード７１Ａである。）にも適用することができる。この場合、ＣＶＤ法の実行に際して、アウターリード７３Ａの裏面７４Ａに絶縁材料が堆積するのを防止すべく、アウターリード７３Ａの裏面７４Ａにマスクを施すことが好ましい。その他、本発明は、ＳＯＰ（Small Outline Package）などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置に適用することもできる。
【0052】
また、水分不透過絶縁膜１６Ａは、上記したＣＶＤ法の他、たとえば、スピン塗布法などといった他の薄膜形成技術を利用して形成することもできる。また、水分不透過絶縁膜１６Ａは、電極パッド９Ａの表面全域およびパッド接合部５２Ａの表面全域のみを一体的に被覆していてもよい。そのような水分不透過絶縁膜１６Ａを形成するには、たとえば、全てのワイヤボンディング終了後、公知のポッティング技術などの方法により、パッド接合部５２Ａに絶縁材料を滴下すればよい。
【0053】
また、前述の実施形態では、水分不透過金属膜４３Ａが無電解めっき法により形成される場合を取り上げたが、水分不透過金属膜４３Ａは、電解めっき法により形成することもできる。たとえば、接合材１２Ａが導電性ペーストからなる場合において、水分不透過金属膜４３Ａを電解めっき法により形成すれば、図９に示す半導体装置９０Ａのように、接合材１２Ａの側面および電極リード４Ａの表面４１Ａも水分不透過金属膜４３Ａで被覆されることとなる。
【0054】
これに対し、接合材１２Ａが絶縁性ペーストからなる場合では、水分不透過金属膜４３Ａは、電極リード４Ａの表面４１Ａには形成されるものの、接合材１２Ａの側面には形成されない。＜第２実施形態 図１０〜図１７＞
この第２実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第２の背景技術に対する第２の課題を解決することもできる。
（１）第２の背景技術
半導体装置は、通常、半導体チップがボンディングワイヤとともに樹脂で封止（パッケージング）された状態で流通している。パッケージ内において、半導体チップの電極パッドと、樹脂パッケージから一部が露出する電極リードとが、ボンディングワイヤにより電気的に接続されている。したがって、実装基板の配線に対して電極リードを外部端子として接続することにより、半導体チップと実装基板との電気的な接続が達成される。
【0055】
ボンディングワイヤは、たとえば、図１６に示すキャピラリ９１Ｂを備えるワイヤボンダ（図示せず）を用いて、電極パッドおよび電極リードのそれぞれに接続される。 キャピラリ９１Ｂは、ボンディングワイヤ９０Ｂが挿通されるストレート孔９４Ｂが中心に形成された略円筒状であり、ワイヤボンディング時には、ストレート孔９４Ｂの先端からボンディングワイヤ９０Ｂが送り出される。
【0056】
キャピラリ９１Ｂの先端部には、ストレート孔９４Ｂの長手方向に対して略垂直な平面視円環状のフェイス部９３Ｂと、フェイス部９３Ｂからストレート孔９４Ｂの長手方向に窪むチャンファ部９５Ｂとが形成されている。チャンファ部９５Ｂの側面９７Ｂは、円錐面状に形成され、その断面形状がフェイス部９３Ｂの内周円からストレート孔９４Ｂの周面に至る直線状に延びている。
【0057】
そして、ボンディングワイヤと電極パッドとの接合である１ｓｔ接合を形成するには、たとえば、まず、キャピラリ９１Ｂで保持されたボンディングワイヤ９０Ｂの先端部に電流が印加され、それにより生じた火花の熱でワイヤ材料が溶かされる。溶けたワイヤ材料は、表面張力によりＦＡＢ（Free Air Ball）となる。次いで、キャピラリ９１Ｂが電極パッド９２Ｂの直上に移動した後、降下し、ＦＡＢが電極パッド９２Ｂに接触する。その際、キャピラリ９１ＢによりＦＡＢに荷重が印加されつつ、Ｙ７方向（以下、超音波印加方向Ｙ７）に沿ってＦＡＢに超音波が印加される。
【0058】
これにより、ＦＡＢの一部がフェイス部９３Ｂの下に広がり、他の一部がストレート孔９４Ｂ内に押し込まれるとともに、残りの部分がチャンファ部９５Ｂ内に残存する。こうして、キャピラリ９１Ｂの先端形状に応じて断面視凸状の１ｓｔ接合部９６Ｂが成形される。（２）第２の課題
ところが、図１６に示すキャピラリ９１Ｂのように、チャンファ部９５Ｂの側面９７Ｂの断面形状が直線状に延びている場合、チャンファ部９５Ｂの側面９７Ｂと、ストレート孔９４Ｂの周面およびフェイス部９３Ｂの端面との間に角が形成される。そのため、ボンディングワイヤ９０Ｂの接合時、超音波印加方向Ｙ７に沿う方向の応力が、１ｓｔ接合部９６Ｂにおけるチャンファ部９５Ｂ内の部分（具体的には、キャピラリ９１Ｂのホール径Ｈおよびチャンファ径ＣＤの平面投影線間の部分）の特定箇所に集中する場合がある。
【0059】
そのため、電極パッド９２Ｂおよびその下方の層間絶縁膜９８Ｂにおける、１ｓｔ接合部９６Ｂの応力集中箇所の直下の部分に応力が集中し、層間絶縁膜９８Ｂがひび割れて損傷するおそれがある。具体的には、ボンディングワイヤ９０Ｂが取り外された状態の層間絶縁膜９８Ｂにおける、キャピラリ９１Ｂのホール径Ｈおよびチャンファ径ＣＤの平面投影線間の部分において、超音波印加方向Ｙ７に沿って対向する損傷が発生する（図１６の下側の図を参照）。
【0060】
すなわち、この第２実施形態に係る発明は、電極パッドとボンディングワイヤとの接続に際して、電極パッドにかかる応力を緩和することにより、電極パッド下方での損傷の発生を抑制することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを、第２の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図１０は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。図１１は、樹脂パッケージを取り除いた図１０の半導体装置の平面分解図である。図１２Ａは、図１１の電極パッド付近の拡大図である。図１２Ｂは、図１２Ａの切断線Ｂ−Ｂで切断したときの断面図である。図１２Ｃは、図１２Ａの切断線Ｃ−Ｃで切断したときの断面図である。なお、図１２Ｂおよび図１２Ｃでは、ボンディングワイヤが外された状態の電極パッドの平面図を補足として示している。
【0061】
半導体装置１Ｂは、ＳＯＮ（Small Outline Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ｂは、半導体チップ２Ｂと、半導体チップ２Ｂを支持するダイパッド３Ｂと、半導体チップ２Ｂの周囲に配置された複数の電極リード４Ｂと、半導体チップ２Ｂと電極リード４Ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｂと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｂとを備えている。
【0062】
半導体チップ２Ｂは、平面視四角状であり、たとえば、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造を有している。また、半導体チップ２Ｂの厚さは、たとえば、２２０〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。半導体チップ２Ｂの表面２１Ｂ（厚さ方向一方面）は、図１２に示すように、表面保護膜７Ｂで覆われている。
【0063】
表面保護膜７Ｂには、多層配線構造における最上の配線層を露出させるためのパッド開口８Ｂが複数形成されている。パッド開口８Ｂは、平面視四角状であり、半導体チップ２Ｂにおいて互いに対向する１対の縁部に同数ずつ設けられている。各パッド開口８Ｂは、当該縁部に沿って等間隔に配置されている。そして、配線層の一部が、半導体チップ２Ｂの電極パッド９Ｂとして、各パッド開口８Ｂから露出されている。
【0064】
電極パッド９Ｂとして露出する最上の配線層は、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。電極パッド９Ｂの下方には、最上の配線層と、最上の配線層よりも下方の配線層（下層配線層）とを絶縁するための層間絶縁膜２３Ｂが形成されている。
【0065】
一方、半導体チップ２Ｂの裏面２２Ｂ（厚さ方向他方面）には、たとえば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇなどを含む裏面メタル１０Ｂが形成されている。ダイパッド３Ｂは、たとえば、金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉを含む合金）からなり、平面視で半導体チップ２Ｂよりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）である。また、ダイパッド３Ｂの厚さは、たとえば、１９０〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。ダイパッド３Ｂの表面３１Ｂ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むパッドめっき層１１Ｂが形成されている。
【0066】
そして、半導体チップ２Ｂおよびダイパッド３Ｂは、半導体チップ２Ｂの裏面２２Ｂおよびダイパッド３Ｂの表面３１Ｂが接合面として互いに対向した状態で、裏面２２Ｂと表面３１Ｂとの間に接合材１２Ｂを介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２Ｂは、表面２１Ｂを上方に向けた姿勢でダイパッド３Ｂに支持されている。
【0067】
接合材１２Ｂは、たとえば、半田ペーストなどの導電性ペーストからなる。なお、接合材１２Ｂとして、たとえば、銀ペースト、アルミナペーストなどの絶縁性ペーストを適用でき、その場合には、裏面メタル１０Ｂおよび／またはパッドめっき層１１Ｂは省略されてもよい。また、半導体チップ２Ｂとダイパッド３Ｂとが接合された状態において、接合材１２Ｂの厚さは、たとえば、１０〜２０μｍである。
【0068】
ダイパッド３Ｂの裏面３２Ｂ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｂから露出されている。露出した他方面には、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１３Ｂが形成されている。電極リード４Ｂは、たとえば、ダイパッド３Ｂと同じ金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉなどを含む）からなる。電極リード４Ｂは、ダイパッド３Ｂの４つの側面のうち、電極パッド９Ｂが配置される側の２つの側面と直交する方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられることにより、半導体チップ２Ｂの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｂの各側面に対向する電極リード４Ｂは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｂのダイパッド３Ｂとの対向方向における長さは、たとえば、２４０〜２６０μｍ（好ましくは、２５０μｍ程度）である。電極リード４Ｂの表面４１Ｂ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むリードめっき層１４Ｂが形成されている。
【0069】
一方、電極リード４Ｂの裏面４２Ｂ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｂから露出されている。露出した裏面４２Ｂには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１５Ｂが形成されている。ボンディングワイヤ５Ｂは、たとえば、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）、金などからなる。ボンディングワイヤ５Ｂは、線状に延びる円柱状の本体部５１Ｂと、本体部５１Ｂの両端に形成され、電極パッド９Ｂおよび電極リード４Ｂにそれぞれ接合されたパッド接合部５２Ｂおよびリード接合部５３Ｂとを有している。
【0070】
本体部５１Ｂは、電極パッド９Ｂ側の一端から半導体チップ２Ｂの外側に上方へ膨らむ放物線状に湾曲し、他端において電極リード４Ｂの表面４１Ｂへ向かって鋭角に入射している。パッド接合部５２Ｂは、平面視で電極パッド９Ｂよりも小さい。パッド接合部５２Ｂは、厚さ方向他方側が電極パッド９Ｂの表面に接触する略円板状のベース部５４Ｂと、ベース部の５４の一方側に形成された中間部としてのメサ部５５Ｂと、メサ部５５Ｂの一方側から突出し、その先端が本体部５１Ｂの一端に繋がる釣鐘状の突出部５６Ｂとを一体的に有する凸状である。
【0071】
凸状のパッド接合部５２Ｂの表面（ベース部５４Ｂの上面５７Ｂ、メサ部５５Ｂの側面５８Ｂおよび突出部５６Ｂの側面５９Ｂにより形成される面）は、角のない滑らかな形状に形成されている。具体的には、パッド接合部５２Ｂの中間に配置されるメサ部５５Ｂは、その一方側へ至るに従って小径となるように、全周にわたって均一な曲率でパッド接合部５２Ｂの内方へ膨らむように湾曲する、電極パッド９Ｂに対して垂直に切断したときの断面形状が非直線状の側面５８Ｂを有している。
【0072】
メサ部５５Ｂの上側の突出部５６Ｂは、メサ部５５Ｂの円形な上端をメサ部５５Ｂの側面５８Ｂに対する変曲線として、その一方側へ至るに従って小径となるように、全周にわたって均一な曲率でパッド接合部５２Ｂの外方へ膨らむように湾曲する側面５９Ｂを有している。そして、メサ部５５Ｂの下側のベース部５４Ｂは、メサ部５５Ｂの円形な下端に接する接線が全周にわたって集合した平面状の上面５７Ｂを有している。
【0073】
したがって、これらの面５７Ｂ〜５９Ｂが連続してなるパッド接合部５２Ｂの表面は、角のない滑らかな形状に形成される。このような形状のパッド接合部５２Ｂは、半導体装置１Ｂの製造過程において、たとえば、図１２に破線で示すキャピラリ１６Ｂを用いたワイヤボンディング法により形成することができる。
【0074】
半導体装置１Ｂの製造過程では、ダイパッド３Ｂおよび電極リード４Ｂとを一体的に有するユニットを複数備えるリードフレームが図１１のＸ２方向（以下、フレーム搬送方向Ｘ２（図１２において同じ））に搬送され、搬送されるリードフレームに対して、半導体チップ２Ｂの搭載、電極パッド９Ｂ−電極リード４Ｂ間のワイヤボンディングなどの処理が施されることによって、半導体装置１Ｂが製造される。
【0075】
そして、ワイヤボンディング工程では、キャピラリ１６Ｂを備えるワイヤボンダ（図示せず）が使用される。キャピラリ１６Ｂは、ボンディングワイヤ５Ｂが挿通されるストレート孔１７Ｂが中心に形成された略円筒状であり、ワイヤボンディング時には、ストレート孔１７Ｂの先端からボンディングワイヤ５Ｂが送り出される。
【0076】
キャピラリ１６Ｂの先端部には、ストレート孔１７Ｂの長手方向に対して略垂直であり、平面視でストレート孔１７Ｂに同心な円環状のフェイス部１８Ｂと、フェイス部１８Ｂからストレート孔１７Ｂの長手方向に窪むチャンファ部１９Ｂとが形成されている。チャンファ部１９Ｂの側面２０Ｂは、フェイス部１８Ｂの内周円からストレート孔１７Ｂの周面に至るまで、全周にわたって均一な曲率でストレート孔１７Ｂの内方へ膨らむ、断面視非直線状の湾曲線に形成されている。
【0077】
そして、このキャピラリ１６Ｂを用いてパッド接合部５２Ｂを形成するには、たとえば、まず、キャピラリ１６Ｂで保持されたボンディングワイヤ５Ｂの先端部（一端部）に電流が印加されることにより、先端部にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成される。次いで、キャピラリ１６Ｂが電極パッド９Ｂの直上に移動した後、電極パッド９Ｂとフェイス部１８Ｂとの平行を維持しながら降下し、ＦＡＢが電極パッド９Ｂに接触する。その際、キャピラリ１６ＢからＦＡＢに荷重が印加されつつ、フレーム搬送方向Ｘ２に直交するＹ２方向（以下、超音波印加方向Ｙ２（図１２において同じ））に沿って超音波が印加されることにより、ＦＡＢの一部がフェイス部１８Ｂの下方に広がってベース部５４Ｂが形成されるとともに、他の一部がストレート孔１７Ｂ内に押し込まれて突出部５６Ｂが形成される。そして、チャンファ部１９Ｂ内に残存した残りの部分によりメサ部５５Ｂが形成される。こうして、ボンディングワイヤ５Ｂの一端部がパッド接合部５２Ｂとして電極パッド９Ｂに接合されて、１ｓｔ接合が形成される。
【0078】
そして、キャピラリ１６Ｂを用いて形成されるパッド接合部５２Ｂでは、メサ部５５Ｂがチャンファ部１９Ｂの側面２０Ｂの形状に応じて成形されるため、メサ部５５Ｂの側面５８Ｂは、超音波印加方向Ｙ２に沿って切断したときの断面形状が、電極パッド９Ｂの垂線を対称軸とする線対称な双曲線（湾曲線）となるように形成される。リード接合部５３Ｂは、本体部５１Ｂに近い一端側が相対的に厚く、本体部５１Ｂに遠い他端側に至るに従って相対的に薄くなる断面視くさび状である。
【0079】
そして、この半導体装置１Ｂでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｂの表面２１Ｂおよび側面２８Ｂ全体、ダイパッド３Ｂの表面３１Ｂおよび側面全体、電極リード４Ｂの表面４１Ｂおよび樹脂パッケージ６Ｂ内の側面全体、ならびにボンディングワイヤ５Ｂ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２４Ｂで被覆されている。樹脂パッケージ６Ｂとしては、エポキシ樹脂など公知の材料を適用することができる。樹脂パッケージ６Ｂは、半導体装置１Ｂの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｂの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．６０〜０．７０ｍｍ、好ましくは、０．６５ｍｍ程度である。
【0080】
以上のように、この半導体装置１Ｂによれば、ボンディングワイヤ５Ｂのパッド接合部５２Ｂは、ストレート孔１７Ｂの内方へ膨らむ側面２０Ｂ（湾曲面）を有するチャンファ部１９Ｂを有するキャピラリ１６Ｂを用いて形成される。これにより、パッド接合部５２Ｂのメサ部５５Ｂの側面５８Ｂは、超音波印加方向Ｙ２に沿って切断したときの断面形状が、電極パッド９Ｂの垂線を対称軸とする線対称な双曲線（湾曲線）となるように形成される。
【0081】
たとえば、パッド接合部５２Ｂにおける、キャピラリ１６Ｂのチャンファ部１９Ｂの形状に応じて成形される部分の側面が、図１２に破線ａで示される平面や破線ｂで示されるパッド接合部５２Ｂの外方へ膨らむ湾曲面であると、メサ部５５Ｂの特定箇所に応力が集中する場合がある。これに対し、上記したような、パッド接合部５２Ｂの内方へ膨らむ側面５８Ｂのような湾曲面であれば、パッド接合部５２Ｂの形成時、パッド接合部５２Ｂのメサ部５５Ｂにかかる応力を、メサ部５５Ｂの特定箇所に集中させることなく、メサ部５５Ｂの側面５８Ｂ全体に分散させることができる。その結果、電極パッド９Ｂにかかる応力を緩和することができるので、電極パッド９Ｂ下方の層間絶縁膜２３Ｂにおける損傷の発生を抑制することができる。すなわち、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示すように、半導体装置１Ｂでは、ボンディングワイヤ５Ｂが外された状態の層間絶縁膜２３Ｂにおいて、目立った損傷が生じていない。
【0082】
また、メサ部５５Ｂの側面５８Ｂが、その全周にわたって均一な曲率で湾曲する湾曲面として形成されているので、メサ部５５Ｂにかかる応力を、メサ部５５Ｂの側面５８Ｂ全体に効率よく分散させることができる。そのため、電極パッド９Ｂにかかる応力を一層緩和することができる。そして、ボンディングワイヤ５Ｂが銅からなる場合について考えると、銅は金よりも硬くて変形し難いので、パッド接合部５２Ｂの形成にあたっては、荷重および超音波を、金ワイヤの場合よりも大きくする必要がある。
【0083】
そのため、パッド接合部５２Ｂのメサ部５５Ｂにかかる応力が、金ワイヤを用いた場合よりも大きくなり、その大きな応力が電極パッド９Ｂにかかると、層間絶縁膜２３Ｂが損傷するだけでなく、半導体チップ２Ｂにクラックが入るなど、大きな損傷が発生するおそれがある。しかし、上記のようなメサ部５５Ｂの側面５８Ｂの形状であれば、大きな応力がかかっても、その応力を効果的に緩和することができる。そのため、層間絶縁膜２３Ｂの損傷および半導体チップ２Ｂでのクラックの発生を抑制することができる。
【0084】
以上、本発明の第２実施形態について説明したが、この第２実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、前述の実施形態では、チャンファ部１９Ｂの側面２０Ｂは、その断面形状が、全周にわたって非直線状の湾曲線であったが、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、一部が湾曲線状であり、残りが直線状であってもよい。その場合、１ｓｔ接合における超音波は、側面２０Ｂにおける湾曲線状の部分に交差するＹ４方向（以下、超音波印加方向Ｙ４）に沿って印加すればよい。これにより、超音波印加方向Ｙ４に沿って切断したときの断面形状が湾曲線状の側面（湾曲面）４３と、超音波印加方向Ｙ４に交差する方向（たとえば、フレーム搬送方向Ｘ４）で切断したときの断面形状が直線状の側面（平面）４４とが、メサ部５５Ｂに形成されることとなる。
【0085】
また、メサ部５５Ｂにおける断面視非直線状の側面は、湾曲線状である必要はなく、たとえば、図１４に示すように、断面形状が曲線波形（たとえば、円弧波形、正弦波形など）での側面４５Ｂであってもよいし、図１５に示すように、断面形状が直線波形（たとえば、三角波形など）の側面４６Ｂであってもよい。これら側面４５Ｂおよび側面４６Ｂは、これらの形状に応じた側面２０Ｂが形成されたチャンファ部１９Ｂを備えるキャピラリ１６Ｂにより形成することができる。なお、図１４および図１５において、Ｙ５およびＹ６は、超音波印加方向Ｙ５およびＹ６をそれぞれ示し、Ｘ５およびＸ６は、フレーム搬送方向Ｘ５およびＸ６をそれぞれ示している。
【0086】
また、前述の実施形態では、ボンディングワイヤ５Ｂが水分不透過絶縁膜２４Ｂで被覆されている態様を例示したが、前述の第２の課題を解決するための第２の目的を少なくとも達成するのであれば、図１７に示すように、水分不透過絶縁膜２４Ｂが設けられていなくてもよい。また、前述の実施形態では、ＳＯＮタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明は、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置に適用することもでき
る。
＜第３実施形態 図１８〜図２６＞
この第３実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第３の背景技術に対する第３の課題を解決することもできる。
（１）第３の背景技術 半導体装置は、通常、半導体チップがボンディングワイヤとともに樹脂で封止（パッケージング）された状態で流通している。パッケージ内において、半導体チップの電極パッドと、樹脂パッケージから一部が露出する電極リードとが、ボンディングワイヤにより電気的に接続されている。したがって、実装基板の配線に対して電極リードを外部端子として接続することにより、半導体チップと実装基板との電気的な接続が達成される。
【0087】
電極パッドと電極リードとを結ぶボンディングワイヤとして、従来は主に金ワイヤが用いられているが、高価な金の使用を減らすべく、近年では、金ワイヤよりも安価な銅ワイヤの使用が検討されている。そして、ボンディングワイヤと電極パッドとの接合である１ｓｔ接合を形成するには、たとえば、まず、ワイヤボンダのキャピラリで保持されたワイヤの先端部に電流が印加され、それにより生じた火花の熱でワイヤ材料が溶かされる。溶けたワイヤ材料は、表面張力によりＦＡＢ（Free Air Ball）となる。
【0088】
次いで、キャピラリが電極パッドの直上に移動した後、降下し、ＦＡＢが電極パッドに接触する。その際、キャピラリにより、ＦＡＢに荷重および超音波が印加される。これにより、ＦＡＢがキャピラリの先端形状に応じて変形して、１ｓｔ接合部が形成される。（２）第３の課題
銅は金よりも熱伝導率および電気伝導率に優れるため、銅ワイヤの採用により、コストの低減とともに、ボンディングワイヤの熱伝導率および電気伝導率の向上が期待される。
【0089】
しかし、１ｓｔ接合の形成に際しては、一般的には熱伝導率が３〜５Ｗ／ｍ・Ｋのセラミックスベースの材料からなるキャピラリが用いられる。そのため、ワイヤの未溶融を防止してＦＡＢを安定して形成するには、ワイヤ線径に対して２．５倍程度の径を有するＦＡＢを狙って形成する必要がある。そのため、狭ピッチの電極パッドに対して太い銅ワイヤを使用すると、接合時に、ＦＡＢが電極パッドからはみ出るなどの不具合を生じる。したがって、使用する銅ワイヤの線径は、電極パッドのピッチおよびそのピッチに適切なＦＡＢ径から逆算して求められ、狭ピッチの電極パッドに接合する場合には、比較的細くする必要がある。その結果、銅ワイヤの優れた熱伝導率および電気伝導率を有効活用できないといった不具合がある。
【0090】
すなわち、この第３実施形態に係る発明は、銅からなるボンディングワイヤを用いることにより低コストで、しかも、ボンディングワイヤの熱伝導率および電気伝導率の向上を図ることができる半導体装置を提供することを第３の目的としている。また、銅からなるボンディングワイヤと、電極パッドとの接合にあたって、比較的小径の金属ボールを、ボンディングワイヤの先端部に安定して形成することができる半導体装置の製造方法を提供することをさらに別の目的としている。
（３）具体的な実施形態の開示
図１８は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の模式底面図である。図１９は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。図２０は、図１９の破線円で囲まれる部分の拡大図である。図２１は、パッド接合部の体積を求めるための概念図である。
【0091】
半導体装置１Ｃは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ｃは、半導体チップ２Ｃと、半導体チップ２Ｃを支持するダイパッド３Ｃと、半導体チップ２Ｃの周囲に配置された複数の電極リード４Ｃと、半導体チップ２Ｃと電極リード４Ｃとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｃと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｃとを備えている。
【0092】
半導体チップ２Ｃは、平面視四角状であり、たとえば、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造を有している。また、半導体チップ２Ｃの厚さは、たとえば、２２０〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。半導体チップ２Ｃの表面２１Ｃ（厚さ方向一方面）は、図２０に示すように、表面保護膜７Ｃで覆われている。
【0093】
表面保護膜７Ｃには、多層配線構造における最上の配線層を露出させるためのパッド開口８Ｃが複数形成されている。パッド開口８Ｃは、平面視四角状であり、半導体チップ２Ｃの各縁に同数ずつ設けられている。各パッド開口８Ｃは、半導体チップ２Ｃの各辺に沿って等間隔に配置されている。そして、配線層の一部が、半導体チップ２Ｃの電極パッド９Ｃとして、各パッド開口８Ｃから露出されている。
【0094】
電極パッド９Ｃとして露出する最上の配線層は、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。一方、半導体チップ２Ｃの裏面２２Ｃ（厚さ方向他方面）には、たとえば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇなどを含む裏面メタル１０Ｃが形成されている。
【0095】
ダイパッド３Ｃは、たとえば、金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉを含む合金）からなり、平面視で半導体チップ２Ｃよりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）である。また、ダイパッド３Ｃの厚さは、たとえば、１９０〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。ダイパッド３Ｃの表面３１Ｃ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むパッドめっき層１１Ｃが形成されている。
【0096】
そして、半導体チップ２Ｃおよびダイパッド３Ｃは、半導体チップ２Ｃの裏面２２Ｃおよびダイパッド３Ｃの表面３１Ｃが接合面として互いに対向した状態で、裏面２２Ｃと表面３１Ｃとの間に接合材１２Ｃを介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２Ｃは、表面２１Ｃを上方に向けた姿勢でダイパッド３Ｃに支持されている。
【0097】
接合材１２Ｃは、たとえば、半田ペーストなどの導電性ペーストからなる。なお、接合材１２Ｃとして、たとえば、銀ペースト、アルミナペーストなどの絶縁性ペーストを適用でき、その場合には、裏面メタル１０Ｃおよび／またはパッドめっき層１１Ｃは省略されてもよい。また、半導体チップ２Ｃとダイパッド３Ｃとが接合された状態において、接合材１２Ｃの厚さは、たとえば、１０〜２０μｍである。
【0098】
ダイパッド３Ｃの裏面３２Ｃ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｃから露出されている。露出した他方面には、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１３Ｃが形成されている。電極リード４Ｃは、たとえば、ダイパッド３Ｃと同じ金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉなどを含む）からなる。電極リード４Ｃは、ダイパッド３Ｃの各側面と直交する各方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられることにより、半導体チップ２Ｃの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｃの各側面に対向する電極リード４Ｃは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｃのダイパッド３Ｃとの対向方向における長さは、たとえば、２４０〜２６０μｍ（好ましくは、２５０μｍ程度）である。電極リード４Ｃの表面４１Ｃ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むリードめっき層１４Ｃが形成されている。
【0099】
一方、電極リード４Ｃの裏面４２Ｃ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｃから露出されている。露出した裏面４２Ｃには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１５Ｃが形成されている。ボンディングワイヤ５Ｃは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５Ｃは、線状に延びる円柱状の本体部５１Ｃと、本体部５１Ｃの両端に形成され、電極パッド９Ｃおよび電極リード４Ｃにそれぞれ接合されたパッド接合部５２Ｃおよびリード接合部５３Ｃとを有している。
【0100】
本体部５１Ｃは、電極パッド９Ｃ側の一端から半導体チップ２Ｃの外側に上方へ膨らむ放物線状に湾曲し、他端において電極リード４Ｃの表面４１Ｃへ向かって鋭角に入射している。パッド接合部５２Ｃは、平面視で電極パッド９Ｃよりも小さい。パッド接合部５２Ｃは、厚さ方向他方側が電極パッド９Ｃの表面に接触する略円柱状のベース部５４Ｃと、ベース部５４Ｃの一方側から突出し、先端が本体部５１Ｃの一端に繋がる略傘状の突出部５５Ｃとを一体的に有する断面視凸状である。
【0101】
また、ボンディングワイヤ５Ｃにおいて、本体部５１Ｃの線径Ｄｗ（本体部５１Ｃの直径）の３乗に対するパッド接合部５２Ｃの体積Ｖの比（Ｖ／（Ｄｗ）３）は、１．８〜５．６である。このパッド接合部５２Ｃの体積Ｖは、たとえば、略円柱状のベース部５４Ｃの体積Ｖｂおよび略傘状の突出部５５Ｃの体積Ｖｐを近似値として求め、それら近似値を足すことにより求めることができる。
【0102】
ベース部５４Ｃの体積Ｖｂは、図２１に示すように、ベース部５４Ｃを概念的に直径Ｄｂ、高さＨｂの円柱とし、その円柱の体積に基づいて近似値として求めることができる。したがって、Ｖｂ≒π（Ｄｂ／２）２・Ｈｂと表わすことができる。一方、突出部５５Ｃの体積Ｖｐは、突出部５５Ｃが円錐をベースとして、円錐の頂部を高さ方向が軸となる円柱状に形成してなる略傘状であることから、図２１に示すように、突出部５５Ｃを概念的に直径Ｄｐ、高さＨｐの円錐とし、その円錐の体積に基づいて近似値として求めることができる。したがって、Ｖｐ≒π・（Ｄｐ／２）２・Ｈｐ／３と表わすことができる。
【0103】
リード接合部５３Ｃは、本体部５１Ｃに近い一端側が相対的に厚く、本体部５１Ｃに遠い他端側に至るに従って相対的に薄くなる断面視くさび状である。そして、この半導体装置１Ｃでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｃの表面２１Ｃおよび側面２８Ｃ全体、ダイパッド３Ｃの表面３１Ｃおよび側面全体、電極リード４Ｃの表面４１Ｃおよび樹脂パッケージ６Ｃ内の側面全体、ならびにボンディングワイヤ５Ｃ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｃで被覆されている。
【0104】
樹脂パッケージ６Ｃとしては、エポキシ樹脂など公知の材料を適用することができる。樹脂パッケージ６Ｃは、半導体装置１Ｃの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｃの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．６０〜０．７０ｍｍ、好ましくは、０．６５ｍｍ程度である。図２２Ａ〜図２２Ｅは、図１９に示す半導体装置の製造方法を工程順に説明するための模式断面図である。
【0105】
上記した半導体装置１Ｃを製造するには、たとえば、まず、ダイパッド３Ｃおよび電極リード４Ｃとを一体的に有するユニットを複数備えるリードフレーム２０Ｃが用意される。なお、図２２Ａ〜図２２Ｅでは、リードフレーム２０Ｃの全体図は省略し、半導体チップ２Ｃを１つ搭載するのに必要な１ユニット分のダイパッド３Ｃおよび電極リード４Ｃのみを示す。
【0106】
次いで、めっき法により、リードフレーム２０Ｃの表面にＡｇなどの金属めっきが施される。これにより、パッドめっき層１１Ｃおよびリードめっき層１４Ｃが同時に形成される。次いで、図２２Ａに示すように、接合材１２Ｃを介して、リードフレーム２０Ｃ上の全てのダイパッド３Ｃに、半導体チップ２Ｃがダイボンディングされる。
【0107】
続いて、キャピラリ２３Ｃを備えるワイヤボンダ（図示せず）により、ボンディングワイヤ５Ｃのボンディングが行なわれる。ワイヤボンダに備えられるキャピラリ２３Ｃは、熱伝導率が、１５〜４５Ｗ／ｍ・Ｋ、好ましくは、１７〜４３Ｗ／ｍ・Ｋの材料からなる。具体的には、多結晶ルビー（熱伝導率が、たとえば、１７〜１９Ｗ／ｍ・Ｋ程度）や、単結晶ルビー（熱伝導率が、たとえば、４１〜４３Ｗ／ｍ・Ｋ程度）からなる。
【0108】
キャピラリ２３Ｃは、ボンディングワイヤ５Ｃが挿通されるストレート孔１７Ｃが中心に形成された略円筒状であり、ワイヤボンディング時には、ストレート孔１７Ｃの先端からボンディングワイヤ５Ｃが送り出される。キャピラリ２３Ｃの先端部には、ストレート孔１７Ｃの長手方向に対して略垂直であり、平面視でストレート孔１７Ｃに同心な円環状のフェイス部１８Ｃと、フェイス部１８Ｃからストレート孔１７Ｃの長手方向に窪むチャンファ部１９Ｃとが形成されている。
【0109】
チャンファ部１９Ｃの側面１６Ｃは、フェイス部１８Ｃの内周円とストレート孔１７Ｃの周面とを連接する円錐面状に形成されている。したがって、側面１６Ｃは断面視直線状であり、この実施形態では、その頂角（チャンファ角）が、たとえば、９０°とされている。そして、ワイヤボンディングに際しては、まず、キャピラリ２３Ｃで保持されたボンディングワイヤ５Ｃの先端部（一端部）に電流が印加されることにより、先端部に球状のＦＡＢ２４Ｃ（Free Air Ball）が形成される。印加電流Ｉは、本体部５１Ｃの線径Ｄｗが大きいほど、大きな値に設定され、たとえば、Ｄｗ＝２５μｍのときがＩ＝４０ｍＡであり、Ｄｗ＝３０μｍのときがＩ＝６０ｍＡであり、Ｄｗ＝３８μｍのときがＩ＝１２０ｍＡである。なお、電流の印加時間は、ＦＡＢ２４Ｃの直径Ｄｆに応じて、適切な長さに設定される。
【0110】
このようにして形成されるＦＡＢ２４Ｃの体積Ｖｆは、ＦＡＢ２４Ｃの直径Ｄｆを用いて、Ｖｆ＝４／３・π・（Ｄｆ／２）３と表わすことができる。次いで、図２２Ｂに示すように、キャピラリ２３Ｃが電極パッド９Ｃの直上に移動した後、降下し、ＦＡＢ２４Ｃが電極パッド９Ｃに接触する。その際、キャピラリ２３ＣからＦＡＢ２４Ｃに荷重（図２２Ｂの白抜き矢印）および超音波（図２２Ｂのジグザグ線）が印加される。印加荷重Ｗは、本体部５１Ｃの線径Ｄｗおよび目標とされるベース部５４Ｃの直径Ｄｂに応じて設定され、たとえば、Ｄｗ＝２５μｍ、Ｄｂ＝４６μｍのときがＷ＝８０ｇであり、Ｄｗ＝３０μｍ、Ｄｂ＝６０μｍのときがＷ＝１３０ｇであり、Ｄｗ＝３８μｍ、Ｄｂ＝８５μｍのときがＷ＝２４０ｇである。また、印加超音波は、装置の出力値で、たとえば、１２０ｋＨｚ、５０〜１２０ｍＡである。
【0111】
これにより、ＦＡＢ２４Ｃの一部がフェイス部１８Ｃの下方に広がってベース部５４Ｃが形成されるとともに、ＦＡＢ２４Ｃの残りの部分がストレート孔１７Ｃ内に押し込まれつつ、チャンファ部１９Ｃ内に残存して突出部５５Ｃが形成される。こうして、ボンディングワイヤ５Ｃの一端部がパッド接合部５２Ｃとして電極パッド９Ｃに接合されて、１ｓｔ接合が形成される。
【0112】
突出部５５Ｃには、チャンファ部１９Ｃの側面１６Ｃに沿った断面視平面状の円錐面が形成されることとなる。そのため、上記した突出部５５Ｃの体積Ｖｐの算出にあたっては、円錐の直径Ｄｐに代えてチャンファ部１９Ｃの径（チャンファ径）ＣＤを用いることができ、また、チャンファ角が９０°の場合には、高さＨｐに代えてＣＤ／２を用いることができる。
【0113】
１ｓｔ接合後、キャピラリ２３Ｃが一定の高さまで上昇し、電極リード４Ｃの直上に移動する。そして、図２２Ｃに示すように、キャピラリ２３Ｃが再び降下して、ボンディングワイヤ５Ｃが電極リード４Ｃに接触する。その際、キャピラリ２３Ｃからボンディングワイヤ５Ｃに荷重（図２２Ｃの白抜き矢印）および超音波（図２２Ｃのジグザグ線）が印加されることにより、キャピラリ２３Ｃのフェイス部１８Ｃの形状に応じてボンディングワイヤ５Ｃが変形し、電極リード４Ｃに接合される（ステッチボンド２６Ｃおよびテイルボンド２７Ｃの形成）。
【0114】
続いて、キャピラリ２３Ｃが上昇し、キャピラリ２３Ｃの先端から一定長のテイルが確保された状態で、ボンディングワイヤ５Ｃがテイルボンド２７Ｃの位置から引きちぎられる。これにより、ステッチボンドされていたボンディングワイヤ５Ｃの他端が、電極リード４Ｃ上にリード接合部５３Ｃとして残存して、２ｎｄ接合が形成される。その後は、図２２Ｄに示すように、図２２Ａ〜図２２Ｃと同様の工程が行なわれて、全ての半導体チップ２Ｃの各電極パッド９Ｃと、各電極パッド９Ｃに対応する電極リード４Ｃとが、ボンディングワイヤ５Ｃによって接続される。
【0115】
全てのワイヤボンディング終了後、図４Ｄと同様の方法により、水分不透過絶縁膜２５Ｃが形成される。水分不透過絶縁膜２５Ｃの形成後、図２２Ｅに示すように、リードフレーム２０Ｃが成形金型にセットされ、全ての半導体チップ２Ｃがリードフレーム２０Ｃとともに、樹脂パッケージ６Ｃにより一括して封止される。そして、樹脂パッケージ６Ｃから露出するダイパッド３Ｃの裏面３２Ｃおよび電極リード４Ｃの裏面４２Ｃに半田めっき層１３Ｃ，１５Ｃが形成される。最後に、ダイシングソーを用いて、リードフレーム２０Ｃが樹脂パッケージ６Ｃとともに各半導体装置１Ｃのサイズに切断されることにより、図１９に示す半導体装置１Ｃの個片が得られる。
【0116】
以上のように、上記した製造方法によれば、銅からなるボンディングワイヤ５ＣのＦＡＢ２４Ｃの形成に際して、熱伝導率が１５〜４５Ｗ／ｍ・Ｋの材料からなるキャピラリ２３Ｃが用いられる。これにより、ボンディングワイヤ５Ｃの本体部５１Ｃの線径Ｄｗに対する直径Ｄｆの大きさ（Ｄｆ／Ｄｗ）が１．５〜２．２倍といった、比較的小さな径のＦＡＢ２４Ｃを安定して形成することができる。例えば、線径Ｄｗ＝２５μｍの場合には、Ｄｆ／Ｄｗが１．５以上のＦＡＢ２４Ｃをより安定して形成することができ、線径Ｄｗ＝３０μｍの場合には、Ｄｆ／Ｄｗが１．８以上のＦＡＢ２４Ｃをより安定して形成することができ、線径Ｄｗ＝３８μｍの場合には、Ｄｆ／Ｄｗが１．９以上のＦＡＢ２４Ｃをより安定して形成することができる。
【0117】
そして、このような直径ＤｆのＦＡＢ２４Ｃの体積Ｖｆは、本体部５１Ｃの線径Ｄｗの３乗に対して１．８〜５．６倍（つまり、Ｖｆ／（Ｄｗ）３＝１．８〜５．６）である。そのため、上記した径のＦＡＢ２４Ｃがキャピラリ２３Ｃにより押し付けつつ超音波振動されることにより形成されるパッド接合部５２Ｃは、本体部５１Ｃの線径Ｄｗの３乗に対して１．８〜５．６倍の体積Ｖを有する。すなわち、本体部５１Ｃの線径Ｄｗの３乗に対するパッド接合部５２Ｃの体積Ｖの比（Ｖ／（Ｄｗ）３）が、１．８〜５．６となる。
【0118】
たとえば、以下の算出条件において、ＦＡＢ２４Ｃの体積Ｖｆおよびパッド接合部５２Ｃの体積Ｖをそれぞれ算出することにより、Ｖｆ≒Ｖであることが確認される。（算出条件）ＦＡＢ２４Ｃの直径Ｄｆ＝６０μｍ、キャピラリ２３Ｃのチャンファ径ＣＤ＝６６μｍ、チャンファ角＝９０°、パッド接合部５２Ｃのベース部５４Ｃの直径Ｄｂ＝７６μｍ、パッド接合部５２Ｃのベース部５４Ｃの高さＨｂ＝１８μｍ
この場合、ＦＡＢ２４Ｃの体積Ｖｆは、Ｖｆ＝４／３・π・（Ｄｆ／２）３＝４／３・π・（３０）３≒１１３，０４０μｍ３となる。
【0119】
一方、パッド接合部５２Ｃの体積Ｖは、（ベース部５４Ｃの体積Ｖｂ）＋（突出部５５Ｃの体積Ｖｐ）であることから、Ｖ＝｛π（Ｄｂ／２）２・Ｈｂ｝＋｛π（Ｄｐ／２）２・Ｈｐ／３｝となる。上記したように、Ｄｐ＝ＣＤ、Ｈｐ＝ＣＤ／２であることから、Ｖ＝｛π（７６／２）２・１８｝＋｛π（６６／２）２・（６６／２）／３｝≒８１，６１５＋３７６１４＝１１９，２２９μｍ３となる。
【0120】
（パッド接合部５２Ｃの体積Ｖ）−（ＦＡＢ２４Ｃの体積Ｖｆ）より、これらの体積の誤差は、６１８９μｍ３であり、これらの体積の５％程度である。そして、パッド接合部５２Ｃの体積Ｖが近似値である。したがって、パッド接合部５２Ｃの体積Ｖを算出することにより、パッド接合部５２Ｃの形成に用いられたＦＡＢ２４Ｃの体積Ｖｆを求めることができる。
【0121】
したがって、電極パッド９Ｃのピッチの大きさによらず、比較的太いボンディングワイヤを用いることができるため、ボンディングワイヤ５Ｃの熱伝導率および電気伝導率を向上させることができる。また、銅ワイヤが用いられているので、金ワイヤを用いる場合よりも、コストを低減することができる。また、ＦＡＢ２４Ｃ形成時の印加電流Ｉが、本体部５１Ｃの線径Ｄｗが大きいほど、大きな値に設定されるため、より真球に近いＦＡＢ２４Ｃを効率よく形成することができる。
【0122】
以上、本発明の第３実施形態について説明したが、この第３実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、前述の実施形態では、ＱＦＮタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明は、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置に適用することもできる。
【0123】
また、前述の実施形態では、ボンディングワイヤ５Ｃが水分不透過絶縁膜２５Ｃで被覆されている態様を例示したが、前述の第３の課題を解決するための第３の目的を少なくとも達成するのであれば、図２３に示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｃが設けられていなくてもよい。次に、この第３実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
＜実施例１＞
線径３８μｍの銅ボンディングワイヤをキャピラリ（多結晶ルビー製 熱伝導率：１７．７Ｗ／ｍ・Ｋ）で保持し、その先端部に１２０ｍＡの電流を６５０μｓｅｃ印加することにより、７０μｍ径のＦＡＢ（ＦＡＢ径／線径＝１．８４ ＦＡＢ体積／（線径）３＝３．２７）を作製した。以上の操作を２００本の銅ボンディングワイヤのそれぞれに行なった。
【0124】
次いで、各ボンディングワイヤのＦＡＢを、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて電子線走査し、それによって検出された情報を画像処理してＳＥＭ画像を得た。得られたＳＥＭ画像を観察することにより、各ＦＡＢの形状が下記のいずれのモードであるかを判別した。各形状モードのＳＥＭ画像を図２４に示す。図２４において、各ＳＥＭ画像の左上に示す数字は、当該モードのボンディングワイヤの本数を示している。たとえば、真球モードの「１６８／２００」は、ボンディングワイヤ２００本中、ＦＡＢの形状が真球モードであったボンディングワイヤが１６８本あったことを示している。（形状モードの種類）
真球：ＦＡＢが真球状であり、その中心がボンディングワイヤの軸上に位置している。
【0125】
オフセンター：ＦＡＢが真球状であるが、その中心がボンディングワイヤの軸上に対してややずれて位置している。クラブ：ＦＡＢがゴルフクラブのヘッドに類似した形状である。
未溶融：ボンディングワイヤが十分に溶融せず、ＦＡＢを形成できなかった。
＜実施例２〜９＞
線径の異なる３種類の銅ボンディングワイヤ（線径＝３８μｍ、３０μｍおよび２５μｍ）のそれぞれに、実施例５を除いて、実施例１と同じキャピラリを用いてＦＡＢを作製した。なお、実施例５では、単結晶ルビー製 熱伝導率４３．０Ｗ／ｍ・Ｋのキャピラリを用いた。
【0126】
その後は、実施例１と同様の方法により、各ボンディングワイヤのＦＡＢのＳＥＭ画像を観察することにより、各ＦＡＢの形状が下記のいずれのモードであるかを判別した。得られたＳＥＭ画像を図２４〜図２６に示す。なお、ワイヤの線径、ＦＡＢ径および電流印加条件は、各図に示した通りである。＜比較例１＞
線径３８μｍの銅ボンディングワイヤをキャピラリ（セラミックス製 熱伝導率：４．２Ｗ／ｍ・Ｋ）で保持し、その先端部に１２０ｍＡの電流を６５０μｓｅｃ印加することにより、７０μｍ径のＦＡＢ（ＦＡＢ径／線径＝１．８４ ＦＡＢ体積／（線径）３＝３．２７）を作製した。以上の操作を２００本の銅ボンディングワイヤのそれぞれに行なった。
【0127】
その後は、実施例１と同様の方法により、各ボンディングワイヤのＦＡＢのＳＥＭ画像を観察することにより、各ＦＡＢの形状が下記のいずれのモードであるかを判別した。各形状モードのＳＥＭ画像を図２４に示す。＜比較例２〜８＞
線径の異なる３種類の銅ボンディングワイヤ（線径＝３８μｍ、３０μｍおよび２５μｍ）のそれぞれに、比較例１と同じキャピラリを用いてＦＡＢを作製した。
【0128】
その後は、実施例１と同様の方法により、各ボンディングワイヤのＦＡＢのＳＥＭ画像を観察することにより、各ＦＡＢの形状が下記のいずれのモードであるかを判別した。得られたＳＥＭ画像を図２４〜図２６に示す。なお、ワイヤの線径、ＦＡＢ径および電流印加条件は、各図に示した通りである。＜評価＞
実施例１〜９に示すように、熱伝導率が１７．７Ｗ／ｍ・Ｋおよび４３．０Ｗ／ｍ・Ｋのキャピラリを用いて、ワイヤの線径に対する径の大きさ（ＦＡＢ径／線径）が１．５〜２．２倍のＦＡＢを狙って形成した場合、銅ボンディングワイヤの未溶融といった不良モードを生じることなく、真球モード、オフセンターモードおよびクラブモードのいずれかのモードのＦＡＢを確実に形成できることが確認できた。これにより、ボンディングワイヤの線径の３乗に対して１．８〜５．６倍の体積（ＦＡＢ体積／（線径）３＝１．８〜５．６）を有する、比較的小さな径のＦＡＢを安定して形成することが確認できた。
＜第４実施形態 図２７〜図３６＞
この第４実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第４の背景技術に対する第４の課題を解決することもできる。
（１）第４の背景技術 半導体装置は、通常、半導体チップがボンディングワイヤとともに樹脂で封止（パッケージング）された状態で流通している。パッケージ内において、半導体チップの電極パッドと、樹脂パッケージから一部が露出する電極リードとが、ボンディングワイヤにより電気的に接続されている。したがって、実装基板の配線に対して電極リードを外部端子として接続することにより、半導体チップと実装基板との電気的な接続が達成される。
【0129】
電極パッドと電極リードとを結ぶボンディングワイヤとして、従来は主に金ワイヤが用いられているが、高価な金の使用を減らすべく、近年では、金ワイヤよりも安価な銅ワイヤの使用が検討されている。そして、ボンディングワイヤと電極パッドとの接合である１ｓｔ接合を形成するには、たとえば、まず、ワイヤボンダのキャピラリで保持されたワイヤの先端部に電流が印加され、それにより生じた火花の熱でワイヤ材料が溶かされる。溶けたワイヤ材料は、表面張力によりＦＡＢ（Free Air Ball）となる。
【0130】
次いで、キャピラリが電極パッドの直上に移動した後、降下し、ＦＡＢが電極パッドに接触する。その際、キャピラリにより、一定の荷重および超音波がＦＡＢに印加される。これにより、ＦＡＢがキャピラリの先端形状に応じて変形して、１ｓｔ接合部が形成される。（２）第４の課題
ところが、銅は金よりも硬くて変形し難いので、銅ワイヤを、金ワイヤと同じ接合条件（荷重および超音波の大きさなど）で１ｓｔ接合すると、銅ワイヤと電極パッドとが良好に接合できず、接合不良を生じるおそれがある。
【0131】
すなわち、この第４実施形態に係る発明は、電極パッドに対する銅ボンディングワイヤの接合不良を抑制することができるワイヤボンディング方法およびその方法を利用して作製された半導体装置を提供することを第４の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図２８７は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の模式底面図である。図２８８は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。図２８９は、図２８８の破線円で囲まれる部分の拡大図である。
【0132】
半導体装置１Ｄは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ｄは、半導体チップ２Ｄと、半導体チップ２Ｄを支持するダイパッド３Ｄと、半導体チップ２Ｄの周囲に配置された複数の電極リード４Ｄと、半導体チップ２Ｄと電極リード４Ｄとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｄと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｄとを備えている。
【0133】
半導体チップ２Ｄは、平面視四角状であり、たとえば、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造を有している。また、半導体チップ２Ｄの厚さは、たとえば、２２０〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。半導体チップ２Ｄの表面２１Ｄ（厚さ方向一方面）は、図２９に示すように、表面保護膜７Ｄで覆われている。
【0134】
表面保護膜７Ｄには、多層配線構造における最上の配線層を露出させるためのパッド開口８Ｄが複数形成されている。パッド開口８Ｄは、平面視四角状であり、半導体チップ２Ｄの各縁に同数ずつ設けられている。各パッド開口８Ｄは、半導体チップ２Ｄの各辺に沿って等間隔に配置されている。そして、配線層の一部が、半導体チップ２Ｄの電極パッド９Ｄとして、各パッド開口８Ｄから露出されている。
【0135】
電極パッド９Ｄとして露出する最上の配線層は、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。一方、半導体チップ２Ｄの裏面２２Ｄ（厚さ方向他方面）には、たとえば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇなどを含む裏面メタル１０Ｄが形成されている。
【0136】
ダイパッド３Ｄは、たとえば、金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉを含む合金）からなり、平面視で半導体チップ２Ｄよりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）である。また、ダイパッド３Ｄの厚さは、たとえば、１９０〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。ダイパッド３Ｄの表面３１Ｄ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むパッドめっき層１１Ｄが形成されている。
【0137】
そして、半導体チップ２Ｄおよびダイパッド３Ｄは、半導体チップ２Ｄの裏面２２Ｄおよびダイパッド３Ｄの表面３１Ｄが接合面として互いに対向した状態で、裏面２２Ｄと表面３１Ｄとの間に接合材１２Ｄを介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２Ｄは、表面２１Ｄを上方に向けた姿勢でダイパッド３Ｄに支持されている。
【0138】
接合材１２Ｄは、たとえば、半田ペーストなどの導電性ペーストからなる。なお、接合材１２Ｄとして、たとえば、銀ペースト、アルミナペーストなどの絶縁性ペーストを適用でき、その場合には、裏面メタル１０Ｄおよび／またはパッドめっき層１１Ｄは省略されてもよい。また、半導体チップ２Ｄとダイパッド３Ｄとが接合された状態において、接合材１２Ｄの厚さは、たとえば、１０〜２０μｍである。
【0139】
ダイパッド３Ｄの裏面３２Ｄ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｄから露出されている。露出した他方面には、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１３Ｄが形成されている。電極リード４Ｄは、たとえば、ダイパッド３Ｄと同じ金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉなどを含む）からなる。電極リード４Ｄは、ダイパッド３Ｄの各側面と直交する各方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられることにより、半導体チップ２Ｄの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｄの各側面に対向する電極リード４Ｄは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｄのダイパッド３Ｄとの対向方向における長さは、たとえば、３９０〜４１０μｍ（好ましくは、４００μｍ程度）である。電極リード４Ｄの表面４１Ｄ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むリードめっき層１４Ｄが形成されている。
【0140】
一方、電極リード４Ｄの裏面４２Ｄ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｄから露出されている。露出した裏面４２Ｄには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１５Ｄが形成されている。ボンディングワイヤ５Ｄは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５Ｄは、線状に延びる円柱状の本体部５１Ｄと、本体部５１Ｄの両端に形成され、電極パッド９Ｄおよび電極リード４Ｄにそれぞれ接合されたパッド接合部５２Ｄおよびリード接合部５３Ｄとを有している。
【0141】
本体部５１Ｄは、電極パッド９Ｄ側の一端から半導体チップ２Ｄの外側に上方へ膨らむ放物線状に湾曲し、他端において電極リード４Ｄの表面４１Ｄへ向かって鋭角に入射している。パッド接合部５２Ｄは、平面視で電極パッド９Ｄよりも小さい。パッド接合部５２Ｄは、厚さ方向他方側が電極パッド９Ｄの表面に接触する略円板状のベース部５４Ｄと、ベース部５４Ｄの一方側から突出し、先端が本体部５１Ｄの一端に繋がる略傘状の突出部５５Ｄとを一体的に有する断面視凸状である。
【0142】
ベース部５４Ｄは、その側面５６Ｄが、電極パッド９Ｄに接触する平面視略円形の他方面（ベース部５４Ｄの裏面５７Ｄ）の外周よりも径方向外側へ膨らむように湾曲している。したがって、ベース部５４Ｄは、平面視において、その裏面５７Ｄに接触してベース部５４Ｄに接合された略円形の電極パッド９Ｄの接合領域９１Ｄと、接合領域９１Ｄを取り囲み、ベース部５４Ｄに非接触の略円環状の周辺領域９２Ｄとに重なっている。
【0143】
電極パッド９Ｄの周辺領域９２Ｄには、ボンディングワイヤ５Ｄの接合時に、電極パッド９Ｄの材料がＦＡＢ２４Ｄ（後述）により押し広げられて隆起した、はみ出し部分９３Ｄが形成されている。このはみ出し部分９３Ｄは、電極パッド９Ｄの表面９４Ｄから浮き上がらず、表面９４Ｄに接している。リード接合部５３Ｄは、本体部５１Ｄに近い一端側が相対的に厚く、本体部５１Ｄに遠い他端側に至るに従って相対的に薄くなる断面視くさび状である。
【0144】
そして、この半導体装置１Ｄでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｄの表面２１Ｄおよび側面２８Ｄ全体、ダイパッド３Ｄの表面３１Ｄおよび側面全体、電極リード４Ｄの表面４１Ｄおよび樹脂パッケージ６Ｄ内の側面全体、ならびにボンディングワイヤ５Ｄ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｄで被覆されている。樹脂パッケージ６Ｄとしては、エポキシ樹脂など公知の材料を適用することができる。樹脂パッケージ６Ｄは、半導体装置１Ｄの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｄの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．８０〜０．９０ｍｍ、好ましくは、０．８５ｍｍ程度である。
【0145】
図３０Ａ〜図３０Ｅは、図２７および図２８に示す半導体装置の製造方法を工程順に説明するための模式断面図である。上記した半導体装置１Ｄを製造するには、たとえば、まず、ダイパッド３Ｄおよび電極リード４Ｄとを一体的に有するユニットを複数備えるリードフレーム２０Ｄが用意される。なお、図３０Ａ〜図３０Ｅでは、リードフレーム２０Ｄの全体図は省略し、半導体チップ２Ｄを１つ搭載するのに必要な１ユニット分のダイパッド３Ｄおよび電極リード４Ｄのみを示す。
【0146】
次いで、めっき法により、リードフレーム２０Ｄの表面にＡｇなどの金属めっきが施される。これにより、パッドめっき層１１Ｄおよびリードめっき層１４Ｄが同時に形成される。次いで、図３０Ａに示すように、接合材１２Ｄを介して、リードフレーム２０Ｄ上の全てのダイパッド３Ｄに、半導体チップ２Ｄがダイボンディングされる。
【0147】
続いて、キャピラリ２３Ｄを備えるワイヤボンダ（図示せず）により、ボンディングワイヤ５Ｄのボンディングが行なわれる。ワイヤボンダに備えられるキャピラリ２３Ｄは、ボンディングワイヤ５Ｄが挿通されるストレート孔１７Ｄが中心に形成された略円筒状であり、ワイヤボンディング時には、ストレート孔１７Ｄの先端からボンディングワイヤ５Ｄが送り出される。
【0148】
キャピラリ２３Ｄの先端部には、ストレート孔１７Ｄの長手方向に対して略垂直であり、平面視でストレート孔１７Ｄに同心な円環状のフェイス部１８Ｄと、フェイス部１８Ｄからストレート孔１７Ｄの長手方向に窪むチャンファ部１９Ｄとが形成されている。チャンファ部１９Ｄの側面１６Ｄは、フェイス部１８Ｄの内周円とストレート孔１７Ｄの周面とを連接する円錐面状に形成されている。したがって、側面１６Ｄは断面視直線状であり、この実施形態では、その頂角（チャンファ角）が、たとえば、９０°とされている。
【0149】
そして、ワイヤボンディングに際しては、まず、キャピラリ２３Ｄで保持されたボンディングワイヤ５Ｄの先端部（一端部）に電流が印加されることにより、先端部に球状のＦＡＢ２４Ｄ（Free Air Ball）が形成される。印加電流Ｉは、本体部５１Ｄの線径（直径）Ｄｗが大きいほど大きな値に設定され、たとえば、Ｄｗ＝２５μｍのときがＩ＝４０ｍＡであり、Ｄｗ＝３０μｍのときがＩ＝６０ｍＡであり、Ｄｗ＝３８μｍのときがＩ＝１２０ｍＡである。なお、電流の印加時間は、目標とするＦＡＢ２４Ｄの直径Ｄｆに応じて、適切な長さに設定される。
【0150】
次いで、図３０Ｂ（ｉ）に示すように、キャピラリ２３Ｄが電極パッド９Ｄの直上に移動した後、降下し、ＦＡＢ２４Ｄが電極パッド９Ｄに接触する。その際、キャピラリ２３ＤからＦＡＢ２４Ｄに荷重（図３０Ｂ（ｉ）の白抜き矢印）および超音波（図３０Ｂ（ｉ）のジグザグ線）が印加される。荷重および超音波の印加にあたっては、図３０Ｂ（ｉｉ）に示すように、ＦＡＢ２４Ｄが降下して電極パッド９Ｄに接触してからの押し付け初期の第１時間（たとえば、１〜５ｍｓｅｃ、好ましくは、３ｍｓｅｃ程度）、相対的に大きな荷重が印加され、その後、第１時間よりも長い第２時間（たとえば、２〜２０ｍｓｅｃ）、相対的に小さな荷重が印加される。
【0151】
相対的に大きな荷重Ｗは、本体部５１Ｄの線径Ｄｗおよび目標とされるベース部５４Ｄの直径Ｄｂに応じて設定され、たとえば、Ｄｗ＝２５μｍ、Ｄｂ＝５８μｍのときがＷ＝８０ｇであり、Ｄｗ＝３０μｍ、Ｄｂ＝７４μｍのときがＷ＝１３０ｇであり、Ｄｗ＝３８μｍ、Ｄｂ＝１０４μｍのときがＷ＝２４０ｇである。また、超音波は、ＦＡＢ２４Ｄの押し付け初期において、たとえば、相対的に大きな荷重と同時に印加するのではなく、相対的に大きな荷重の印加直後（たとえば、１ｍｓｅｃ後）に印加され、その後、荷重の印加終了時までの間（たとえば、２〜２０ｍｓｅｃ）、一定の大きさで印加され続ける。印加される超音波は、装置の出力値で、たとえば、１２０ｋＨｚ、５０〜１２０ｍＡである。なお、超音波は、ＦＡＢ２４Ｄの押し付け初期に至るまでの間（たとえば、ＦＡＢ２４Ｄの降下中）に印加されてもよい。
【0152】
そして、荷重および超音波の印加が、同時に終了する。または、超音波の印加が先に終了し、その後、荷重の印加が終了する。こうして、ＦＡＢ２４Ｄの一部がフェイス部１８Ｄの下方に広がってベース部５４Ｄが形成されるとともに、残りの部分がストレート孔１７Ｄ内に押し込まれつつ、チャンファ部１９Ｄ内に残存して突出部５５Ｄが形成される。その結果、ボンディングワイヤ５Ｄの一端部がパッド接合部５２Ｄとして電極パッド９Ｄに接合されて、１ｓｔ接合が形成される。
【0153】
１ｓｔ接合後、キャピラリ２３Ｄが一定の高さまで上昇し、電極リード４Ｄの直上に移動する。そして、図３０Ｃに示すように、キャピラリ２３Ｄが再び降下して、ボンディングワイヤ５Ｄが電極リード４Ｄに接触する。その際、キャピラリ２３Ｄからボンディングワイヤ５Ｄに荷重（図３０Ｃの白抜き矢印）および超音波（図３０Ｃのジグザグ線）が印加されることにより、キャピラリ２３Ｄのフェイス部１８Ｄの形状に応じてボンディングワイヤ５Ｄが変形し、電極リード４Ｄに接合される（ステッチボンド２６Ｄおよびテイルボンド２７Ｄの形成）。
【0154】
続いて、キャピラリ２３Ｄが上昇し、キャピラリ２３Ｄの先端から一定長のテイルが確保された状態で、ボンディングワイヤ５Ｄがテイルボンド２７Ｄの位置から引きちぎられる。これにより、ステッチボンドされていたボンディングワイヤ５Ｄの他端が、電極リード４Ｄ上にリード接合部５３Ｄとして残存して、２ｎｄ接合が形成される。その後は、図３０Ｄに示すように、図３０Ａ〜図３０Ｃと同様の工程が行なわれて、全ての半導体チップ２Ｄの各電極パッド９Ｄと、各電極パッド９Ｄに対応する電極リード４Ｄとが、ボンディングワイヤ５Ｄによって接続される。
【0155】
全てのワイヤボンディング終了後、図４Ｄと同様の方法により、水分不透過絶縁膜２５Ｄが形成される。水分不透過絶縁膜２５Ｄの形成後、図３０Ｅに示すように、リードフレーム２０Ｄが成形金型にセットされ、全ての半導体チップ２Ｄがリードフレーム２０Ｄとともに、樹脂パッケージ６Ｄにより一括して封止される。そして、樹脂パッケージ６Ｄから露出するダイパッド３Ｄの裏面３２Ｄおよび電極リード４Ｄの裏面４２Ｄに半田めっき層１３Ｄ，１５Ｄが形成される。最後に、ダイシングソーを用いて、リードフレーム２０Ｄが樹脂パッケージ６Ｄとともに各半導体装置１Ｄのサイズに切断されることにより、図２８に示す半導体装置１Ｄの個片が得られる。
【0156】
以上のように、上記の方法によれば、銅からなるボンディングワイヤ５Ｄの先端部にＦＡＢ２４Ｄが形成された後、電極パッド９ＤにＦＡＢ２４Ｄを押し付けつつ超音波振動させることにより、ＦＡＢ２４Ｄがパッド接合部５２Ｄとして電極パッド９Ｄに接合される。そして、ＦＡＢ２４Ｄの接合時、ＦＡＢ２４Ｄには、一定の荷重および超音波が同時間印加されるのではなく、図３０Ｂ（ｉｉ）に示すように、ＦＡＢ２４Ｄが降下して電極パッド９Ｄに接触してから第１時間（押し付け初期）、相対的に大きな荷重が印加され、その第１時間中、相対的に大きな荷重が印加されつつ超音波が印加される。そのため、この第１時間中、ＦＡＢ２４Ｄを効果的にパッド接合部５２Ｄの形状に変形させることができる。
【0157】
そして、第１時間後の押し付け後期においては、第１時間よりも長い第２時間、相対的に小さな荷重が印加される。そのため、この第２時間中、相対的に小さい荷重と共に印加される超音波により、電極パッド９Ｄに対してボンディングワイヤ５Ｄを優れた強度で接合することができる。ところで、電極パッドに対する銅ワイヤの接合にあたって、荷重および超音波を金ワイヤの条件よりも大きくし、その大きな荷重および超音波を一定の大きさで同時間印加すると、金属ボールにより押し広げられたパッドの材料が、電極パッドの表面から浮き上がって外方へ大きくはみ出す、いわゆる過度のスプラッシュが生じる場合がある。たとえば、図２７〜図２９の参照符号を用いて説明すると、図３１に示すように、電極パッド９Ｄの周辺領域９２Ｄから外方へ浮き上がる過度のスプラッシュ９５Ｄが生じる場合がある。
【0158】
しかし、上記の方法では、押し付け初期後にＦＡＢ２４Ｄにかかる荷重が相対的に小さくなるので、超音波が印加されたＦＡＢ２４Ｄによる、電極パッド９Ｄの押し広げを抑制することができる。その結果、電極パッド９Ｄにおける過度のスプラッシュの発生を抑制することができる。また、電極パッド９Ｄに対して相対的に大きな荷重がかかる期間が押し付け初期のみであるため、電極パッド９Ｄの直下に大きな負荷がかかることを抑制することができる。その結果、半導体チップ２Ｄにおけるクラックの発生を抑制することができる。
【0159】
そのため、上記した方法により得られる半導体装置１Ｄでは、ボンディングワイヤ５Ｄの接合時に、電極パッド９Ｄの材料がＦＡＢ２４Ｄにより押し広げられて上方にはみ出したはみ出し部分９３Ｄを、電極パッド９Ｄの表面９４Ｄから単に隆起するだけに留め、表面９４Ｄからの浮き上がりを防止することができる。とりわけ、半導体装置１Ｄのように、電極パッド９Ｄがアルミニウムを含む金属材料からなる半導体装置では、銅ワイヤを用いた場合に過度のスプラッシュが生じやすい。しかし、このような半導体装置１Ｄにおいても、この実施形態のワイヤボンディング方法を利用すれば、過度のスプラッシュを効果的に抑制することができる。
【0160】
以上、本発明の第４実施形態について説明したが、この第４実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、前述の実施形態では、ＱＦＮタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明は、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置に適用することもできる。
【0161】
また、前述の実施形態では、ボンディングワイヤ５Ｄが水分不透過絶縁膜２５Ｄで被覆されている態様を例示したが、前述の第４の課題を解決するための第４の目的を少なくとも達成するのであれば、図３２に示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｄが設けられていなくてもよい。次に、この第４実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
＜実施例１＞
線径２５μｍの銅ボンディングワイヤをキャピラリで保持し、その先端部に６０μｍ径のＦＡＢを作製した。
【0162】
次いで、ＦＡＢを保持したキャピラリを、アルミニウム製の電極パッドの直上に移動させ、電極パッドに対して一気に降下させて、ＦＡＢを電極パッドに衝突させた。この際、図３３に示すように、ＦＡＢに対して、１３０ｇの荷重を瞬時に印加し、その大きさを３ｍｓｅｃ、保持した。その後、ＦＡＢに印加する荷重を３０ｇにまで瞬時に下げ、その大きさを９ｍｓｅｃ保持した。一方、超音波は、ＦＡＢが電極パッドに接触するまでは印加せず、１３０ｇの荷重の印加の１ｍｓｅｃ後に、９０ｍＡで瞬時に印加し、その後、その大きさを１１ｍｓｅｃ、保持した。そして、荷重および超音波の印加を、同時に終了した。
【0163】
以上の操作により、ＦＡＢを、パッド接合部として電極パッドに接合した。＜比較例１＞
線径２５μｍの銅ボンディングワイヤをキャピラリで保持し、その先端部に６０μｍ径のＦＡＢを作製した。
次いで、ＦＡＢを保持したキャピラリを、アルミニウム製の電極パッドの直上に移動させ、電極パッドに対して一気に降下させて、ＦＡＢを電極パッドに衝突させた。この際、図３４に示すように、ＦＡＢに対して、６０ｇの荷重を瞬時に印加し、その大きさを６ｍｓｅｃ、保持した。一方、超音波は、６０ｇの荷重の印加と同時に、１３０ｍＡで瞬時に印加し、その後、その大きさを６ｍｓｅｃ、保持した。そして、荷重および超音波の印加を、同時に終了した。
【0164】
以上の操作により、ＦＡＢを、パッド接合部として電極パッドに接合した。＜スプラッシュ評価＞
実施例１および比較例１で形成されたパッド接合部を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて電子線走査し、それによって検出された情報を画像処理してＳＥＭ画像を得た。得られたＳＥＭ画像を観察することにより、各パッド接合部の接合時に過度のスプラッシュが発生しているかを確認した。実施例１のＳＥＭ画像を図３５に示し、比較例１のＳＥＭ画像を図３６に示す。
【0165】
図３６に示すように、パッド接合部の接合に際して、一定の荷重および超音波を同じ時間印加した比較例１では、電極パッドがＦＡＢにより押し広げられてパッドの材料が電極パッドの表面から浮き上がって外方へ大きくはみ出す過度のスプラッシュが生じていることが確認された。これに対し、図３５に示すように、ＦＡＢの押し付けの初期に相対的に大きな１３０ｇの荷重を瞬時に印加し、その後、相対的に小さな３０ｇの荷重を瞬時に印加した実施例１では、パッドの材料がＦＡＢにより押し広げられて部分は、単に隆起しただけに留まり、電極パッドの表面から浮き上がっていないことが確認された。
＜第５実施形態 図３７〜図４３＞
この第５実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第５の背景技術に対する第５の課題を解決することもできる。
（１）第５の背景技術 半導体装置は、通常、半導体チップがボンディングワイヤとともに樹脂で封止（パッケージング）された状態で流通している。パッケージ内において、半導体チップの電極パッドと、樹脂パッケージから一部が露出する電極リードとが、ボンディングワイヤにより電気的に接続されている。実装基板の配線に対して電極リードを外部端子として接続することにより、半導体チップと実装基板との電気的な接続が達成される。
【0166】
電極パッドと電極リードとを結ぶボンディングワイヤとして、従来は主に金ワイヤが用いられているが、高価な金の使用を減らすべく、近年では、金ワイヤよりも安価な銅ワイヤの使用が検討されている。そして、ボンディングワイヤと電極パッドとの接合である１ｓｔ接合を形成するには、たとえば、まず、ワイヤボンダのキャピラリで保持されたワイヤの先端部にエネルギが印加され、それにより生じた火花の熱でワイヤ材料が溶かされる。溶けたワイヤ材料は、表面張力によりＦＡＢ（Free Air Ball）となる。
【0167】
次いで、キャピラリが電極パッドの直上に移動した後、降下し、ＦＡＢが電極パッドに接触する。その際、キャピラリにより、ＦＡＢに荷重および超音波が印加される。これにより、ＦＡＢがキャピラリの先端形状に応じて変形して、１ｓｔ接合部が形成される。（２）第５の課題
しかるに、電極パッドの直下には、通常、層間絶縁膜で被覆されたＡｌ配線が、電極パッドに対向するように配置されている。また、層間絶縁膜と電極パッドとの間には、Ａｌ配線よりも硬いＴｉ／ＴｉＮ層（バリア層）が介在されている。
【0168】
このような構造では、電極パッドに接触したＦＡＢに荷重が印加されて、バリア層がＡｌ配線側に押圧されたとき、バリア層−配線間の硬さの違いに起因して、相対的に硬いバリア層に応力が集中しやすい。そのため、バリア層に集中する応力の大きさによっては、バリア層にクラックが発生し、配線間の短絡などの不具合を生じるおそれがある。すなわち、この第５実施形態に係る発明は、銅からなるボンディングワイヤと電極パッドとの接合時に、電極パッド直下のバリア層にクラックが生じることを防止することができる半導体装置を提供することを第５の目的としている。
（３）具体的な実施形態の開示
図３７は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。
【0169】
半導体装置１Ｅは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ｅは、半導体チップ２Ｅと、半導体チップ２Ｅを支持するダイパッド３Ｅと、半導体チップ２Ｅの周囲に配置された複数の電極リード４Ｅと、半導体チップ２Ｅと電極リード４Ｅとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｅと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｅとを備えている。
【0170】
半導体チップ２Ｅは、平面視四角状であり、複数の配線が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造を有している。半導体チップ２Ｅの多層配線構造は、図３８および図３９を参照して、後に詳述する。半導体チップ２Ｅの厚さは、たとえば、２２０〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。半導体チップ２Ｅの表面２１Ｅ（厚さ方向一方面）は、後述する表面保護膜７Ｅ（図３８参照）で覆われている。
【0171】
半導体チップ２Ｅの表面２１Ｅには、多層配線構造の配線の一部（後述する第３配線２８Ｅ）が、後述するパッド開口８Ｅから電極パッド９Ｅとして露出している。一方、半導体チップ２Ｅの裏面２２Ｅ（厚さ方向他方面）には、たとえば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇなどを含む裏面メタル１０Ｅが形成されている。
ダイパッド３Ｅは、たとえば、金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉを含む合金）からなり、平面視で半導体チップ２Ｅよりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）である。また、ダイパッド３Ｅの厚さは、たとえば、１９０〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。ダイパッド３Ｅの表面３１Ｅ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むパッドめっき層１１Ｅが形成されている。
【0172】
そして、半導体チップ２Ｅおよびダイパッド３Ｅは、半導体チップ２Ｅの裏面２２Ｅおよびダイパッド３Ｅの表面３１Ｅが接合面として互いに対向した状態で、裏面２２Ｅと表面３１Ｅとの間に接合材１２Ｅを介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２Ｅは、表面２１Ｅを上方に向けた姿勢でダイパッド３Ｅに支持されている。
【0173】
接合材１２Ｅは、たとえば、半田ペーストなどの導電性ペーストからなる。なお、接合材１２Ｅとして、たとえば、銀ペースト、アルミナペーストなどの絶縁性ペーストを適用でき、その場合には、裏面メタル１０Ｅおよび／またはパッドめっき層１１Ｅは省略されてもよい。また、半導体チップ２Ｅとダイパッド３Ｅとが接合された状態において、接合材１２Ｅの厚さは、たとえば、１０〜２０μｍである。
【0174】
ダイパッド３Ｅの裏面３２Ｅ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｅから露出されている。露出した他方面には、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１３Ｅが形成されている。電極リード４Ｅは、たとえば、ダイパッド３Ｅと同じ金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉなどを含む）からなる。電極リード４Ｅは、ダイパッド３Ｅの各側面と直交する各方向における両側に、半導体チップ２Ｅの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｅの各側面に対向する電極リード４Ｅは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｅのダイパッド３Ｅとの対向方向における長さは、たとえば、２４０〜２６０μｍ（好ましくは、２５０μｍ程度）である。電極リード４Ｅの表面４１Ｅ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むリードめっき層１４Ｅが形成されている。
【0175】
一方、電極リード４Ｅの裏面４２Ｅ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｅから露出されている。露出した裏面４２Ｅには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１５Ｅが形成されている。ボンディングワイヤ５Ｅは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５Ｅは、線状に延びる円柱状の本体部５１Ｅと、本体部５１Ｅの両端に形成され、電極パッド９Ｅおよび電極リード４Ｅにそれぞれ接合されたパッド接合部５２Ｅおよびリード接合部５３Ｅとを有している。
【0176】
本体部５１Ｅは、電極パッド９Ｅ側の一端から半導体チップ２Ｅの外側に上方へ膨らむ放物線状に湾曲し、他端において電極リード４Ｅの表面４１Ｅへ向かって鋭角に入射している。リード接合部５３Ｅは、本体部５１Ｅに近い一端側が相対的に厚く、本体部５１Ｅに遠い他端側に至るに従って相対的に薄くなる断面視くさび状である。
【0177】
そして、この半導体装置１Ｅでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｅの表面２１Ｅおよび側面３７Ｅ全体、ダイパッド３Ｅの表面３１Ｅおよび側面全体、電極リード４Ｅの表面４１Ｅおよび樹脂パッケージ６Ｅ内の側面全体、ならびにボンディングワイヤ５Ｅ全体が一体的な水分不透過絶縁膜３６Ｅで被覆されている。樹脂パッケージ６Ｅとしては、エポキシ樹脂など公知の材料を適用することができる。樹脂パッケージ６Ｅは、半導体装置１Ｅの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｅの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．６０〜０．７０ｍｍ、好ましくは、０．６５ｍｍ程度である。
【0178】
図３８は、半導体チップの要部断面図であって、図３７の破線円で囲まれる部分の拡大図である。図３９は、図３８に示す電極パッドの平面図である。半導体チップ２Ｅは、半導体基板１６Ｅと、半導体基板１６Ｅ上に順に積層された第１〜第３層間絶縁膜１７Ｅ〜１９Ｅと、第１〜第３層間絶縁膜１７Ｅ〜１９Ｅのそれぞれの表面に形成された第１〜第３バリア層２３Ｅ〜２５Ｅと、半導体チップ２Ｅの表面２１Ｅを被覆する表面保護膜７Ｅとを備えている。
【0179】
半導体基板１６Ｅは、たとえば、シリコンからなる。第１〜第３層間絶縁膜１７Ｅ〜１９Ｅは、たとえば、酸化シリコンからなる。第１層間絶縁膜１７Ｅ上には、第１バリア層２３Ｅを介して、第１配線２６Ｅが形成されている。また、第２層間絶縁膜１８Ｅ上には、第２バリア層２４Ｅを介して、第２配線２７Ｅが形成されている。また、第３層間絶縁膜１９Ｅ上には、第３バリア層２５Ｅを介して、第３配線２８Ｅが形成されている。
【0180】
第１〜第３配線２６Ｅ〜２８Ｅは、第１〜第３バリア層２３Ｅ〜２５Ｅの材料よりも軟らかい金属材料、具体的には、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。第３配線２８Ｅは、表面保護膜７Ｅに被覆されることにより、最上層の層間絶縁膜（第３層間絶縁膜１９Ｅ）と表面保護膜７Ｅとの間に形成されている。第３配線２８Ｅは、平面視四角形状（たとえば、１２０μｍ×１２０μｍの四角形状）である。また、第３配線２８Ｅの厚さは、たとえば、５０００Å以上、好ましくは、７０００〜２８０００Åである。
【0181】
第３配線２８Ｅを被覆する表面保護膜７Ｅには、第３配線２８Ｅを電極パッド９Ｅとして露出させるためのパッド開口８Ｅが形成されている。第２配線２７Ｅは、第３層間絶縁膜１９Ｅに被覆されることにより、第２層間絶縁膜１８Ｅと第３層間絶縁膜１９Ｅとの間に形成されている。第２配線２７Ｅは、所定パターンで形成されている。たとえば、平面視において、電極パッド９Ｅと重ならないようなパターンで形成されている。また、第２配線２７Ｅの厚さは、たとえば、３０００〜９０００Åである。
【0182】
第１配線２６Ｅは、第２層間絶縁膜１８Ｅに被覆されることにより、第１層間絶縁膜１７Ｅと第２層間絶縁膜１８Ｅとの間に形成されている。第１配線２６Ｅは、所定パターンで形成されている。たとえば、電極パッド９Ｅの直下においては、第１配線２６Ｅは、互いに平行に延びる複数の直線部２９Ｅと、隣接する直線部２９Ｅの一端部同士および他端部同士を交互に連絡する連絡部３０Ｅとを備え、略Ｓ字状に折れ曲がる葛折パターンで形成されている。これにより、１つの電極パッド９Ｅ（第３配線２８Ｅ）は、複数の直線部２９Ｅと、第２層間絶縁膜１８Ｅにおける直線部２９Ｅ間に挟まれる挟部２０Ｅとに対向している。
【0183】
隣接する直線部２９Ｅ同士の間隔（直線部２９ＥのピッチＷ）は、たとえば、全て等しく、具体的には、２〜１０μｍである。また、第１配線２６Ｅの厚さは、たとえば、３０００〜９０００Åである。なお、第１〜第３配線２６Ｅ〜２８Ｅのパターンは、半導体チップ２Ｅのデザインルールなどに合わせて適宜変更することが可能であり、上記したパターンに限られない。
【0184】
第１〜第３バリア層２３Ｅ〜２５Ｅは、たとえば、チタン（ＴｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＴｉＷ）およびこれらの積層構造などからなる。第１〜第３バリア層２３Ｅ〜２５Ｅの厚さは、第１〜第３配線２６Ｅ〜２８Ｅの厚さよりも小さく、たとえば、５００〜２０００Åである。電極パッド９Ｅに接合されたボンディングワイヤ５Ｅのパッド接合部５２Ｅは、平面視で電極パッド９Ｅよりも小さい。パッド接合部５２Ｅは、厚さ方向一方側が電極パッド９Ｅの表面に接触する円板状のベース部５４Ｅと、ベース部５４Ｅの他方側から突出し、その先端が本体部５１Ｅの一端に繋がる釣鐘状の突出部５５Ｅとを一体的に有する断面視凸状である。
【0185】
そして、この半導体装置１Ｅでは、平面視において、ボンディングワイヤ５Ｅと電極パッド９Ｅとの接合領域３３Ｅに重なる第１配線２６Ｅの面積（図３９の斜線部分の面積）が、接合領域３３Ｅの面積Ｓの２６．８％以下であり、好ましくは、０〜２５％である。接合領域３３Ｅは、電極パッド９Ｅの表面に対してパッド接合部５２Ｅのベース部５４Ｅが接触する平面視円形の領域であり、その面積Ｓは、ベース部５４Ｅの直径Ｄを用いて、式：Ｓ＝π（Ｄ／２）２により求めることができる。
【0186】
以上のように、この半導体装置１Ｅによれば、平面視において、接合領域３３Ｅに重なる第１配線２６Ｅの面積（第１配線２６Ｅの重なり面積）が接合領域３３Ｅの面積の２６．８％以下であるため、電極パッド９Ｅ直下の第２および第３バリア層２４Ｅ，２５Ｅと第１配線２６Ｅとの対向面積が比較的小さくなる。そのため、たとえば、ボンディングワイヤ５Ｅと電極パッド９Ｅとの接合時に、第２および第３バリア層２４Ｅ，２５Ｅが第１配線２６Ｅ側に押圧されても、その押圧による第１配線２６Ｅおよび第２および第３層間絶縁膜１８Ｅ，１９Ｅの変形が生じにくく、そのような変形による第２および第３バリア層２４Ｅ，２５Ｅへの応力の集中を防止することができる。その結果、第２および第３バリア層２４Ｅ，２５Ｅにおけるクラックの発生を防止することができるので、半導体装置１Ｅの信頼性を向上させることができる。
【0187】
たとえば、第１配線２６Ｅの重なり面積が接合領域３３Ｅの面積の０％である場合、電極パッド９Ｅの厚さ（第３配線２８Ｅの厚さ）に関わらず、半導体装置１Ｅの不良率を０％（クラックが全く発生しない）にすることができる。また、第１配線２６Ｅは、互いに平行に延びる複数の直線部２９Ｅを備えており、これらが等間隔に配置されている。このような構成では、複数の直線部２９Ｅ（第１配線２６Ｅ）の重なり面積は、各直線部２９Ｅの重なり面積の合計であり、その合計が、接合領域３３Ｅの面積の２６．８％以下である。したがって、各直線部２９Ｅの重なり面積は全て、接合領域３３Ｅの面積の２６．８％未満である。
【0188】
そして、１つの電極パッド９Ｅ（第３配線２８Ｅ）は、複数の直線部２９Ｅと、第２層間絶縁膜１８Ｅにおける直線部２９Ｅ間に挟まれる挟部２０Ｅとに対向している。これにより、それぞれの重なり面積が接合領域３３Ｅの面積の２６．８％に満たない複数の直線部２９Ｅは、電極パッド９Ｅにおける接合領域３３Ｅに対して、ストライプ状に分散して対向することとなる。そのため、第２および第３バリア層２４Ｅ，２５Ｅが第１配線２６Ｅ側に押圧されたときに、その押圧による第１配線２６Ｅおよび第２および第３層間絶縁膜１８Ｅ，１９Ｅの変形量を小さく抑えることができる。その結果、第２および第３バリア層２４Ｅ，２５Ｅにおける特定箇所への応力集中を抑制することができる。よって、第２および第３バリア層２４Ｅ，２５Ｅにおけるクラックの発生を一層防止することができる。
【0189】
以上、本発明の第５実施形態について説明したが、この第５実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、電極パッド９Ｅよりも下層の第１および第２配線２６Ｅ，２７Ｅのパターンは、接合領域３３Ｅに重なる配線の面積が、接合領域３３Ｅの面積Ｓの２６．８％以下である限り、適宜変更することができる。
【0190】
たとえば、図４０の第１変形例に示すように、第１配線２６Ｅが、平面視において、電極パッド９Ｅと重ならないようなパターンで形成され、第２配線２７Ｅが、互いに平行に延びる複数の直線部３４Ｅと、隣接する直線部３４Ｅの一端部同士および他端部同士を交互に連絡する連絡部３５Ｅとを備え、略Ｓ字状に折れ曲がる葛折パターンで形成されていてもよい。
【0191】
また、たとえば、図４１の第２変形例に示すように、第１および第２配線２６Ｅ，２７Ｅの両方が葛折パターンで形成されていてもよい。また、第１〜第３層間絶縁膜１７Ｅ〜１９Ｅには、第１〜第３配線２６Ｅ〜２８Ｅのそれぞれに電気的に接続されるビアが形成されていてもよい。
また、前述の実施形態では、３層配線構造の半導体装置１Ｅを一例として取り上げたが、半導体装置の配線構造は、２層構造、４層構造、５層構造および５層以上の構造であってもよい。
【0192】
また、たとえば、前述の実施形態では、ＱＦＮタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明は、ＳＯＮ（Small Outline Non-leaded）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置に適用することもできる。また、前述の実施形態では、ボンディングワイヤ５Ｅが水分不透過絶縁膜３６Ｅで被覆されている態様を例示したが、前述の第５の課題を解決するための第５の目的を少なくとも達成するのであれば、図４２に示すように、水分不透過絶縁膜３６Ｅが設けられていなくてもよい。
【0193】
次に、この第５実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。＜実施例１〜３および比較例１〜６＞
各実施例および各比較例について、半導体基板上に、図４３に示す多層配線構造を形成した。図４３において、１ｓｔ、２ｎｄおよび３ｒｄで示される部分は、半導体基板上に順に積層された、酸化シリコンからなる層間絶縁膜である。また、上下に隣接する層間絶縁膜同士の間のそれぞれには、Ｔｉ／ＴｉＮバリア層を介在させた。また、電極パッドおよび配線は、アルミニウムを用いて形成した。また、各実施例および各比較例の全てにおいて、電極パッドが２８０００Å、１５０００Åおよび５０００Åである３種類を作製した。
【0194】
そして、上記のように作製した多層配線構造のそれぞれに対して、以下の試験を行なった。まず、線径２５μｍの銅ボンディングワイヤをキャピラリで保持し、その先端部に６０μｍ径のＦＡＢを作製した。
次いで、ＦＡＢを保持したキャピラリを、電極パッドの直上に移動させ、電極パッドに対して一気に降下させて、ＦＡＢを電極パッドに衝突させた。この際、ＦＡＢに対して、１３０ｇの荷重および２１０ｍＡの超音波（１２０ｋＨｚ）を印加した。これにより、ボンディングワイヤを電極パッドに接合させた。
【0195】
各実施例および各比較例について、１２０個の電極パッドに対して試験を実施し、接合時にバリア層にクラックが発生した数（不良品数）を数えた。結果を表１に示す。表１において、「配線／接合領域（％）」とは、平面視において、ボンディングワイヤと電極パッドとの接合領域の面積に対する、接合領域に重なる配線の面積の割合である。
【0196】
【表1】
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＜第６実施形態 図４４〜図５５＞この第６実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第６の背景技術に対する第６の課題を解決することもできる。
（１）第６の背景技術 半導体装置は、複数の電極パッドが形成された半導体チップと、半導体チップを取り囲むように配置された複数の電極リードとを備えている。各電極パッドと各電極リードとは、１本のボンディングワイヤにより１対１で電気的に接続されている。そして、半導体チップ、電極リードおよびボンディングワイヤは、電極リードの一部が露出するように、樹脂で封止（パッケージング）されている。
【0197】
ボンディングワイヤとして、従来は主に金ワイヤが用いられているが、高価な金の使用を減らすべく、近年では、金ワイヤよりも安価な銅ワイヤの使用が検討されている。電極パッドと電極リードとを、ボンディングワイヤにより接続するには、たとえば、まず、ワイヤボンダにより、半導体チップ上の電極パッドの数や配置パターンが認識される。
【0198】
次いで、キャピラリで保持されたワイヤの先端部にエネルギを印加することにより、火花の熱でワイヤの先端部が溶融してＦＡＢ（Free Air Ball）が形成される。次いで、ＦＡＢを電極パッドに接触させ、キャピラリによりＦＡＢに荷重および超音波を印加することにより、ＦＡＢがキャピラリの先端形状に応じて変形して、１ｓｔ接合部が形成される。
【0199】
１ｓｔ接合後、キャピラリが電極パッドから電極リードへ移動することにより、パッド−リード間に跨るワイヤループが形成される。そして、ボンディングワイヤを電極リードに接触させ、キャピラリによりボンディングワイヤに荷重および超音波を印加することにより、キャピラリのフェイス形状に応じてボンディングワイヤが変形して、電極リードに接合される（ステッチボンドおよびテイルボンドの形成）。
【0200】
その後、キャピラリが電極リードから上昇し、キャピラリの先端から一定長のテイルが確保された状態で、ボンディングワイヤがテイルボンドの位置から切断される。これにより、ステッチボンドされていたボンディングワイヤの他端が、電極リード上に残存して、２ｎｄ接合部が形成される。以上の工程を経て、１つの電極パッドと１つの電極リードとの接続が達成される。
【0201】
そして、上記したＦＡＢを形成する工程、１ｓｔ接合部を形成する工程および２ｎｄ接合部を形成する工程（ワイヤを切断する工程）からなるサイクルがこの順に連続して繰り返されることにより、全てのパッド−リード間が接続される。（２）第６の課題
銅ワイヤのＦＡＢの大きさ（ＦＡＢ径）は、上記サイクルが連続して実行されている間（２サイクル目以降）は、火花やヒータから受ける熱が毎サイクルで安定するため、全てにおいてほぼ一定な大きさとなる。
【0202】
一方、電極パッドの認識直後の１サイクル目では、電極パッドの認識時に、銅ワイヤがフォーミングガス（銅の酸化を抑制するためのガス）などの影響により冷えており、また、ヒータから遠ざかっているため、周囲の温度環境が安定せず、２サイクル目以降のＦＡＢよりも小さな径のＦＡＢが形成される。そのため、１サイクル目に接合されたボンディングワイヤの１ｓｔ接合部の径や厚さのみが、他のボンディングワイヤの１ｓｔ接合部の径や厚さよりも小さくなるという不具合を生じる。
【0203】
これに対し、１サイクル目のＦＡＢを、電極パッドの認識直後ではなく、電極パッドの認識に先立って、銅ワイヤの周囲の温度環境が安定している間に予め作製することが考えられる。たとえば、複数の半導体チップに対するワイヤボンディングが連続して実施される場合、直前のワイヤボンディングの最終サイクル終了直後であれば、銅ワイヤの周囲の温度環境は比較的安定している。
【0204】
しかし、ＦＡＢを予め作製する方法では、ＦＡＢの形成からＦＡＢの接合までが一連の工程で実行されず、ＦＡＢの接合までに時間が空く。そのため、予め作製されたＦＡＢが酸化し、電極パッドとボンディングワイヤと間に接続不良が発生するおそれがある。すなわち、この第６実施形態に係る発明は、銅からなるボンディングワイヤを用いることにより低コストで、さらに、金属ボールの大きさのばらつきを抑制しつつ、複数の接合対象物に対するボンディングワイヤの接続不良を抑制することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを第６の目的としている。
（３）具体的な実施形態の開示
図４４は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。図４５は、樹脂パッケージを取り除いた図４４の半導体装置の平面分解図である。
【0205】
半導体装置１Ｆは、ＳＯＮ（Small Outline Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ｆは、半導体チップ２Ｆと、半導体チップ２Ｆを支持するダイパッド３Ｆと、半導体チップ２Ｆの周囲に配置された複数の電極リード４Ｆと、半導体チップ２Ｆと電極リード４Ｆとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｆと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｆとを備えている。
【0206】
半導体チップ２Ｆは、平面視四角状であり、たとえば、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造を有している。また、半導体チップ２Ｆの厚さは、たとえば、２２０〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。半導体チップ２Ｆの表面２１Ｆ（厚さ方向一方面）は、表面保護膜７Ｆで覆われている。以下では、便宜的に、半導体チップ２Ｆの表面２１Ｆに沿う複数の方向のうち、互いに直交する任意の２方向をＸ方向およびＹ方向とし、さらにこれらの方向の両方に直交する方向（つまり、表面２１Ｆに垂直な方向）をＺ方向として本実施形態を説明する。
【0207】
表面保護膜７Ｆには、多層配線構造における最上の配線層を露出させるためのパッド開口８Ｆが複数形成されている。パッド開口８Ｆは、平面視四角状であり、半導体チップ２Ｆにおいて互いに対向する１対の縁部に同数ずつ設けられている。各パッド開口８Ｆは、当該縁部に沿って等間隔に配置されている。そして、配線層の一部が、半導体チップ２Ｆの電極パッド９Ｆ（接合対象物）として、各パッド開口８Ｆから露出されている。
【0208】
電極パッド９Ｆとして露出する最上の配線層は、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。一方、半導体チップ２Ｆの裏面２２Ｆ（厚さ方向他方面）には、たとえば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇなどを含む裏面メタル１０Ｆが形成されている。
【0209】
ダイパッド３Ｆは、たとえば、金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉを含む合金）からなり、平面視で半導体チップ２Ｆよりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）である。また、ダイパッド３Ｆの厚さは、たとえば、１９０〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。ダイパッド３Ｆの表面３１Ｆ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むパッドめっき層１１Ｆが形成されている。
【0210】
そして、半導体チップ２Ｆおよびダイパッド３Ｆは、半導体チップ２Ｆの裏面２２Ｆおよびダイパッド３Ｆの表面３１Ｆが接合面として互いに対向した状態で、裏面２２Ｆと表面３１Ｆとの間に接合材１２Ｆを介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２Ｆは、表面２１Ｆを上方に向けた姿勢でダイパッド３Ｆに支持されている。
【0211】
接合材１２Ｆは、たとえば、半田ペーストなどの導電性ペーストからなる。なお、接合材１２Ｆとして、たとえば、銀ペースト、アルミナペーストなどの絶縁性ペーストを適用でき、その場合には、裏面メタル１０Ｆおよび／またはパッドめっき層１１Ｆは省略されてもよい。また、半導体チップ２Ｆとダイパッド３Ｆとが接合された状態において、接合材１２Ｆの厚さは、たとえば、１０〜２０μｍである。
【0212】
ダイパッド３Ｆの裏面３２Ｆ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｆから露出されている。露出した他方面には、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１３Ｆが形成されている。電極リード４Ｆは、たとえば、ダイパッド３Ｆと同じ金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉなどを含む）からなる。電極リード４Ｆは、ダイパッド３Ｆの４つの側面のうち、電極パッド９Ｆが配置される側の２つの側面と直交する方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられることにより、半導体チップ２Ｆの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｆの各側面に対向する電極リード４Ｆは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｆのダイパッド３Ｆとの対向方向における長さは、たとえば、４５０〜５５０μｍ（好ましくは、５００μｍ程度）である。電極リード４Ｆの表面４１Ｆ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むリードめっき層１４Ｆが形成されている。
【0213】
一方、電極リード４Ｆの裏面４２Ｆ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｆから露出されている。露出した裏面４２Ｆには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１５Ｆが形成されている。ボンディングワイヤ５Ｆは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５Ｆは、電極パッド９Ｆおよび電極リード４Ｆと同数設けられ、各電極パッド９Ｆと各電極リード４Ｆとを１対１で電気的に接続している。
【0214】
各ボンディングワイヤ５Ｆは、線状に延びる円柱状の本体部５１Ｆと、本体部５１Ｆの両端に形成され、電極パッド９Ｆおよび電極リード４Ｆにそれぞれ接合されたパッド接合部５２Ｆおよびリード接合部５３Ｆとを有している。本体部５１Ｆは、電極パッド９Ｆ側の一端から半導体チップ２Ｆの外側に上方へ膨らむ放物線状に湾曲し、他端において電極リード４Ｆの表面４１Ｆへ向かって鋭角に入射している。
【0215】
リード接合部５３Ｆは、本体部５１Ｆに近い一端側が相対的に厚く、本体部５１Ｆに遠い他端側に至るに従って相対的に薄くなる断面視くさび状である。そして、この半導体装置１Ｆでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｆの表面２１Ｆおよび側面２８Ｆ全体、ダイパッド３Ｆの表面３１Ｆおよび側面全体、電極リード４Ｆの表面４１Ｆおよび樹脂パッケージ６Ｆ内の側面全体、ならびにボンディングワイヤ５Ｆ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｆで被覆されている。
【0216】
樹脂パッケージ６Ｆとしては、エポキシ樹脂など公知の材料を適用することができる。樹脂パッケージ６Ｆは、半導体装置１Ｆの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｆの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．８０〜０．９０ｍｍ、好ましくは、０．８５ｍｍ程度である。図４６は、半導体チップの要部断面図であって、図４４の破線円で囲まれる部分の拡大図である。図４７は、図４６に示す電極パッドの拡大平面図である。
【0217】
パッド接合部５２Ｆは、平面視で電極パッド９Ｆよりも小さい。パッド接合部５２Ｆは、厚さ方向一方側が電極パッド９Ｆの表面に接触する略円板状のベース部５４Ｆと、ベース部５４Ｆの他方側から突出し、先端が本体部５１Ｆの一端に繋がる釣鐘状の突出部５５Ｆとを一体的に有する断面視凸状である。ベース部５４Ｆは、その側面５６Ｆが、電極パッド９Ｆに接触する平面視略円形の他方面（ベース部５４Ｆの裏面５７Ｆ）の外周よりも径方向外側へ膨らむように湾曲している。電極パッド９Ｆに対するボンディングワイヤ５Ｆの接合部分としてのベース部５４Ｆにおける最も膨出した部分の径（ベース部５４Ｆの径）は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれにおいてほぼ同じであり、たとえば、Ｘ方向の径ＤｘおよびＹ方向の径Ｄｙが７０〜８０μｍである。また、ベース部５４Ｆの厚さＴｚ（Ｚ方向における高さ）は、たとえば、１５〜２０μｍである。
【0218】
そして、この半導体装置１Ｆでは、各ベース部５４Ｆの体積をＶとしたとき、全てのベース部５４Ｆの体積Ｖの平均ＡＶＥに対する、各ベース部５４Ｆの体積Ｖのばらつきが、±１５％以内、好ましくは、±１０％以内である。具体的には、平均ＡＶＥと体積Ｖとの差の絶対値の平均ＡＶＥに対する比率（すなわち、（平均ＡＶＥ−体積Ｖ）／平均ＡＶＥ×１００（％））が、１５（％）以下である。
【0219】
ベース部５４Ｆの体積Ｖは、たとえば、ベース部５４Ｆの径Ｄｘ、Ｄｙおよびベース部５４Ｆの厚さＴｚの積（すなわち、Ｖ＝Ｄｘ×Ｄｙ×Ｔｚ）で表される。なお、ベース部５４Ｆの体積Ｖは、ベース部５４Ｆを概念的に直径ＤｘもしくはＤｙ、高さＴｚの円柱とし、その円柱の体積に基づいて近似値として求めることができる。したがって、Ｖ＝π（Ｄｘ／２）２・Ｔｚと表わすこともできる。
【0220】
また、本体部５１Ｆの径Ｄｗ（ボンディングワイヤ５Ｆの径）は、たとえば、２８〜３８μｍである。図４８Ａ〜図４８Ｅは、図４４に示す半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
上記した半導体装置１Ｆを製造するには、たとえば、まず、ダイパッド３Ｆおよび電極リード４Ｆとを一体的に有するユニットを複数備えるリードフレーム２０Ｆが用意される。なお、図４８Ａ〜図４８Ｅでは、リードフレーム２０Ｆの全体図は省略し、半導体チップ２Ｆを１つ搭載するのに必要な１ユニット分のダイパッド３Ｆおよび電極リード４Ｆのみを示す。
【0221】
次いで、めっき法により、リードフレーム２０Ｆの表面にＡｇなどの金属めっきが施される。これにより、パッドめっき層１１Ｆおよびリードめっき層１４Ｆが同時に形成される。次いで、図４８Ａに示すように、接合材１２Ｆを介して、リードフレーム２０Ｆ上の全てのダイパッド３Ｆに、半導体チップ２Ｆがダイボンディングされる。
【0222】
続いて、キャピラリ２３Ｆを備えるワイヤボンダ（図示せず）により、複数の半導体チップ２Ｆに対して、１つずつ順にワイヤボンディングが行なわれる。ワイヤボンダに備えられるキャピラリ２３Ｆは、ボンディングワイヤ５Ｆが挿通されるストレート孔１７Ｆが中心に形成された略円筒状であり、ワイヤボンディング時には、ストレート孔１７Ｆの先端からボンディングワイヤ５Ｆが送り出される。
【0223】
キャピラリ２３Ｆの先端部には、ストレート孔１７Ｆの長手方向に対して略垂直であり、平面視でストレート孔１７Ｆに同心な円環状のフェイス部１８Ｆと、フェイス部１８Ｆからストレート孔１７Ｆの長手方向に窪むチャンファ部１９Ｆとが形成されている。チャンファ部１９Ｆの側面１６Ｆは、フェイス部１８Ｆの内周円とストレート孔１７Ｆの周面とを連接する円錐面状に形成されている。したがって、側面１６Ｆは断面視直線状であり、この実施形態では、その頂角（チャンファ角）が、たとえば、９０°とされている。
【0224】
そして、各半導体チップ２Ｆのワイヤボンディングでは、ボンディングワイヤ５Ｆの先端部（一端部）にＦＡＢ（Free Air Ball）を形成する工程（ＦＡＢ形成工程）、ＦＡＢを電極パッド９Ｆに接合する工程（１ｓｔ接合工程）、ＦＡＢから延びるボンディングワイヤ５Ｆを電極リード４Ｆに接合する工程（２ｎｄ接合工程）およびボンディングワイヤ５Ｆをキャピラリ２３Ｆから切り離す工程（切断工程）がこの順に繰り返される。
【0225】
まず、１番目にワイヤボンディングが行なわれる半導体チップ２Ｆの電極パッド９Ｆの数や配置パターンが、ワイヤボンダにより認識される（認識工程）。次いで、１サイクル目のＦＡＢ工程が開始される。具体的には、キャピラリ２３Ｆで保持されたボンディングワイヤ５Ｆの先端部（一端部）に電流が印加されることにより、先端部に球状のＦＡＢ２４Ｆが形成される。印加電流Ｉ１は、目標とするＦＡＢ２４Ｆの直径Ｄｆに応じて設定される。たとえば、Ｄｗ＝２５μｍのときがＩ１＝４０ｍＡであり、Ｄｗ＝３０μｍのときがＩ１＝６０ｍＡであり、Ｄｗ＝３８μｍのときがＩ１＝１２０ｍＡである。電流Ｉ１の印加時間ｔ１は、目標とするＦＡＢ２４Ｆの直径Ｄｆに応じて設定される。たとえば、Ｄｗ＝２５μｍのときがｔ１＝７２０μｓｅｃであり、Ｄｗ＝３０μｍのときがｔ１＝８３０μｓｅｃであり、Ｄｗ＝３８μｍのときがｔ１＝９６０μｓｅｃである。
【0226】
１サイクル目のＦＡＢ工程では、印加電流Ｉ１に印加時間ｔ１を乗じた値（Ｉ１×ｔ１）により表されるエネルギが、ＦＡＢ２４Ｆを形成するための第１エネルギＥ１として、ボンディングワイヤ５Ｆに与えられる。なお、ワイヤボンダ（図示せず）に供給されるフォーミングガスの流量は、目標とするＦＡＢ２４Ｆの直径Ｄｆに応じて、適切な大きさに設定される。フォーミングガスとは、ボンディングワイヤ５Ｆの酸化を抑制するためのガスであって、たとえば、Ｎ２、Ｈ２を含む。
【0227】
次いで、図４８Ｂに示すように、キャピラリ２３Ｆが電極パッド９Ｆの直上に移動した後、降下し、ＦＡＢ２４Ｆが電極パッド９Ｆに接触する。その際、キャピラリ２３ＦからＦＡＢ２４Ｆに荷重（図４８Ｂの白抜き矢印）および超音波（図４８Ｂのジグザグ線）が印加される。印加荷重および印加超音波は、本体部５１Ｆの線径Ｄｗ、目標とされるベース部５４Ｆの径（ＤｘおよびＤｙ）および厚さ（Ｔｚ）に応じて、適切な大きさに設定される。
【0228】
これにより、ＦＡＢ２４Ｆの一部がフェイス部１８Ｆの下方に広がってベース部５４Ｆが形成されるとともに、ＦＡＢ２４Ｆの残りの部分がストレート孔１７Ｆ内に押し込まれつつ、チャンファ部１９Ｆ内に残存して突出部５５Ｆが形成される。こうして、ボンディングワイヤ５Ｆの一端部がパッド接合部５２Ｆとして電極パッド９Ｆに接合されて、１ｓｔ接合が形成される。
【0229】
１ｓｔ接合後、キャピラリ２３Ｆが一定の高さまで上昇し、電極リード４Ｆの直上に移動する。そして、図４８Ｃに示すように、キャピラリ２３Ｆが再び降下して、ボンディングワイヤ５Ｆが電極リード４Ｆに接触する。その際、キャピラリ２３Ｆからボンディングワイヤ５Ｆに荷重（図４８Ｃの白抜き矢印）および超音波（図４８Ｃのジグザグ線）が印加されることにより、キャピラリ２３Ｆのフェイス部１８Ｆの形状に応じてボンディングワイヤ５Ｆが変形し、電極リード４Ｆに接合される（ステッチボンド２６Ｆおよびテイルボンド２７Ｆの形成）ことにより、２ｎｄ接合としてのリード接合部５３Ｆが形成される。
【0230】
続いて、図４８Ｄに示すように、キャピラリ２３Ｆが上昇し、キャピラリ２３Ｆの先端から一定長のテイルが確保された状態で、ボンディングワイヤ５Ｆがテイルボンド２７Ｆの位置から引きちぎられる。その後は、図４８Ｅに示すように、２サイクル目以降のＦＡＢ形成工程（図４８Ａ）、１ｓｔ接合工程（図４８Ｂ）、２ｎｄ接合工程（図４８Ｃ）および切断工程（図４８Ｄ）がこの順に繰り返されて、１番目の半導体チップ２Ｆの全ての電極パッド９Ｆと電極リード４Ｆとが、ボンディングワイヤ５Ｆによって接続される。
【0231】
２サイクル目以降のＦＡＢ形成工程において、ＦＡＢ２４Ｆを形成するための第２エネルギＥ２は、たとえば、１サイクル目の第１エネルギＥ１が第２エネルギＥ２の１０５〜１１５％、好ましくは、１０８〜１１２％となるように設定される。たとえば、Ｄｗ＝２５μｍのとき、ボンディングワイヤ５Ｆの先端部（一端部）に印加される印加電流Ｉ２＝４０ｍＡ、印加時間ｔ２＝７９２μｓｅｃであり、Ｄｗ＝３０μｍのときがＩ２＝６０ｍＡ、印加時間ｔ２＝９１３μｓｅｃであり、Ｄｗ＝３８μｍのときがＩ２＝１２０ｍＡ、印加時間ｔ２＝１０５６μｓｅｃである。
【0232】
また、ワイヤボンダ（図示せず）に供給されるフォーミングガスの流量は、たとえば、１サイクル目におけるフォーミングガスの流量と同じ大きさに設定される。そして、１番目の半導体チップ２Ｆに対するワイヤボンディング終了後、２番目の半導体チップ２Ｆの電極パッド９Ｆの数や配置パターンが、ワイヤボンダにより認識される（認識工程）。次いで、１番目の半導体チップ２Ｆの場合と同様に、ＦＡＢ形成工程（図４８Ａ）、１ｓｔ接合工程（図４８Ｂ）、２ｎｄ接合工程（図４８Ｃ）および切断工程（図４８Ｄ）がこの順に複数回（複数サイクル）繰り返されることにより、２番目の半導体チップ２Ｆの全ての電極パッド９Ｆと電極リード４Ｆとが、ボンディングワイヤ５Ｆによって接続される。
【0233】
その後は、残りの複数の半導体チップ２Ｆ（３番目以降の半導体チップ２Ｆ）のそれぞれに対して、認識工程と、ＦＡＢ形成工程、１ｓｔ接合工程、２ｎｄ接合工程および切断工程が複数回繰り返されるワイヤボンディングとが行なわれる。リードフレーム２０Ｆ上の全ての半導体チップ２Ｆのワイヤボンディング終了後、図４Ｄと同様の方法により、水分不透過絶縁膜２５Ｆが形成される。水分不透過絶縁膜２５Ｆの形成後、リードフレーム２０Ｆが成形金型にセットされ、全ての半導体チップ２Ｆがリードフレーム２０Ｆとともに、樹脂パッケージ６Ｆにより一括して封止される。そして、樹脂パッケージ６Ｆから露出するダイパッド３Ｆの裏面３２Ｆおよび電極リード４Ｆの裏面４２Ｆに半田めっき層１３Ｆ，１５Ｆが形成される。最後に、ダイシングソーを用いて、リードフレーム２０Ｆが樹脂パッケージ６Ｆとともに各半導体装置１Ｆのサイズに切断されることにより、図４４に示す半導体装置１Ｆの個片が得られる。
【0234】
以上のように、上記の方法によれば、各半導体チップ２Ｆのワイヤボンディングにおいて、１サイクル目のＦＡＢ形成工程時にボンディングワイヤ５Ｆに印加される第１エネルギＥ１（印加電流Ｉ１×印加時間ｔ１）が、２サイクル目以降のＦＡＢ形成工程時にボンディングワイヤ５Ｆに印加される第２エネルギＥ２（印加電流Ｉ２×印加時間ｔ２）よりも高くされる。たとえば、Ｉ１がＩ２と同じ値に設定され、ｔ１がｔ２よりも長くされる。そのため、１サイクル目において、ボンディングワイヤ５Ｆの周囲の温度環境を安定化させることができる。その結果、１サイクル目において比較的大きなＦＡＢ２４Ｆを形成することができる。
【0235】
したがって、たとえば、印加時間ｔ１が印加時間ｔ２の１０５〜１１５％となるようにワイヤボンダの出力を調整することにより、１サイクル目のＦＡＢ２４Ｆの直径Ｄｆと、２サイクル目以降のＦＡＢ２４Ｆの直径Ｄｆとをほぼ同じにすることができる。その結果、全サイクルを通してＦＡＢ２４Ｆの直径Ｄｆのばらつきを抑制することができる。また、各半導体チップ２Ｆについて、認識工程が終了した後に、ＦＡＢ形成工程、１ｓｔ接合工程、２ｎｄ接合工程および切断工程が一連の工程で複数回実行されることにより、ワイヤボンディングが行なわれる。そのため、各サイクルで作製されたＦＡＢ２４Ｆは、しばらく放置されることなく、速やかに電極パッド９Ｆに接合される。そのため、ＦＡＢ２４Ｆの酸化を抑制することができるので、電極パッド９Ｆに対するボンディングワイヤの接続不良を抑制することができる。
【0236】
以上、本発明の第６実施形態について説明したが、この第６実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、前述の実施形態では、ＦＡＢ２４Ｆの接合対象物が電極パッド９Ｆである場合のみを取り上げたが、ＦＡＢ２４Ｆの接合対象物は、たとえば、電極リード４Ｆであってもよいし、また、電極パッド９Ｆや電極リード４Ｆなどの上に形成されたスタッドバンプであってもよい。
【0237】
また、たとえば、前述の実施形態では、ＳＯＮタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明は、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置に適用することもできる。また、前述の実施形態では、ボンディングワイヤ５Ｆが水分不透過絶縁膜２５Ｆで被覆されている態様を例示したが、前述の第６の課題を解決するための第６の目的を少なくとも達成するのであれば、図４９に示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｆが設けられていなくてもよい。
【0238】
次に、この第６実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。＜実施例１＞
１４４本の電極リードを有するリードフレームのダイパッド上に、１４４個の電極パッドを有する半導体チップをダイボンディングした。
【0239】
次いで、線径３０μｍの銅ボンディングワイヤをキャピラリで保持し、フォーミングガスを０．３Ｌ／ｍｉｎで供給しながら、ワイヤの先端部に６０ｍＡの電流Ｉ１を９１３μｓｅｃ（ｔ１）印加することにより、ＦＡＢを作製した（ＦＡＢ形成工程）。次いで、ＦＡＢを保持したキャピラリを、電極パッドの直上に移動させ、電極パッドに対して一気に降下させて、ＦＡＢを電極パッドに衝突させた。この際、ＦＡＢに対して、荷重および超音波を印加した。これにより、ボンディングワイヤをパッド接合部として電極パッドに接合させた（１ｓｔ接合工程）。
【0240】
次いで、キャピラリを上昇させ、電極リードの直上に移動させた後、キャピラリを電極リードに対して一気に降下させることにより、ボンディングワイヤを電極パッドに衝突させた。この際、ボンディングワイヤに対して、荷重および超音波を印加した。これにより、ボンディングワイヤにステッチボンドおよびテイルボンドを形成して、電極リードに接合させた（２ｎｄ接合工程）。
【0241】
次いで、キャピラリを上昇させ、キャピラリの先端から一定長のテイルを確保した状態で、ボンディングワイヤをテイルボンドの位置から切断した（切断工程）。この後、上記したＦＡＢ形成工程、１ｓｔ接合工程、２ｎｄ接合工程および切断工程からなるサイクルを１４回連続して繰り返すことにより、１５個の電極パッドと、１５個電極リードとを、ボンディングワイヤにより１対１で接続した。
【0242】
なお、２〜１５サイクル目のＦＡＢ形成工程では、ボンディングワイヤの先端部に６０ｍＡの電流Ｉ２を８３０μｓｅｃ（ｔ２）印加することにより、ＦＡＢを作製した。すなわち、１サイクル目では、その印加時間ｔ１を２サイクル目の印加時間ｔ２の１１０％とすることにより（９１３（ｔ１）＝８３０（ｔ２）×１．１）、２サイクル目の第２エネルギＥ２の１．１倍の第１エネルギＥ１をボンディングワイヤに与えてＦＡＢを形成した。
【0243】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表２に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積Ｖの平均に対する、各ベース部の体積Ｖのばらつきを算出した。結果を表２に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５０（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５０（ｂ）に示す。なお、ＸおよびＹ方向は、半導体チップの表面に沿う複数の方向のうち、互いに直交する任意の２方向であり、Ｚ方向は、ＸおよびＹ方向の両方に直交する方向（つまり、半導体チップの表面に垂直な方向）である。また、図５０（ａ）および図５０（ｂ）において、◆で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、◇で示されるプロットが、２サイクル目以降に形成されたベース部の径または厚さである。
【0244】
そして、２サイクル目以降のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚの平均値を算出したところ、径Ｄｘ：７３．９μｍ、径Ｄｙ：７５．２μｍ、厚さＴｚ：１４．９μｍであった。これに対し、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚは、径Ｄｘ：７４．１μｍ、径Ｄｙ：７５．１μｍ、厚さＴｚ：１５．０μｍであった。＜比較例１＞
１サイクル目のＦＡＢ形成工程での印加電流Ｉ１と、２サイクル目以降のＦＡＢ形成工程での印加電流Ｉ２とを同じにしたことを除いて、実施例１と同様の半導体チップおよびリードフレームを用いて、実施例１と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。
【0245】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表５に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積Ｖの平均に対する、各ベース部の体積Ｖのばらつきを算出した。結果を表５に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５０（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５０（ｂ）に示す。図５０（ａ）および図５０（ｂ）において、■で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、２サイクル目に形成されたベース部の径および厚さは、実施例１と同じである。
【0246】
そして、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚは、径Ｄｘ：７１．０μｍ、径Ｄｙ：７１．５μｍ、厚さＴｚ：１３．５μｍであり、実施例１における１サイクル目のベース部の径および厚さよりも小さいことが確認された。＜実施例２＞
４８本の電極リードを有するリードフレームおよび４８個の電極パッドを有する半導体チップを用いたことを除いて、実施例１と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。
【0247】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表２に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積Ｖの平均に対する、各ベース部の体積Ｖのばらつきを算出した。結果を表２に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５１（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５１（ｂ）に示す。図５１（ａ）および図５１（ｂ）において、◆で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、◇で示されるプロットが、２サイクル目以降に形成されたベース部の径または厚さである。
【0248】
そして、２サイクル目以降のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚの平均値を算出したところ、径Ｄｘ：７５．０μｍ、径Ｄｙ：７６．８μｍ、厚さＴｚ：１６．７μｍであった。これに対し、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚは、径Ｄｘ：７５．２μｍ、径Ｄｙ：７７．１μｍ、厚さＴｚ：１６．９μｍであった。＜比較例２＞
１サイクル目のＦＡＢ形成工程での印加時間ｔ１と、２サイクル目以降のＦＡＢ形成工程での印加時間ｔ２とを同じにしたことを除いて、実施例２と同様の半導体チップおよびリードフレームを用いて、実施例２と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。
【0249】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表５に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積Ｖの平均に対する、各ベース部の体積Ｖのばらつきを算出した。結果を表５に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５１（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５１（ｂ）に示す。図５１（ａ）および図５１（ｂ）において、■で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、２サイクル目に形成されたベース部の径および厚さは、実施例２と同じである。
【0250】
そして、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚは、径Ｄｘ：７２．０μｍ、径Ｄｙ：７２．５μｍ、厚さＴｚ：１４．０μｍであり、実施例２における１サイクル目のベース部の径および厚さよりも小さいことが確認された。＜実施例３＞
４４本の電極リードを有するリードフレームおよび４４個の電極パッドを有する半導体チップを用いたことを除いて、実施例１と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。
【0251】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表３に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積Ｖの平均に対する、各ベース部の体積Ｖのばらつきを算出した。結果を表３に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５２（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５２（ｂ）に示す。図５２（ａ）および図５２（ｂ）において、◆で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、◇で示されるプロットが、２サイクル目以降に形成されたベース部の径または厚さである。
【0252】
そして、２サイクル目以降のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚの平均値を算出したところ、径Ｄｘ：７４．７μｍ、径Ｄｙ：７７．３μｍ、厚さＴｚ：１６．５μｍであった。これに対し、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚは、径Ｄｘ：７４．９μｍ、径Ｄｙ：７７．６μｍ、厚さＴｚ：１６．７μｍであった。＜比較例３＞
１サイクル目のＦＡＢ形成工程での印加時間ｔ１と、２サイクル目以降のＦＡＢ形成工程での印加時間ｔ２とを同じにしたことを除いて、実施例３と同様の半導体チップおよびリードフレームを用いて、実施例３と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。
【0253】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表６に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積Ｖの平均に対する、各ベース部の体積Ｖのばらつきを算出した。結果を表６に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５２（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５２（ｂ）に示す。図５２（ａ）および図５２（ｂ）において、■で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、２サイクル目に形成されたベース部の径および厚さは、実施例３と同じである。
【0254】
そして、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚは、径Ｄｘ：７１．０μｍ、径Ｄｙ：７３．０μｍ、厚さＴｚ：１３．５μｍであり、実施例３における１サイクル目のベース部の径および厚さよりも小さいことが確認された。＜実施例４＞
２０本の電極リードを有するリードフレームおよび２０個の電極パッドを有する半導体チップを用いたことを除いて、実施例１と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。
【0255】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表３に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積Ｖの平均に対する、各ベース部の体積Ｖのばらつきを算出した。結果を表３に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５３（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５３（ｂ）に示す。図５３（ａ）および図５３（ｂ）において、◆で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、◇で示されるプロットが、２サイクル目以降に形成されたベース部の径または厚さである。
【0256】
そして、２サイクル目以降のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚの平均値を算出したところ、径Ｄｘ：７５．２μｍ、径Ｄｙ：７７．７μｍ、厚さＴｚ：１７．６μｍであった。これに対し、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚは、径Ｄｘ：７５．３μｍ、径Ｄｙ：７７．９μｍ、厚さＴｚ：１７．８μｍであった。＜比較例４＞
１サイクル目のＦＡＢ形成工程での印加時間ｔ１と、２サイクル目以降のＦＡＢ形成工程での印加時間ｔ２とを同じにしたことを除いて、実施例４と同様の半導体チップおよびリードフレームを用いて、実施例４と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。
【0257】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表６に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積Ｖの平均に対する、各ベース部の体積Ｖのばらつきを算出した。結果を表６に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５３（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５３（ｂ）に示す。図５３（ａ）および図５３（ｂ）において、■で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、２サイクル目に形成されたベース部の径および厚さは、実施例４と同じである。
【0258】
そして、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚは、径Ｄｘ：７３．５μｍ、径Ｄｙ：７５．０μｍ、厚さＴｚ：１４．５μｍであり、実施例４における１サイクル目のベース部の径および厚さよりも小さいことが確認された。＜実施例５＞
２０本の電極リードを有するリードフレームおよび２０個の電極パッドを有する半導体チップ（実施例４とは異なるチップ）を用いたことを除いて、実施例１と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。
【0259】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表４に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積Ｖの平均に対する、各ベース部の体積Ｖのばらつきを算出した。結果を表４に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５４（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５４（ｂ）に示す。図５４（ａ）および図５４（ｂ）において、◆で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、◇で示されるプロットが、２サイクル目以降に形成されたベース部の径または厚さである。
【0260】
そして、２サイクル目以降のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚの平均値を算出したところ径Ｄｘ：７６．１μｍ、径Ｄｙ：７７．８μｍ、厚さＴｚ：１７．７μｍであった。これに対し、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴは、径Ｄｘ：７６．４μｍ、径Ｄｙ：７８．０μｍ、厚さＴｚ：１７．９μｍであった。＜比較例５＞
１サイクル目のＦＡＢ形成工程での印加時間ｔ１と、２サイクル目以降のＦＡＢ形成工程での印加時間ｔ２とを同じにしたことを除いて、実施例５と同様の半導体チップおよびリードフレームを用いて、実施例５と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。
【0261】
以上のように形成された各パッド接合部のベース部の径Ｄｘ、Ｄｙ（ＸおよびＹ方向の径）およびベース部の厚さＴｚ（Ｚ方向の高さ）を測定した。測定したＤｘ、ＤｙおよびＴｚの値を下記表７に示す。また、Ｄｘ、ＤｙおよびＴｚに基づいて、全てのベース部の体積の平均に対する、各ベース部の体積のばらつきを算出した。結果を表７に示す。また、ベース部の径ＤｘおよびＤｙの分布を、図５４（ａ）に示す。また、ベース部の厚さＴｚの分布を、図５４（ｂ）に示す。図５４（ａ）および図５４（ｂ）において、■で示されるプロットが、１サイクル目に形成されたベース部の径または厚さであり、２サイクル目に形成されたベース部の径および厚さは、実施例５と同じである。
【0262】
そして、１サイクル目のベース部のＤｘ、ＤｙおよびＴｚは、径Ｄｘ：７２．０μｍ、径Ｄｙ：７４．５μｍ、厚さＴｚ：１５．５μｍであり、実施例５における１サイクル目のベース部の径および厚さよりも小さいことが確認された。
【0263】
【表2】
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【0264】
【表3】
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【0265】
【表4】
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【0266】
【表5】
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【0267】
【表6】
[この文献は図面を表示できません]
【0268】
【表7】
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＜実施例６〜９および比較例６＞４４本の電極リードを有するリードフレームおよび４４個の電極パッドを有する半導体チップを用いたことを除いて、実施例１と同じ手順および同じ条件によりワイヤボンディングを行なった。なお、実施例６〜９および比較例６における、１サイクル目のＦＡＢ形成工程での印加エネルギＥ１と、２サイクル目以降のＦＡＢ形成工程での印加エネルギＥ２との関係は、以下のとおりである。
【0269】
実施例６：Ｅ１＝Ｅ２×１０４（％）／１００実施例７：Ｅ１＝Ｅ２×１０８（％）／１００
実施例８：Ｅ１＝Ｅ２×１１２（％）／１００
実施例９：Ｅ１＝Ｅ２×１１６（％）／１００
比較例６：Ｅ１＝Ｅ２×１００（％）／１００
実施例６〜９および比較例６における１サイクル目に形成されたベース部のＸおよびＹ方向の径、および２サイクル目以降に形成されたベース部のＸおよびＹ方向の径を、図５５に示す。なお、２サイクル目以降のベース部の径については、平均値を示している。
【0270】
実施例６〜９および比較例６における、ベース部の径は以下のとおりである。実施例６ Ｘ方向Ｄｘ：７３．０μｍ Ｙ方向Ｄｙ：７５．０μｍ
実施例７ Ｘ方向Ｄｘ：７５．８μｍ Ｙ方向Ｄｙ：７６．８μｍ
実施例８ Ｘ方向Ｄｘ：７５．４μｍ Ｙ方向Ｄｙ：７８．０μｍ
実施例９ Ｘ方向Ｄｘ：７６．５μｍ Ｙ方向Ｄｙ：７９．１μｍ
比較例６ Ｘ方向Ｄｘ：７２．２μｍ Ｙ方向Ｄｙ：７３．４μｍ
２サイクル目以降（実施例６〜９および比較例６共通）
Ｘ方向Ｄｘ：７５．２μｍ Ｙ方向Ｄｙ：７７．１μｍ
以上より、実施例６〜９では、１サイクル目のベース部の径が、ＸおよびＹ方向のいずれにおいても、２サイクル目以降のベース部の径の±１μｍ以内の範囲内にあった。一方、比較例６では、１サイクル目のベース部の径が、ＸおよびＹ方向のいずれにおいても、２サイクル目以降のベース部の径の±１．５μｍ以上であった。
＜第７実施形態 図５６〜図６８＞
この第７実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第７の背景技術に対する第７の課題を解決することもできる。
（１）第７の背景技術 典型的な半導体装置では、半導体チップがダイパッド上に配置され、半導体チップとダイパッドの周囲に配置されたリードとがＡｕ（金）からなるワイヤにより接続されている。具体的には、半導体チップの表面に、Ａｌ（アルミニウム）からなるパッドが配置されている。そして、そのパッドの表面とリードの表面との間に、Ａｕからなるワイヤがアーチ状のループを描いて架設されている。
【0271】
ワイヤの架設時（ワイヤボンディング時）には、ワイヤボンダのキャピラリに保持されたワイヤの先端にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成され、そのＦＡＢがパッドの表面に当接される。このとき、キャピラリによりＦＡＢがパッドに向けて所定の荷重で押圧されるとともに、キャピラリに設けられた超音波振動子に所定の駆動電流が供給され、ＦＡＢに超音波振動が付与される。その結果、ＦＡＢがパッドの表面に擦られながら押しつけられ、パッドの表面に対するワイヤの接合が達成される。その後、キャピラリがリードに向けて移動される。そして、ワイヤがリードの表面に押し付けられて、ワイヤに超音波振動が付与されつつ、ワイヤが引きちぎられる。これにより、パッドの表面とリードの表面との間に、ワイヤが架設される。
【0272】
キャピラリには、ＦＡＢとパッドとの接合時にパッドと対向する面であるフェイスの外径（Ｔ寸法）が相対的に大きく、キャピラリの中心軸線に対してフェイスに接続される側面のなす角度が相対的に大きいスタンダードタイプキャピラリと、フェイスの外形が相対的に小さく、キャピラリの中心軸線に対してフェイスに接続される側面のなす角度が相対的に小さいボトルネックタイプキャピラリとがある。（２）第７の課題
最近、市場で半導体装置の価格競争が激化しており、半導体装置のコストのさらなる低減が要求されている。コスト低減策の１つとして、高価なＡｕからなるワイヤ（金ワイヤ）から安価なＣｕ（銅）からなるワイヤ（銅ワイヤ）への代替が検討されている。
【0273】
しかしながら、銅ワイヤの先端に形成されるＦＡＢは、金ワイヤの先端に形成されるＦＡＢよりも硬く、変形しにくいため、金ワイヤの先端に形成されるＦＡＢと比較して、パッドへの良好な接合を達成可能な条件の設定が困難である。金ワイヤの先端に形成されるＦＡＢでは、そのサイズが同じであれば、ワイヤボンディングに用いられるキャピラリがスタンダードタイプキャピラリであるかボトルネックタイプキャピラリであるかにかかわらず、同じ大きさの荷重および超音波振動子の駆動電流でパッドに良好に接合する。ところが、銅ワイヤの先端に形成されるＦＡＢでは、ワイヤボンディングに用いられるキャピラリがスタンダードタイプキャピラリである場合に、パッドへの良好な接合を達成することができる荷重および超音波振動子の駆動電流が既知であっても、キャピラリがボトルネックタイプに変更されると、その大きさの荷重および超音波振動子の駆動電流では、パッドへの良好な接合を達成することができない。
【0274】
すなわち、この第７実施形態に係る発明は、ワイヤボンディングに用いられるキャピラリがスタンダードタイプキャピラリからボトルネックタイプキャピラリに変更されても、ＦＡＢに加えられる荷重およびキャピラリに設けられた超音波振動子の駆動電流の大きさを簡単に設定することができ、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成することができる、ワイヤボンディング方法を提供することを第７の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図５６は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図５７は、図５６に示す半導体装置の模式的な底面図である。
【0275】
半導体装置１Ｇは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置であり、半導体チップ２Ｇをダイパッド３Ｇ、リード４Ｇおよび銅ワイヤ５Ｇとともに樹脂パッケージ６Ｇで封止した構造を有している。半導体装置１Ｇ（樹脂パッケージ６Ｇ）の外形は、扁平な直方体形状である。本実施形態では、半導体装置１Ｇの外形は、平面形状が４ｍｍ角の正方形状で厚さが０．８５ｍｍの６面体であり、以下で挙げる半導体装置１Ｇの各部の寸法は、半導体装置１Ｇがその外形寸法を有する場合の一例である。
【0276】
半導体チップ２Ｇは、平面視で２．３ｍｍの正方形状をなしている。半導体チップ２Ｇの厚さは、０．２３ｍｍである。半導体チップ２Ｇの表面の周縁部には、複数のパッド７Ｇが配置されている。各パッド７Ｇは、半導体チップ２Ｇに作り込まれた回路と電気的に接続されている。半導体チップ２Ｇの裏面には、Ａｕ、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｇ（銀）などの金属層からなる裏メタル８Ｇが形成されている。
【0277】
ダイパッド３Ｇおよびリード４Ｇは、金属薄板（たとえば、銅薄板）を打ち抜くことにより形成される。その金属薄板（ダイパッド３Ｇおよびリード４Ｇ）の厚さは、０．２ｍｍである。ダイパッド３Ｇおよびリード４Ｇの表面には、Ａｇからなるめっき層９Ｇが形成されている。ダイパッド３Ｇは、平面視で２．７ｍｍの正方形状をなし、各側面が半導体装置１Ｇの側面と平行をなすように半導体装置１Ｇの中央部に配置されている。
【0278】
ダイパッド３Ｇの裏面の周縁部には、裏面側からの潰し加工により、その全周にわたって、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｇが入り込んでいる。これにより、ダイパッド３Ｇの周縁部がその上下から樹脂パッケージ６Ｇで挟まれ、ダイパッド３Ｇの樹脂パッケージ６Ｇからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0279】
また、ダイパッド３Ｇの裏面は、その周縁部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｇの裏面から露出している。リード４Ｇは、ダイパッド３Ｇの各側面と対向する位置に、同数（たとえば、９本）ずつ設けられている。ダイパッド３Ｇの側面に対向する各位置において、リード４Ｇは、その対向する側面と直交する方向に延び、当該側面と平行な方向に等間隔を空けて配置されている。リード４Ｇの長手方向の長さは、０．４５ｍｍである。また、ダイパッド３Ｇとリード４Ｇとの間の間隔は、０．２ｍｍである。
【0280】
リード４Ｇの裏面のダイパッド３Ｇ側の端部には、裏面側からの潰し加工により、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｇが入り込んでいる。これにより、リード４Ｇのダイパッド３Ｇ側の端部がその上下から樹脂パッケージ６Ｇで挟まれ、リード４Ｇの樹脂パッケージ６Ｇからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0281】
リード４Ｇの裏面は、ダイパッド３Ｇ側の端部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｇの裏面から露出している。また、リード４Ｇのダイパッド３Ｇ側と反対側の側面は、樹脂パッケージ６Ｇの側面から露出している。ダイパッド３Ｇおよびリード４Ｇの裏面における樹脂パッケージ６Ｇから露出する部分には、半田からなるめっき層１０Ｇが形成されている。
【0282】
そして、半導体チップ２Ｇは、パッド７Ｇが配置されている表面を上方に向けた状態で、その裏面が接合材１１Ｇを介して、ダイパッド３Ｇの表面（めっき層１０Ｇ）に接合されている。接合材１１Ｇには、たとえば、半田ペーストが用いられる。接合材１１Ｇの厚さは、０．０２ｍｍである。なお、半導体チップ２Ｇとダイパッド３Ｇとの電気的な接続が不要な場合には、裏メタル８Ｇが省略されて、半導体チップ２Ｇの裏面がダイパッド３Ｇの表面に銀ペーストなどの絶縁性ペーストからなる接合材を介して接合されてもよい。この場合、半導体チップ２Ｇの平面サイズは、２．３ｍｍ角となる。また、ダイパッド３Ｇの表面上のめっき層９Ｇが省略されてもよい。
【0283】
銅ワイヤ５Ｇは、たとえば、純度が９９．９９％以上の銅からなる。銅ワイヤ５Ｇの一端は、半導体チップ２Ｇのパッド７Ｇに接合されている。銅ワイヤ５Ｇの他端は、リード４Ｇの表面に接合されている。そして、銅ワイヤ５Ｇは、半導体チップ２Ｇとリード４Ｇとの間に、アーチ状のループを描いて架設されている。この銅ワイヤ５Ｇのループの頂部と半導体チップ２Ｇの表面との高低差は、０．１６ｍｍである。
【0284】
そして、この半導体装置１Ｇでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｇの表面全体、ダイパッド３Ｇの表面および側面全体、リード４Ｇの表面全体、ならびに銅ワイヤ５Ｇ全体が一体的な水分不透過絶縁膜１８Ｇで被覆されている。図５８は、図５６に示す破線で囲まれる部分の拡大図である。
パッド７Ｇは、Ａｌを含む金属からなり、半導体チップ２Ｇの最上層の層間絶縁膜１２Ｇ上に形成されている。層間絶縁膜１２Ｇ上には、表面保護膜１３Ｇが形成されている。パッド７Ｇは、その周縁部が表面保護膜１３Ｇに覆われ、中央部が表面保護膜１３Ｇに形成されたパッド開口１４Ｇを介して露出している。
【0285】
銅ワイヤ５Ｇは、表面保護膜１３Ｇから露出するパッド７Ｇの中央部に接合されている。銅ワイヤ５Ｇは、後述するように、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢがパッド７Ｇに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、銅ワイヤ５Ｇにおけるパッド７Ｇとの接合部分には、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｇが形成される。また、ファーストボール部１５Ｇの周囲に、ファーストボール部１５Ｇの下方からパッド７Ｇの材料が徐々に迫り出すことにより、迫り出し部１６Ｇがパッド７Ｇの表面から大きく浮き上がらずに形成される。
【0286】
たとえば、銅ワイヤ５Ｇの線径が２５μｍである場合、ファーストボール部１５Ｇの狙い直径（ファーストボール部１５Ｇの設計上の直径）は、７４〜７６μｍであり、ファーストボール部１５Ｇの狙い厚さ（ファーストボール部１５Ｇの設計上の厚さ）は、１７〜１８μｍである。図５９Ａ〜図５９Ｄは、本発明の一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模式的な断面図である。
【0287】
銅ワイヤ５Ｇは、ダイパッド３Ｇおよびリード４Ｇがそれらを取り囲むフレーム（図示せず）に接続された状態、つまりダイパッド３Ｇおよびリード４Ｇがリードフレームをなす状態で、ワイヤボンダにより、半導体チップ２Ｇとリード４Ｇとの間に架設される。ワイヤボンダには、キャピラリＣが備えられている。キャピラリＣは、図５９Ａに示すように、ワイヤ挿通孔４１Ｇが中心軸線上に形成された略円筒形状をなしている。銅ワイヤ５Ｇは、ワイヤ挿通孔４１Ｇに挿通されて、ワイヤ挿通孔４１Ｇの先端（下端）から送り出される。
【0288】
キャピラリＣの先端部には、ワイヤ挿通孔４１Ｇの下方に、ワイヤ挿通孔４１Ｇと連通する円錐台形状のチャンファ４２Ｇが形成されている。また、キャピラリＣの先端部は、チャンファ４２Ｇの下端縁に連続し、銅ワイヤ５Ｇとパッド７Ｇおよびリード４Ｇとの接合時（ワイヤボンディング時）にパッド７Ｇおよびリード４Ｇと対向する面であるフェイス４３Ｇを有している。フェイス４３Ｇは、キャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対して外側が上がるように緩やかに傾斜している。
【0289】
まず、図５９Ａに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｇの直上に移動される。次に、チャンファ４２Ｇに銅ワイヤ５Ｇの先端が位置する状態で、銅ワイヤ５Ｇの先端部に電流が印加されることにより、その先端部にＦＡＢ４４が形成される。電流の値および印加時間は、銅ワイヤ５Ｇの線径およびＦＡＢ４４の狙い直径（ＦＡＢ４４の設計上の直径）に応じて適宜設定される。ＦＡＢ４４の一部は、チャンファ４２Ｇからその下方にはみ出ている。
【0290】
その後、図５９Ｂに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｇに向かって下降され、キャピラリＣにより、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに押し付けられる。このとき、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に荷重が加えられるとともに、キャピラリＣに設けられた超音波振動子（図示せず）から発振された超音波振動がＦＡＢ４４に付与される。図６０は、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【0291】
たとえば、図６０に示すように、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接した時刻Ｔ１から所定時間（たとえば、３ｍｓｅｃ）が経過する時刻Ｔ２までの間は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。時刻Ｔ２以後は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に加えられる荷重が下げられ、ＦＡＢ４４に相対的に小さい荷重Ｐ２（たとえば、３０ｇ）が加えられる。この荷重Ｐ２は、キャピラリＣが上昇される時刻Ｔ４になるまで加え続けられる。
【0292】
なお、初期荷重Ｐ１は、パッド７Ｇに対するファーストボール部１５Ｇの狙い接合面積（パッド７Ｇに対するファーストボール部１５Ｇの設計上の接合面積）に一定の係数（初期荷重Ｐ１の単位がｇであり、接合面積の単位がｍｍ２である場合、たとえば、２８７８６）を乗じた値に基づいて設定される。本実施形態では、パッド７Ｇに対するファーストボール部１５Ｇの狙い接合面積を０．００４３０ｍｍ２として、初期荷重Ｐ１が１３０ｇに設定される。
【0293】
キャピラリＣとして、スタンダードタイプキャピラリが用いられる場合、超音波振動子には、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接する時刻Ｔ１より前から値Ｕ１の駆動電流が印加される。駆動電流値Ｕ１は、たとえば、１５ｍＡである。そして、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接すると、そのときの時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間に、超音波振動子に印加される駆動電流の値が値Ｕ１から値Ｕ２まで一定の変化率で（単調に）上げられる。駆動電流値Ｕ２は、たとえば、９０ｍＡである。時刻Ｔ３以後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕ２の駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。
【0294】
スタンダードタイプキャピラリは、図６１に示すような形状をなし、次のような寸法を有している。チャンファ４２Ｇの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイス４３Ｇの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面（図６１に示す断面）において、チャンファ４２Ｇの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイス４３ＧがキャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角ＦＡは、８°である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリＣの側面のフェイス４３Ｇの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度ＣＡは、２０°である。
【0295】
一方、キャピラリＣとして、ボトルネックタイプキャピラリが用いられる場合、図６０に示すように、超音波振動子には、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接する時刻Ｔ１より前から値Ｕ１の１．４倍の値の駆動電流が印加される。そして、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接すると、そのときの時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間に、超音波振動子に印加される駆動電流の値が値Ｕ１から値Ｕ２の１．４倍の値まで一定の変化率で（単調に）上げられる。時刻Ｔ３以後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕ２の１．４倍の値の駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。
【0296】
ボトルネックタイプキャピラリは、図６２に示すような形状をなし、次のような寸法を有している。チャンファ４２Ｇの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイス４３Ｇの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面（図６２に示す断面）において、チャンファ４２Ｇの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイス４３ＧがキャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角ＦＡは、８°である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリＣの側面のフェイス４３Ｇの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度ＣＡは、１０°である。
【0297】
その結果、ＦＡＢ４４がキャピラリＣのチャンファ４２Ｇおよびフェイス４３Ｇの形状に沿って変形し、図５８に示すように、パッド７Ｇ上に、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｇが形成されるとともに、その周囲に迫り出し部１６Ｇが形成される。これにより、パッド７Ｇに対する銅ワイヤ５Ｇの接合（ファーストボンディング）が達成される。時刻Ｔ１から予め定める接合時間が経過し、時刻Ｔ４になると、キャピラリＣがパッド７Ｇの上方に離間される。その後、キャピラリＣは、リード４Ｇの表面に向けて斜め下方に移動される。そして、図５９Ｃに示すように、超音波振動子に駆動電流が印加され、キャピラリＣに超音波振動が付与されつつ、キャピラリＣにより、銅ワイヤ５Ｇがリード４Ｇの表面に押し付けられ、さらに引きちぎられる。これにより、リード４Ｇの表面上に、銅ワイヤ５Ｇの他端部からなる側面視楔状のステッチ部が形成され、銅ワイヤのリード４Ｇに対する接合（セカンドボンディング）が達成される。
【0298】
その後は、他のパッド７Ｇおよびこれに対応するリード４Ｇを対象として、図５９Ａ〜図５９Ｃに示す工程が行われる。そして、図５９Ａ〜図５９Ｃに示す工程が繰り返されることにより、図５９Ｄに示すように、半導体チップ２Ｇのすべてのパッド７Ｇとリード４Ｇとの間に銅ワイヤ５Ｇが架設される。全てのワイヤボンディング終了後、図４Ｄと同様の方法により、水分不透過絶縁膜１８Ｇが形成される。
【0299】
以上のように、銅ワイヤ５Ｇの先端に形成されたＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接した後、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に荷重が加えられる。また、キャピラリＣに設けられた超音波振動子に駆動電流が印加される。そのため、荷重によりＦＡＢ４４が変形しつつ、超音波振動子から伝搬する超音波振動によりＦＡＢ４４がパッド７Ｇに擦りつけられる。その結果、ＦＡＢ４４とパッド７Ｇとの接合が達成される。
【0300】
そして、キャピラリＣとしてボトルネックタイプキャピラリが用いられる場合には、超音波振動子に印加される駆動電流の値が、キャピラリＣとしてスタンダードタイプキャピラリが用いられる場合における駆動電流の値Ｕ１，Ｕ２の１．４倍の値に設定される。これにより、キャピラリＣがスタンダードタイプキャピラリからボトルネックタイプキャピラリに変更されても、荷重および超音波振動子の駆動電流の大きさが簡単かつ適切に設定され、パッド７Ｇに対する銅ワイヤ５Ｇの良好な接合を達成することができる。
【0301】
ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接後は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が一定の変化率で漸増される。その一方で、ＦＡＢ４４に荷重が加えられることにより、ＦＡＢ４４が押し潰されるように変形し、ＦＡＢ４４とパッド７Ｇとの当接部分の面積が漸増する。これにより、超音波振動子からＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーが漸増し、また、パッド７Ｇに擦りつけられるＦＡＢ４４の面積が漸増する。その結果、ファーストボール部１５Ｇの中央部の下方において、ＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーの急増によるダメージがパッド７Ｇおよびパッド７Ｇの下層に生じることを抑制しつつ、ファーストボール部１５Ｇのパッド７Ｇとの接合面の周縁部までパッド７Ｇに良好に接合された状態を得ることができる。
【0302】
また、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接前から超音波振動子に駆動電流が印加されている。そのため、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接した瞬間から、ＦＡＢ４４とパッド７Ｇとの当接部分に超音波振動が伝搬し、その当接部分がパッド７Ｇに擦りつけられる。その結果、ファーストボール部１５Ｇのパッド７Ｇとの接合面の中央部（ＦＡＢ４４とパッド７Ｇとが初めて当接する部分）がパッド７Ｇに良好に接合された状態を得ることができる。＜接合状態確認試験＞
１．試験１
キャピラリＣとして、図６１に示すスタンダードタイプキャピラリを用いた。キャピラリＣをパッド７Ｇの上方に配置し、線径３０μｍの銅ワイヤ５Ｇの先端に６２μｍのＦＡＢ４４を形成した。そして、キャピラリＣをパッド７Ｇに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｇに押し付け、パッド７Ｇ上にファーストボール部１５Ｇを形成した。ファーストボール部１５Ｇの狙い直径は、７６μｍであり、ファーストボール部１５Ｇの狙い厚さは、１８μｍである。
【0303】
このとき、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢ４４に加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢ４４に３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリＣを上昇させた。また、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接前から、キャピラリＣに設けられた超音波振動子に１５ｍＡの駆動電流を印加し、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接した後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に１５ｍＡから９０ｍＡまで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまでの８．４ｍｓｅｃにわたって保持した。
【0304】
ファーストボール部１５Ｇの近傍をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）により撮像して得られたＳＥＭ画像を図６３に示す。２．試験２
キャピラリＣとして、図６２に示すボトルネックタイプキャピラリを用いた。キャピラリＣをパッド７Ｇの上方に配置し、線径３０μｍの銅ワイヤ５Ｇの先端に５９μｍのＦＡＢ４４を形成した。そして、キャピラリＣをパッド７Ｇに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｇに押し付け、パッド７Ｇ上にファーストボール部１５Ｇを形成した。ファーストボール部１５Ｇの狙い直径は、７４μｍであり、ファーストボール部１５Ｇの狙い厚さは、１７μｍである。
【0305】
このとき、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢ４４に加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢ４４に３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリＣを上昇させた。また、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接前から、キャピラリＣに設けられた超音波振動子に１８ｍＡ（１５ｍＡ×１．２）の駆動電流を印加し、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接した後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に１８ｍＡから１０８ｍＡ（９０ｍＡ×１．２）まで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に１０８ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまでの８．４ｍｓｅｃにわたって保持した。
【0306】
ファーストボール部１５Ｇの近傍のＳＥＭ画像を図６４に示す。３．試験３
キャピラリＣとして、図６２に示すボトルネックタイプキャピラリを用いた。キャピラリＣをパッド７Ｇの上方に配置し、線径３０μｍの銅ワイヤ５Ｇの先端に５９μｍのＦＡＢ４４を形成した。そして、キャピラリＣをパッド７Ｇに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｇに押し付け、パッド７Ｇ上にファーストボール部１５Ｇを形成した。ファーストボール部１５Ｇの狙い直径は、７４μｍであり、ファーストボール部１５Ｇの狙い厚さは、１７μｍである。
【0307】
このとき、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢ４４に加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢ４４に３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリＣを上昇させた。また、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接前から、キャピラリＣに設けられた超音波振動子に１９．５ｍＡ（１５ｍＡ×１．３）の駆動電流を印加し、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接した後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に１９．５ｍＡから１１７ｍＡ（９０ｍＡ×１．３）まで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に１１７ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまでの８．４ｍｓｅｃにわたって保持した。
【0308】
ファーストボール部１５Ｇの近傍のＳＥＭ画像を図６５に示す。４．試験４
キャピラリＣとして、図６２に示すボトルネックタイプキャピラリを用いた。キャピラリＣをパッド７Ｇの上方に配置し、線径３０μｍの銅ワイヤ５Ｇの先端に５９μｍのＦＡＢ４４を形成した。そして、キャピラリＣをパッド７Ｇに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｇに押し付け、パッド７Ｇ上にファーストボール部１５Ｇを形成した。ファーストボール部１５Ｇの狙い直径は、７４μｍであり、ファーストボール部１５Ｇの狙い厚さは、１７μｍである。
【0309】
このとき、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢ４４に加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢ４４に３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリＣを上昇させた。また、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接前から、キャピラリＣに設けられた超音波振動子に２１ｍＡ（１５ｍＡ×１．４）の駆動電流を印加し、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接した後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に２１ｍＡから１２６ｍＡ（９０ｍＡ×１．４）まで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に１２６ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまでの８．４ｍｓｅｃにわたって保持した。
【0310】
ファーストボール部１５Ｇの近傍のＳＥＭ画像を図６６に示す。５．試験５
キャピラリＣとして、図６２に示すボトルネックタイプキャピラリを用いた。キャピラリＣをパッド７Ｇの上方に配置し、線径３０μｍの銅ワイヤ５Ｇの先端に５９μｍのＦＡＢ４４を形成した。そして、キャピラリＣをパッド７Ｇに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｇに押し付け、パッド７Ｇ上にファーストボール部１５Ｇを形成した。ファーストボール部１５Ｇの狙い直径は、７４μｍであり、ファーストボール部１５Ｇの狙い厚さは、１７μｍである。
【0311】
このとき、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢ４４に加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢ４４に３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリＣを上昇させた。また、ＦＡＢ４４のパッド７Ｇへの当接前から、キャピラリＣに設けられた超音波振動子に２２．５ｍＡ（１５ｍＡ×１．５）の駆動電流を印加し、ＦＡＢ４４がパッド７Ｇに当接した後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に２２．５ｍＡから１３５ｍＡ（９０ｍＡ×１．５）まで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に１３５ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまでの８．４ｍｓｅｃにわたって保持した。
【0312】
ファーストボール部１５Ｇの近傍のＳＥＭ画像を図６７に示す。６．試験１〜５の比較
試験１〜５のいずれの場合も、ほぼ狙い通りの直径および厚さを有するファーストボール部１５Ｇが形成された。
試験１のＳＥＭ画像を見ると、ファーストボール部１５Ｇの周囲に、迫り出し部１６Ｇがパッド７Ｇの表面から浮き上がらない状態である程度の大きさで迫り出していることが判る。
【0313】
試験１のＳＥＭ画像と試験２のＳＥＭ画像とを見比べると、試験２の迫り出し部１６Ｇの大きさが試験１の迫り出し部１６Ｇの大きさよりも小さいことが判る。試験１のＳＥＭ画像と試験３〜５のＳＥＭ画像とを見比べると、試験１の迫り出し部１６Ｇの大きさと試験３〜５の迫り出し部１６Ｇの大きさとほぼ同じであり、試験１の迫り出し部１６Ｇの形状と試験４の迫り出し部１６Ｇの形状とがとくに近いことが判る。
【0314】
よって、試験１〜５の結果から、キャピラリＣとしてボトルネックタイプキャピラリを用いる場合には、超音波振動子に印加される駆動電流の値を、キャピラリＣとしてスタンダードタイプキャピラリを用いる場合における駆動電流の値の１．３〜１．５倍の値に設定すれば、キャピラリＣとしてスタンダードタイプキャピラリを用いる場合と近いＦＡＢ４４とパッド７Ｇとの接合状態を得ることができることが確認された。また、キャピラリＣとしてボトルネックタイプキャピラリを用いる場合には、超音波振動子に印加される駆動電流の値を、キャピラリＣとしてスタンダードタイプキャピラリを用いる場合における駆動電流の値の１．４倍の値に設定すれば、キャピラリＣとしてスタンダードタイプキャピラリを用いる場合とほぼ同様なＦＡＢ４４とパッド７Ｇとの接合状態を得ることができることが確認された。
【0315】
以上、本発明の第７実施形態について説明したが、この第７実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、半導体装置１Ｇでは、ＱＦＮが適用されているが、本発明は、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）など、他の種類のノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に適用することもできる。
【0316】
また、リードの端面と樹脂パッケージの側面とが面一に形成された、いわゆるシンギュレーションタイプに限らず、リードが樹脂パッケージの側面から突出するリードカットタイプのノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。さらに、ノンリードパッケージに限らず、ＱＦＰ（Quad Flat Package）など、樹脂パッケージからリードが突出することによるアウターリードを有するパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。
【0317】
また、前述の実施形態では、銅ワイヤ５Ｇが水分不透過絶縁膜１８Ｇで被覆されている態様を例示したが、前述の第７の課題を解決するための第７の目的を少なくとも達成するのであれば、図６８に示すように、水分不透過絶縁膜１８Ｇが設けられていなくてもよい。＜第８実施形態 図６９〜図７３＞ここから
この第８実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第８の背景技術に対する第８の課題を解決することもできる。
（１）第８の背景技術 典型的な半導体装置では、半導体チップがダイパッド上に配置され、半導体チップとダイパッドの周囲に配置されたリードとがＡｕ（金）からなるワイヤ（金ワイヤ）により接続されている。具体的には、半導体チップの表面に、Ａｌ（アルミニウム）からなるパッドが配置されている。そして、そのパッドの表面とリードの表面との間に、金ワイヤがアーチ状のループを描いて架設されている。
【0318】
最近、市場で半導体装置の価格競争が激化しており、半導体装置のコストのさらなる低減が要求されている。コスト低減策の１つとして、高価な金ワイヤから安価なＣｕ（銅）からなるワイヤ（銅ワイヤ）への代替が検討されている。（２）第８の課題
しかしながら、現在のところ、金ワイヤから銅ワイヤへの積極的な代替には至っていない。なぜなら、銅ワイヤ自体も酸化しやすいが、とくに銅ワイヤにおけるパッドとの接合部（ファーストボール部）が酸化しやすいため、半導体チップや銅ワイヤを樹脂パッケージで封止した後の耐湿性試験（たとえば、超加速寿命試験（ＨＡＳＴ：Highly Accelerated Stress Test）や飽和蒸気加圧試験（ＰＣＴ：Pressure Cooker Test）など）において、接合部が酸化し、接合部のパッドからの剥がれ（ファーストオープン）を生じる場合があるからである。
【0319】
すなわち、この第８実施形態に係る発明は、銅ワイヤにおけるパッドとの接合部が酸化しにくく、その酸化に起因する接合部のパッドからの剥がれの発生を防止することができる、半導体装置を提供することを第８の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図６９は、本発明の第８実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。
【0320】
半導体装置１Ｈは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置であり、半導体チップ２Ｈをダイパッド３Ｈ、リード４Ｈおよび銅ワイヤ５Ｈとともに樹脂パッケージ６Ｈで封止した構造を有している。半導体装置１Ｈ（樹脂パッケージ６Ｈ）の外形は、扁平な直方体形状である。本実施形態では、半導体装置１Ｈの外形は、平面形状が４ｍｍ角の正方形状で厚さが０．８５ｍｍの６面体であり、以下で挙げる半導体装置１Ｈの各部の寸法は、半導体装置１Ｈがその外形寸法を有する場合の一例である。
【0321】
半導体チップ２Ｈは、平面視で２．３ｍｍの正方形状をなしている。半導体チップ２Ｈの厚さは、０．２３ｍｍである。半導体チップ２Ｈの裏面には、Ａｕ、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｇ（銀）などの金属層からなる裏メタル７Ｈが形成されている。ダイパッド３Ｈおよびリード４Ｈは、金属薄板（たとえば、銅薄板）を打ち抜くことにより形成される。その金属薄板（ダイパッド３Ｈおよびリード４Ｈ）の厚さは、０．２ｍｍである。ダイパッド３Ｈおよびリード４Ｈの表面には、Ａｇからなるめっき層８Ｈが形成されている。
【0322】
ダイパッド３Ｈは、平面視で２．７ｍｍの正方形状をなし、各側面が半導体装置１Ｈの側面と平行をなすように半導体装置１Ｈの中央部に配置されている。ダイパッド３Ｈの裏面の周縁部には、裏面側からの潰し加工により、その全周にわたって、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｈが入り込んでいる。これにより、ダイパッド３Ｈの周縁部がその上下から樹脂パッケージ６Ｈで挟まれ、ダイパッド３Ｈの樹脂パッケージ６Ｈからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0323】
また、ダイパッド３Ｈの裏面は、その周縁部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｈの裏面から露出している。リード４Ｈは、ダイパッド３Ｈの各側面と対向する位置に、同数（たとえば、９本）ずつ設けられている。ダイパッド３Ｈの側面に対向する各位置において、リード４Ｈは、その対向する側面と直交する方向に延び、当該側面と平行な方向に等間隔を空けて配置されている。リード４Ｈの長手方向の長さは、０．４５ｍｍである。また、ダイパッド３Ｈとリード４Ｈとの間の間隔は、０．２ｍｍである。
【0324】
リード４Ｈの裏面のダイパッド３Ｈ側の端部には、裏面側からの潰し加工により、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｈが入り込んでいる。これにより、リード４Ｈのダイパッド３Ｈ側の端部がその上下から樹脂パッケージ６Ｈで挟まれ、リード４Ｈの樹脂パッケージ６Ｈからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0325】
リード４Ｈの裏面は、ダイパッド３Ｈ側の端部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｈの裏面から露出している。また、リード４Ｈのダイパッド３Ｈ側と反対側の側面は、樹脂パッケージ６Ｈの側面から露出している。ダイパッド３Ｈおよびリード４Ｈの裏面における樹脂パッケージ６Ｈから露出する部分には、半田からなるめっき層９Ｈが形成されている。
【0326】
そして、半導体チップ２Ｈは、表面を上方に向けた状態で、その裏面が接合材１０Ｈを介して、ダイパッド３Ｈの表面（めっき層９Ｈ）に接合されている。接合材１０Ｈには、たとえば、半田ペーストが用いられる。接合材１０Ｈの厚さは、０．０２ｍｍである。なお、半導体チップ２Ｈとダイパッド３Ｈとの電気的な接続が不要な場合には、裏メタル７Ｈが省略されて、半導体チップ２Ｈの裏面がダイパッド３Ｈの表面に銀ペーストなどの絶縁性ペーストからなる接合材を介して接合されてもよい。この場合、半導体チップ２Ｈの平面サイズは、２．３ｍｍ角となる。また、ダイパッド３Ｈの表面上のめっき層８Ｈが省略されてもよい。
【0327】
銅ワイヤ５Ｈの一端は、半導体チップ２Ｈの表面に接合されている。銅ワイヤ５Ｈの他端は、リード４Ｈの表面に接合されている。そして、銅ワイヤ５Ｈは、半導体チップ２Ｈとリード４Ｈとの間に、アーチ状のループを描いて架設されている。この銅ワイヤ５Ｈのループの頂部と半導体チップ２Ｈの表面との高低差は、０．１６ｍｍである。そして、この半導体装置１Ｈでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｈの表面全体、ダイパッド３Ｈの表面および側面全体、リード４Ｈの表面全体、ならびに銅ワイヤ５Ｈ全体が一体的な水分不透過絶縁膜１８Ｈで被覆されている。
【0328】
図７０は、パッドおよび銅ワイヤにおけるパッドとの接合部の模式的な断面図である。半導体チップ２Ｈは、シリコン基板などの半導体基板（図示せず）を備えている。半導体基板上には、複数の層間絶縁膜２１Ｈ，２２Ｈが積層されている。最上層の層間絶縁膜２１Ｈとその下層の層間絶縁膜２２Ｈとの間には、複数の配線２３Ｈが形成されている。配線２３Ｈは、Ａｌを含む金属からなる。
【0329】
層間絶縁膜２１Ｈには、半導体チップ２Ｈの表面の周縁部において、各配線２３Ｈの一部を露出させる開口２４Ｈが形成されている。そして、配線２３Ｈの開口２４Ｈを介して露出する部分上に、パッド２５Ｈが形成されている。パッド２５Ｈは、Ｚｎからなり、スパッタにより形成される。パッド２５Ｈは、開口２４Ｈ内を埋め尽くし、その周縁部が層間絶縁膜２１Ｈ上に乗り上げている。パッド２５Ｈの厚さは、層間絶縁膜２１Ｈ上で７０００〜２８０００Å（０．７〜２．８μｍ）である。
【0330】
配線２３Ｈとパッド２５Ｈとの間には、バリア膜２６Ｈが形成されている。バリア膜２６Ｈは、ＴｉからなるＴｉ層およびＴｉＮからなるＴｉＮ層を配線２３Ｈ側からこの順に積層した構造を有している。なお、図７０では、１つの配線２３Ｈ、開口２４Ｈおよびパッド２５Ｈのみが示されている。
【0331】
半導体チップ２Ｈの最表面には、表面保護膜２７Ｈが形成されている。表面保護膜２７Ｈは、たとえば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる。表面保護膜２７Ｈには、パッド２５Ｈと対向する位置に、パッド２５Ｈの表面の中央部を露出させるためのパッド開口２８Ｈが形成されている。銅ワイヤ５Ｈは、たとえば、純度が９９．９９％以上のＣｕからなる。銅ワイヤ５Ｈは、表面保護膜２７Ｈから露出するパッド２５Ｈの中央部に接合されている。銅ワイヤ５Ｈは、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢがパッド２５Ｈに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、銅ワイヤ５Ｈにおけるパッド２５Ｈとの接合部（ファーストボール部）２９が鏡餅形状となる。そして、樹脂パッケージ６Ｈの形成後の熱エージング時に、少なくとも接合部２９Ｈの下部およびパッド２５Ｈにおける接合部２９Ｈと対向する部分（図７０に破線で囲まれる部分）において、銅ワイヤ５Ｈに含まれるＣｕとパッド２５Ｈに含まれるＺｎとが共晶結合し、ＣｕとＺｎとの合金（黄銅）が形成される。熱エージングは、樹脂パッケージ６Ｈを安定化させるための処理であり、半導体装置１Ｈを一定温度下に一定時間にわたって放置する処理である。
【0332】
なお、パッド２５Ｈおよび接合部２９Ｈの全体がＺｎ−Ｃｕ合金化する場合がある。たとえば、熱エージングが１７５℃の温度下で６時間にわたって行われると、パッド２５Ｈの最大厚さ（配線２３Ｈ上での厚さ）が１０μｍであっても、パッド２５Ｈおよび接合部２９Ｈの全体がＺｎ−Ｃｕ合金化する。以上のように、銅ワイヤ５Ｈの接合部２９ＨがＺｎ−Ｃｕ合金からなる。そのため、接合部２９Ｈが酸化しにくい。よって、酸化に起因する接合部２９Ｈのパッド２５Ｈからの剥がれの発生を防止することができる。
【0333】
また、配線２３Ｈとパッド２５Ｈとの間には、ＴｉからなるＴｉ層およびＴｉＮからなるＴｉＮ層を配線２３Ｈ側からこの順に積層した構造を有するバリア膜２６Ｈが介在されている。このバリア膜２６Ｈが介在されていることにより、配線２３Ｈに含まれるＡｌとパッド２５Ｈに含まれるＺｎとの共晶結合を防止することができる。図７１は、他の構造に係るパッドおよび銅ワイヤにおけるパッドとの接合部の模式的な断面図である。図７１において、図７０に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図７１に示す構造について、図７０に示す構造との相違点を中心に説明し、図７０に示す各部と同一の参照符号を付した部分についての説明を省略する。
【0334】
配線２３Ｈの開口２４Ｈを介して露出する部分上に、パッド３１Ｈが形成されている。パッド３１Ｈは、パッド本体部３２Ｈと、パッド本体部３２Ｈの表面に形成されたＺｎ層３３Ｈとを備えている。パッド本体部３２Ｈは、Ａｌからなり、電解めっきにより形成される。パッド本体部３２Ｈは、開口２４Ｈ内を埋め尽くし、その周縁部が層間絶縁膜２１Ｈ上に乗り上げている。パッド本体部３２Ｈの厚さは、層間絶縁膜２１Ｈ上で７０００〜２８０００Å（０．７〜２．８μｍ）である。また、パッド本体部３２Ｈは、配線２３Ｈに直に接触している。
【0335】
Ｚｎ層３３Ｈは、Ｚｎからなり、無電解めっきにより形成される。Ｚｎ層３３Ｈは、表面保護膜２７Ｈに形成されたパッド開口２８Ｈ内に、パッド本体部３２Ｈのパッド開口２８Ｈから露出する部分を被覆するように形成されている。パッド本体部３２ＨとＺｎ層３３Ｈとの間には、バリア膜３４Ｈが形成されている。バリア膜３４Ｈは、ＴｉからなるＴｉ層およびＴｉＮからなるＴｉＮ層をパッド本体部３２Ｈ側からこの順に積層した構造を有している。
【0336】
銅ワイヤ５Ｈは、たとえば、純度が９９．９９％以上のＣｕからなる。銅ワイヤ５Ｈは、表面保護膜２７Ｈから露出するパッド３１Ｈ（Ｚｎ層３３Ｈ）の中央部に接合されている。銅ワイヤ５Ｈは、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢがパッド３１Ｈに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、銅ワイヤ５Ｈにおけるパッド３１Ｈとの接合部（ファーストボール部）２９が鏡餅形状となる。そして、樹脂パッケージ６Ｈの形成後の熱エージング時に、少なくとも接合部２９Ｈの下部およびパッド３１ＨのＺｎ層３３Ｈにおける接合部２９Ｈと対向する部分（図７１に破線で囲まれる部分）において、銅ワイヤ５Ｈに含まれるＣｕとＺｎ層３３Ｈに含まれるＺｎとが共晶結合し、ＣｕとＺｎとの合金（黄銅）が形成される。
【0337】
なお、Ｚｎ層３３Ｈおよび接合部２９Ｈの全体がＺｎ−Ｃｕ合金化する場合がある。この構造においても、銅ワイヤ５Ｈの接合部２９ＨがＺｎ−Ｃｕ合金からなる。そのため、接合部２９Ｈが酸化しにくい。よって、酸化に起因する接合部２９Ｈのパッド３１Ｈからの剥がれの発生を防止することができる。
また、パッド３１Ｈのパッド本体部３２ＨとＺｎ層３３Ｈとの間には、ＴｉからなるＴｉ層およびＴｉＮからなるＴｉＮ層をパッド本体部３２Ｈ側からこの順に積層した構造を有するバリア膜３４Ｈが介在されている。このバリア膜３４Ｈが介在されていることにより、パッド本体部３２Ｈに含まれるＡｌとＺｎ層３３Ｈに含まれるＺｎとの共晶結合を防止することができる。
【0338】
図７２は、さらに他の構造に係るパッドおよび銅ワイヤにおけるパッドとの接合部の模式的な断面図である。図７２において、図７０に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図７２に示す構造について、図７０に示す構造との相違点を中心に説明し、図７０に示す各部と同一の参照符号を付した部分についての説明を省略する。
【0339】
配線２３Ｈの開口２４Ｈを介して露出する部分上に、パッド４１Ｈが形成されている。パッド４１Ｈは、Ａｌからなり、電解めっきにより形成される。パッド４１Ｈは、開口２４Ｈ内を埋め尽くし、その周縁部が層間絶縁膜２１Ｈ上に乗り上げている。パッド４１Ｈの厚さは、層間絶縁膜２１Ｈ上で７０００〜２８０００Å（０．７〜２．８μｍ）である。また、パッド４１Ｈは、配線２３Ｈに直に接触している。
【0340】
銅ワイヤ５Ｈは、たとえば、その全体がＣｕとＺｎとの合金（黄銅）からなる。銅ワイヤ５Ｈは、表面保護膜２７Ｈから露出するパッド４１Ｈの中央部に接合されている。銅ワイヤ５Ｈは、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢがパッド４１Ｈに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、銅ワイヤ５Ｈにおけるパッド４１Ｈとの接合部（ファーストボール部）２９が鏡餅形状となる。
【0341】
この構造においても、銅ワイヤ５Ｈの接合部２９ＨがＺｎ−Ｃｕ合金からなる。そのため、接合部２９Ｈが酸化しにくい。よって、酸化に起因する接合部２９Ｈのパッド３１Ｈからの剥がれの発生を防止することができる。以上、本発明の第８実施形態について説明したが、この第８実施形態は、以下のように変更されていてもよい。
【0342】
たとえば、図７０，７１に示す構造において、銅ワイヤ５Ｈの一例として、純度が９９．９９％以上のＣｕからなるものを挙げたが、銅ワイヤ５Ｈとして、それよりも低い純度のものが用いられてもよい。また、銅ワイヤ５Ｈとして、その全体がＣｕとＺｎとの合金からなるものが用いられてもよい。また、前述の実施形態では、銅ワイヤ５Ｈが水分不透過絶縁膜１８Ｈで被覆されている態様を例示したが、前述の第８の課題を解決するための第８の目的を少なくとも達成するのであれば、図７３に示すように、水分不透過絶縁膜１８Ｈが設けられていなくてもよい。
＜第９実施形態 図７４〜図８２＞
この第９実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第９の背景技術に対する第９の課題を解決することもできる。
（１）第９の背景技術 樹脂封止型の半導体装置は、半導体チップをリードフレームとともに樹脂パッケージで封止した構造を有している。リードフレームは、金属薄板を打ち抜くことにより形成され、ダイパッドと、このダイパッドの周囲に配置される複数のリードとを備えている。半導体チップは、ダイパッドの上面にダイボンディングされており、その表面と各リードとの間に架設されるボンディングワイヤにより、各リードと電気的に接続されている。
【0343】
半導体装置の動作時には、半導体チップが発熱する。そして、半導体チップからの発熱は、半導体チップと樹脂パッケージとの接触部分から樹脂パッケージに伝達されるとともに、ダイパッドおよびリードに伝達され、ダイパッドおよびリードと樹脂パッケージとの接触部分から樹脂パッケージへと伝達される。このようにして樹脂パッケージに伝達された半導体チップからの発熱は、樹脂パッケージの表面から放熱される。
【0344】
半導体チップの発熱量が樹脂パッケージからの放熱量を上回ると、半導体装置が過熱状態となるおそれがある。そのため、従来から、放熱性の向上を図るべく、樹脂パッケージの材料の改良がなされている。（２）第９の課題
しかしながら、樹脂パッケージの材料の改良による放熱性の向上には限界がある。とくに、パワー系デバイスが作り込まれた半導体チップでは、半導体チップからの発熱量が大きく、放熱性のさらなる向上が求められている。
【0345】
すなわち、この第９実施形態に係る発明は、放熱性のさらなる向上を図ることができる、半導体装置を提供することを第９の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図７４は、本発明の第９実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図７５は、図７４に示す半導体装置の模式的な平面図であり、樹脂パッケージの図示を省略した状態を示す。
【0346】
半導体装置１Ｉは、半導体チップ２Ｉをリードフレーム３Ｉとともに樹脂パッケージ４Ｉで封止した構造を有している。樹脂パッケージ４Ｉは、平面視四角形状に形成されている。リードフレーム３Ｉは、半導体装置１Ｉの中央部に配置されるダイパッド５Ｉと、ダイパッド５Ｉの周囲に配置される複数（この実施形態では、１０本）のリード６Ｉとを備えている。リードフレーム３Ｉは、たとえば、銅（Ｃｕ）薄板を打ち抜き加工およびプレス加工することにより形成される。
【0347】
ダイパッド５Ｉは、平面視でその中心が樹脂パッケージ４Ｉの中心と重なり、樹脂パッケージ４Ｉの各辺に対して平行に延びる４辺を有する平面視四角形状の中央部７Ｉと、中央部７Ｉの４辺のうちの互いに対向する２辺から樹脂パッケージ４Ｉの側面に向けて延びる平面視四角形状の吊り部８Ｉとを一体的に備えている。リード６Ｉは、ダイパッド５Ｉの中央部７Ｉに対して、吊り部８Ｉが延びる方向（以下、「延出方向」という。）と直交する方向の両側に、５つずつ等間隔で配置されている。
【0348】
各リード６Ｉは、樹脂パッケージ４Ｉの側面を貫通しており、その樹脂パッケージ４Ｉに封止された部分が、後述するボンディングワイヤ１３Ｉが接続されるインナーリード部をなし、樹脂パッケージ４Ｉから露出した部分が、半導体装置１Ｉが実装される基板との接続のためのアウターリード部をなしている。ダイパッド５Ｉの上面および各リード６Ｉにおけるインナーリード部の上面には、銀（Ａｇ）めっき処理が施されることにより、銀薄膜９Ｉ，４７Ｉが被着されている。
【0349】
半導体チップ２Ｉは、素子形成面である表面を上方に向けた状態で、その裏面がペースト状の半田接合剤１０Ｉを介してダイパッド５Ｉに接合（ダイボンディング）されている。半導体チップ２Ｉの表面は、表面保護膜１１Ｉで覆われている。また、半導体チップ２Ｉの表面には、表面保護膜１１Ｉが選択的に除去されることにより、１０個のパッド１２Ｉが形成されている。
【0350】
各パッド１２Ｉは、平面視四角形状に形成され、半導体チップ２Ｉにおいて、ダイパッド５Ｉにおけるリード６Ｉと対向する辺と平行に延びる２辺の縁部に沿って５つずつ設けられている。各パッド１２Ｉには、ボンディングワイヤ１３Ｉの一端が接合されている。各ボンディングワイヤ１３Ｉの他端は、パッド１２Ｉに対応するリード６Ｉの上面にそれぞれ接合されている。これにより、半導体チップ２Ｉは、ボンディングワイヤ１３Ｉを介して、リード６Ｉと電気的に接続されている。
【0351】
そして、この半導体装置１Ｉでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｉの表面全体、ダイパッド５Ｉの表面および側面全体、リード６Ｉの表面全体、ならびにボンディングワイヤ１３Ｉ全体が一体的な水分不透過絶縁膜１９Ｉで被覆されている。平面視において、半導体チップ２Ｉは、ダイパッド５Ｉよりも小さく、半導体チップ２Ｉの周囲に、ダイパッド５Ｉの表面が露出している。この半導体チップ２Ｉの周囲で露出するダイパッド５Ｉの表面（銀薄膜９Ｉ，４７Ｉ）には、銅からなる複数のダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉが接合されている。
【0352】
具体的には、図７５に示すように、半導体チップ２Ｉと各吊り部８Ｉとの間には、延出方向に沿って延び、延出方向と直交する方向に互いに間隔を空けて配置される複数のダミーワイヤ１５Ｉと、このダミーワイヤ１５Ｉと直交し、延出方向に互いに間隔を空けて配置される複数のダミーワイヤ１６Ｉとが設けられている。各ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉは、その両端部がダイパッド５Ｉの表面に接合され、中央部分が盛り上がるアーチ状に形成されている。ダミーワイヤ１５Ｉの中央部分とダミーワイヤ１６Ｉの中央部分とは、互いに接触していてもよい。このようなダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉは、たとえば、ワイヤボンダを用いて、ダミーワイヤ１５Ｉを形成した後、各ダミーワイヤ１５Ｉを跨ぐようにダミーワイヤ１６Ｉを形成することにより得られる。
【0353】
また、半導体チップ２Ｉとリード６Ｉとの間には、延出方向に沿って延びる複数のダミーワイヤ１７Ｉが形成されている。ダミーワイヤ１７Ｉは、その両端部がダイパッド５Ｉの表面に接合され、中央部分が盛り上がるアーチ状に形成されている。また、ダミーワイヤ１７Ｉの中央部分は、各ボンディングワイヤ１３Ｉに干渉しないような高さに形成されている。
【0354】
また、ダイパッド５Ｉにおける半導体チップ２Ｉとの接合面とは反対側の下面には、図７４に示すように、複数のダミーワイヤ１８Ｉが形成されている。ダミーワイヤ１８Ｉは、ダミーワイヤ１５Ｉおよびダミーワイヤ１６Ｉと同様に、延出方向およびそれに直交する方向に延びる格子状に形成されている。すなわち、各ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉは、半導体チップ２Ｉおよびリード６Ｉのいずれにも接触しておらず、半導体チップ２Ｉとダイパッド５Ｉおよびリード６Ｉとの電気的な接続に寄与していない。
【0355】
以上のように、ダイパッド５Ｉに接合された半導体チップ２Ｉとダイパッド５Ｉの周囲に配置されたリード６Ｉとの間には、銅からなるボンディングワイヤ１３Ｉが架設されている。このボンディングワイヤ１３Ｉにより、半導体チップ２Ｉとリード６Ｉとが電気的に接続されている。また、半導体装置１Ｉには、半導体チップ２Ｉとダイパッド５Ｉおよびリード６Ｉとの電気的な接続に寄与しないダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉが設けられている。ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉは、銅からなる。
【0356】
半導体装置１Ｉの動作時において、半導体チップ２Ｉからの発熱は、ダイパッド５Ｉ、リード６Ｉおよびダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉに伝達される。そして、伝達された熱は、それらを一括して封止する樹脂パッケージ４Ｉ中を伝播し、その樹脂パッケージ４Ｉの表面から放出（放熱）される。そのため、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉが設けられていることにより、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉが設けられていない構成と比較して、樹脂パッケージ４Ｉへの熱伝達効率を向上させることができ、半導体装置１Ｉの放熱性の向上を図ることができる。
【0357】
また、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉは、半導体チップ２Ｉとダイパッド５Ｉおよびリード６Ｉとの電気的な接続に寄与しない。そのため、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉ同士の接触を考慮する必要がなく、その配置に制約を受けないので、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉを物理的に可能な限り密に配置することができる。その結果、半導体装置１Ｉの放熱性のさらなる向上を図ることができる。
【0358】
また、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉは、ダイパッド５Ｉ（銀薄膜９Ｉ，４７Ｉ）にその両端部が接合されたループ状の金属ワイヤである。これにより、ワイヤボンダを用いて、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉを形成することができる。そのため、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉを形成するための装置の追加を回避することができる。
【0359】
また、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉは、銅からなる。銅は、安価であるため、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉの材料コストを低減することができる。また、銅は、熱伝導率が高いので、半導体装置１Ｉの放熱量を向上させることができる。また、ボンディングワイヤ１３Ｉは、銅からなる。銅は、安価であるため、ボンディングワイヤ１３Ｉの材料コストを低減することができる。また、銅は、電気伝導率が高いので、半導体チップ２Ｉとリード６Ｉとの間での電気抵抗を低減することができる。
【0360】
図７６は、図７４に示す半導体装置の第１変形例の模式的な断面図である。図７６において、図７４に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図７６に示す構造について、図７４に示す構造との相違点を中心に説明し、図７４に示す各部と同一の参照符号を付した部分についての説明を省略する。
【0361】
図７６に示す半導体装置２１Ｉでは、図７４に示すダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉに代えて、複数のスタッドバンプ２２Ｉが配置されている。ダイパッド５Ｉの上面に形成された各スタッドバンプ２２Ｉは、上方に凸となるような鏡餅形状に形成され、ボンディングワイヤ１３Ｉと接触しないような高さに複数段重ねて配置されている。一方、ダイパッド５Ｉの下面に形成された各スタッドバンプ２２Ｉは、下方に凸となるような鏡餅形状に形成され、半導体装置２１Ｉの下面において樹脂パッケージ４Ｉから露出しないような高さに複数段重ねて配置されている。
【0362】
このようなスタッドバンプ２２Ｉを備える半導体装置２１Ｉは、たとえば、まず、ダイパッド５Ｉの上面が上方に向けられた状態で、上側のスタッドバンプ２２Ｉが形成された後、半導体装置２１Ｉを裏返してダイパッド５Ｉの下面が上方に向けられた状態で、下側のスタッドバンプ２２Ｉを形成することにより得られる。この半導体装置２１Ｉの構成においても、図７４に示す半導体装置１Ｉと同様の効果を奏することができる。
【0363】
また、スタッドバンプ２２Ｉは、ワイヤボンダを用いて形成することができる。したがって、スタッドバンプ２２Ｉを形成するための装置の追加を回避することができる。また、スタッドバンプ２２Ｉ同士の接触を考慮することなく、スタッドバンプ２２Ｉを配置することができるので、ワイヤボンダを用いて形成可能な限りの小さな間隔でスタッドバンプ２２Ｉを形成することができる。
【0364】
また、スタッドバンプ２２Ｉは、複数積み重ねて設けられている。これにより、スタッドバンプ２２Ｉの高さを半導体装置２１Ｉ内のデッドスペースに合わせて変更することができるので、スタッドバンプ２２Ｉの表面積をさらに大きくすることができる。その結果、半導体装置の放熱性のさらなる向上を図ることができる。図７７は、図７４に示す半導体装置の第２変形例の模式的な断面図である。図７７において、図７４に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図７７に示す構造について、図７４に示す構造との相違点を中心に説明し、図７４に示す各部と同一の参照符号を付した部分についての説明を省略する。
【0365】
図７７に示す半導体装置３１Ｉでは、図７４に示すダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉと、図７６に示すスタッドバンプ２２Ｉとが組み合わされた状態で配置されている。具体的には、ダイパッド５Ｉの上面および下面には、鏡餅形状のスタッドバンプ３３Ｉが複数段重ねて配置されている。そして、これらのスタッドバンプ３３Ｉを跨ぐように、その両端部が銀薄膜９Ｉ，４７Ｉに接続されたダミーワイヤ３２Ｉが配置されている。各ダミーワイヤ３２Ｉは、その両端部がダイパッド５Ｉの表面に接合され、中央部分が盛り上がったアーチ状に形成されている。言い換えれば、複数のスタッドバンプ３３Ｉは、ダミーワイヤ３２Ｉのループ状の内側部分（ダミーワイヤ３２Ｉの中央部とダイパッド５Ｉとの間の部分）に、ダミーワイヤ３２Ｉの中央部の高さに合わせて複数段重ねて配置されている。
【0366】
この半導体装置３１Ｉの構成によっても、図７４に示す半導体装置１Ｉと同様の効果を奏することができる。また、ダミーワイヤ３２Ｉのループ部分の隙間にスタッドバンプ３３Ｉが配置されるので、ダミーワイヤ３２Ｉおよびスタッドバンプ３３Ｉの配置密度をさらに高くすることができ、半導体装置３１Ｉの放熱性のさらなる向上を図ることができる。
【0367】
図７８は、図７４に示す半導体装置の第３変形例の模式的な断面図である。半導体装置４１Ｉは、樹脂パッケージの裏面からダイパッドおよびリードの裏面が露出する、いわゆる表面実装型の半導体装置である。そして、半導体装置４１Ｉは、半導体チップ４２Ｉをリードフレーム４３Ｉとともに樹脂パッケージ４４Ｉで封止した構造を有している。半導体装置４１Ｉの外形は、扁平な直方体形状（この実施形態では、平面視正方形状の６面体）をなしている。
【0368】
リードフレーム４３Ｉは、半導体装置１Ｉの中央部に配置されるダイパッド４５Ｉと、ダイパッド４５Ｉの周囲に配置される複数のリード４６Ｉとを備えている。リードフレーム４３Ｉは、たとえば、銅薄板を打ち抜き加工およびプレス加工することにより形成される。ダイパッド４５Ｉは、平面視四角形状をなしている。ダイパッド４５Ｉの下面は、樹脂パッケージ４４Ｉの裏面で露出している。
【0369】
リード４６Ｉは、平面視で、ダイパッド４５Ｉの側方に配置されている。各リード４６Ｉの下面は、樹脂パッケージ４４Ｉの裏面で露出し、配線基板（図示せず）との接続のための外部端子として機能する。ダイパッド４５Ｉの上面および各リード４６Ｉの上面には、銀めっき処理が施されることにより、銀薄膜４７Ｉが被着されている。
【0370】
半導体チップ４２Ｉは、機能素子が形成されている側の表面（デバイス形成面）を上方に向けた状態で、その裏面が導電性の半田接合剤４８Ｉを介してダイパッド４５Ｉに接合（ダイボンディング）されている。半導体チップ４２Ｉの表面には、各リード４６Ｉと対応して、パッド４９Ｉが配線層の一部を表面保護膜から露出させることにより形成されている。各パッド４９Ｉには、銅からなるボンディングワイヤ５０Ｉの一端が接合されている。ボンディングワイヤ５０Ｉの他端は、各リード４６Ｉの上面に接合されている。これにより、半導体チップ４２Ｉは、ボンディングワイヤ５０Ｉを介して、リード４６Ｉと電気的に接続されている。
【0371】
平面視において、半導体チップ４２Ｉは、ダイパッド４５Ｉよりも小さく、半導体チップ４２Ｉの周囲に、ダイパッド４５Ｉの表面が露出している。この半導体チップ４２Ｉの周囲で露出するダイパッド４５Ｉの表面（銀薄膜４７Ｉ）には、銅からなる複数のダミーワイヤ５１Ｉが接合されている。各ダミーワイヤ５１Ｉは、その両端部がダイパッド４５Ｉの表面に接合され、その中央部分がダイパッド４５Ｉから間隔を空けて盛り上がったアーチ状に形成されている。また、各ダミーワイヤ５１Ｉは、半導体チップ４２Ｉおよびリード４６Ｉのいずれにも接触しておらず、半導体チップ４２Ｉとダイパッド４５Ｉおよびリード４６Ｉとの電気的な接続に寄与していない。
【0372】
この半導体装置４１Ｉの構成によっても、図７４に示す半導体装置１Ｉと同様の効果を奏することができる。なお、半導体装置４１Ｉにおいて、図７６に示す半導体装置２１Ｉと同様に、ダミーワイヤ５１Ｉに代えてスタッドバンプが設けられていてもよいし、図７７に示す半導体装置３１Ｉと同様に、ダミーワイヤ５１Ｉとスタッドバンプとの組合せが採用されてもよい。
【0373】
以上、本発明の第９実施形態について説明したが、この第９実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、図７４〜図７８に示す各半導体装置１Ｉ，２１Ｉ，３１Ｉ，４１Ｉでは、ダイパッド５Ｉ上にダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉ，５１Ｉおよび／またはスタッドバンプ２２Ｉ，３３Ｉが形成されているとした。しかしながら、ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉ，５１Ｉおよび／またはスタッドバンプ２２Ｉ，３３Ｉは、リード６Ｉ，４６Ｉ上に形成されていてもよい。
【0374】
半導体装置１Ｉ，２１Ｉ，３１Ｉにおいて、ダイパッド５Ｉの上面およびリード６Ｉのインナーリード部の上面に銀薄膜９Ｉ，４７Ｉが形成されていることにより、ボンディングワイヤ１３Ｉのリード６Ｉへの良好な接合、およびダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉのダイパッド５Ｉへの良好な接合を達成することができる。また、半導体装置４１Ｉにおいて、ダイパッド４５Ｉの上面およびリード４６Ｉの上面に銀薄膜４７Ｉが形成されていることにより、ボンディングワイヤ５０Ｉのリード４６Ｉへの良好な接合、およびダミーワイヤ５１Ｉのダイパッド４５Ｉへの良好な接合を達成することができる。
【0375】
しかしながら、銀薄膜９Ｉ，４７Ｉは、必ずしも必要ではなく、銀薄膜９Ｉ，４７Ｉが省略されても、ボンディングワイヤ１３Ｉ，５０Ｉのリード６Ｉ，４６Ｉへの接合、およびダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，５１Ｉのダイパッド５Ｉ，４５Ｉへの接合を達成することができる。銀薄膜９Ｉ，４７Ｉが省略されることにより、材料コストを低減することができる。また、銀薄膜９Ｉ，４７Ｉを形成するための銀めっき処理が省略されるので、半導体装置１Ｉ，２１Ｉ，３１Ｉ，４１Ｉの製造工程数を削減することができる。
【0376】
また、図７４の実施形態において、ダミーワイヤ１５Ｉおよびダミーワイヤ１６Ｉは、平面視で互いに直交する格子状をなすように設けられているとしたが、各ダミーワイヤ１５Ｉ，１６Ｉ，１７Ｉ，１８Ｉは、平面視で格子状をなしている必要はなく、その長さおよび方向を自由に変更することができる。また、前述の実施形態では、ボンディングワイヤ１３Ｉが水分不透過絶縁膜１９Ｉで被覆されている態様を例示したが、前述の第９の課題を解決するための第９の目的を少なくとも達成するのであれば、図７９〜図８２にそれぞれ示すように、水分不透過絶縁膜１９Ｉが設けられていなくてもよい。
＜第１０実施形態 図８３〜図９４＞
この第１０実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第１０の背景技術に対する第１０の課題を解決することもできる。
（１）第１０の背景技術 樹脂封止型の半導体装置は、半導体チップをリードフレームとともに樹脂パッケージで封止した構造を有している。リードフレームは、金属薄板を打ち抜くことにより形成され、アイランドと、このアイランドの周囲に配置される複数のリードとを備えている。半導体チップは、アイランド上にダイボンディングされている。半導体チップの表面には、複数のパッドが配置されており、各パッドと各リードとの間には、それらの電気接続のためのワイヤが架設されている。
【0377】
半導体チップの裏面とアイランドとを電気的に接続する必要がある場合、半導体チップとアイランドとの間に、導電性接合材が介在される。この導電性接合材としては、はんだペーストが最も広く用いられている。（２）第１０の課題
近年、環境保護に対する取り組みの一環として、半導体装置におけるＰｂ（鉛）フリー化が検討されている。半導体装置の外装部は、Ｐｂフリー化が完了しているが、半導体チップとアイランドとの間に介在される接合材として、高密着型のＡｇ（銀）ペーストや、Ｂｉ（ビスマス）またはＺｎ（亜鉛）を主成分とするはんだを採用すれば、半導体装置の内部におけるＰｂフリー化が実現可能となる。
【0378】
接合材として一般的な鉛はんだは、たとえば、オーミック接合による電気伝導性を確保する目的で用いられる。また、オーミック接合は必要でないが、高放熱性を確保する目的で、鉛はんだが用いられることもある。半導体チップとアイランドとのオーミック接合を達成するためには、金属（はんだ）接合が不可欠である。一方、２つ目の目的を達成するためには、高放熱性を有する接合材（ペースト）を採用しなければならない。高放熱性を発揮するためには、接合材中に含有される金属粒子（たとえば、Ａｇ）の量を増やせばよい。しかしながら、金属粒子の量を増やすと、エポキシ樹脂などの有機成分の量が減るため、接合材の密着性が低下する。
【0379】
また、ＢｉやＺｎを主成分とするはんだが接合材として用いられる場合、はんだと半導体チップおよびアイランドとの間に異種金属膜を形成し、それらの接着性を高める必要があり、半導体装置の製造工程数の増加や製造コストの増加を招く。そのため、ＢｉやＺｎを主成分とするはんだについては、まだ世界的に評価中である。すなわち、この第１０実施形態に係る発明は、はんだ以外の接合材を用いても、半導体チップの裏面とアイランドとの電気的な接続（オーミック接続）を達成することができる、半導体装置を提供することを第１０の目的としている。
（３）具体的な実施形態の開示
図８３は、本発明の第１０実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図８４は、図８３に示す半導体装置を裏面側から見たときの模式的な平面図であり、樹脂パッケージの図示を省略した状態を示す。
【0380】
半導体装置１Ｊは、半導体チップ２Ｊをリードフレーム３Ｊとともに樹脂パッケージ４Ｊで封止した構造を有している。樹脂パッケージ４Ｊは、平面視四角形状に形成されている。リードフレーム３Ｊは、半導体装置１Ｊの中央部に配置されるアイランド５Ｊと、アイランド５Ｊの周囲に配置される複数（この実施形態では、１０本）のリード６Ｊとを備えている。リードフレーム３Ｊは、たとえば、銅（Ｃｕ）薄板を打ち抜き加工およびプレス加工することにより形成される。
【0381】
アイランド５Ｊは、平面視でその中心が樹脂パッケージ４Ｊの中心と重なり、樹脂パッケージ４Ｊの各辺に対して平行に延びる４辺を有する平面視四角形状の本体部７Ｊと、本体部７Ｊの４辺のうちの互いに対向する２辺から樹脂パッケージ４Ｊの側面に向けて延びる平面視四角形状の吊り部８Ｊとを一体的に備えている。図８４に示すように、本体部７Ｊには、貫通孔９Ｊがその厚さ方向に貫通して形成されている。貫通孔９Ｊは、平面視で半導体チップ２Ｊよりも小さい四角形状に形成されている。
【0382】
リード６Ｊは、アイランド５Ｊの本体部７Ｊに対して、吊り部８Ｊが延びる方向と直交する方向の両側に、同数ずつ等間隔で配置されている。各リード６Ｊは、樹脂パッケージ４Ｊの側面を貫通しており、その樹脂パッケージ４Ｊに封止された部分が、後述する表面ワイヤ１２Ｊが接続されるインナーリード部をなし、樹脂パッケージ４Ｊから露出した部分が、半導体装置１Ｊが実装される基板との接続のためのアウターリード部をなしている。
【0383】
半導体チップ２Ｊは、平面視四角形状に形成されている。半導体チップ２Ｊの裏面の全域には、合金膜１１Ｊが被着されている。合金膜１１Ｊは、たとえば、Ａｕ（金）およびＮｉ（ニッケル）を半導体チップ２Ｊ側からこの順に積層した構造を有している。半導体チップ２Ｊは、その裏面（合金膜１１Ｊ）をアイランド５Ｊに向けた状態で、アイランド５Ｊに対向配置されている。その状態で、アイランド５Ｊにおける貫通孔９Ｊの周囲の部分は、半導体チップ２Ｊの裏面の周縁部と対向している。この貫通孔９Ｊの周囲の部分と半導体チップ２Ｊの周縁部との間には、絶縁性の銀ペースト１０Ｊが介在されている。これにより、半導体チップ２Ｊの裏面は、銀ペースト１０Ｊを介してアイランド５Ｊに接合（ダイボンディング）されている。
【0384】
半導体チップ２Ｊの表面には、各リード６Ｊに対応して、リード６Ｊと同数のパッド（図示せず）が形成されている。各パッドには、表面ワイヤ１２Ｊの一端が接合されている。各表面ワイヤ１２Ｊの他端は、パッドに対応するリード６Ｊの上面にそれぞれ接合されている。これにより、各パッドは、表面ワイヤ１２Ｊを介して、リード６Ｊと電気的に接続されている。
【0385】
そして、この半導体装置１Ｊでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｊの表面全体、アイランド５Ｊの表面および側面全体、リード６Ｊの表面全体、ならびに表面ワイヤ１２Ｊ全体が一体的な水分不透過絶縁膜１８Ｊで被覆されている。半導体チップ２Ｊの裏面（合金膜１１Ｊ）とアイランド５Ｊとの間には、複数の裏面ワイヤ１４Ｊが架設されている。具体的には、半導体チップ２Ｊの裏面における貫通孔９Ｊに臨む部分には、各裏面ワイヤ１４Ｊの一端部が接合されている。各裏面ワイヤ１４Ｊは、貫通孔９Ｊに挿通され、その他端部は、アイランド５Ｊの裏面に接合されている。裏面ワイヤ１４Ｊは、たとえば、図８４に示すように、四角形状の貫通孔９Ｊの各辺に沿って等間隔を空けて設けられている。これにより、半導体チップ２Ｊの裏面とアイランド５Ｊとは、複数の裏面ワイヤ１４Ｊを介して、電気的に接続されている。
【0386】
以上のように、半導体チップ２Ｊは、その裏面が絶縁性の銀ペースト１０Ｊによりアイランド５Ｊに接合されている。アイランド５Ｊの側方には、リード６Ｊがアイランド５Ｊと離間して配置されている。半導体チップ２Ｊの表面に形成されたパッドとリード６Ｊとの間には、表面ワイヤ１２Ｊが架設されている。これにより、パッドとリード６Ｊとが電気的に接続されている。
【0387】
また、半導体チップ２Ｊの裏面とアイランド５Ｊとの間には、半導体チップ２Ｊとアイランド５Ｊとを電気的に接続する裏面ワイヤ１４Ｊが架設されている。これにより、接合材として絶縁性の銀ペースト１０Ｊが用いられていても、裏面ワイヤ１４Ｊを介して、半導体チップ２Ｊの裏面とアイランド５Ｊとを電気的に接続することができる。すなわち、Ｐｂが含まれるはんだ以外の接合材を用いても、その接合材の電気的な特性にかかわらず、半導体チップ２Ｊの裏面とアイランド５Ｊとの電気的な接続を達成することができる。
【0388】
裏面ワイヤ１４Ｊは、銅からなる。銅は、ワイヤの材料として広く用いられる金と比較して安価であるため、裏面ワイヤ１４Ｊの材料コストを低減することができる。また、銅は、電気伝導率が高いので、半導体チップ２Ｊとアイランド５Ｊとの間での電気抵抗を低減することができる。また、表面ワイヤ１２Ｊおよび裏面ワイヤ１４Ｊは、ともに銅からなる。そのため、ワイヤボンダにセットされる材料を変更することなく、そのワイヤボンダにより、表面ワイヤ１２Ｊおよび裏面ワイヤ１４Ｊを形成することができる。そのため、半導体装置１Ｊの製造工程を簡素化することができる。
【0389】
また、アイランド５Ｊには、貫通孔９Ｊがその厚さ方向に貫通して形成されており、裏面ワイヤ１４Ｊは、貫通孔９Ｊを通して、半導体チップ２Ｊの裏面とアイランド５Ｊとの間に架設されている。これにより、半導体チップ２Ｊの裏面（合金膜１１Ｊ）が貫通孔９Ｊから露出し、その露出した部分に裏面ワイヤ１４Ｊが接続されることによって、半導体チップ２Ｊの裏面とアイランド５Ｊとの電気的な接続を達成することができる。この場合、アイランド５Ｊにおける半導体チップ２Ｊの裏面と対向する部分の面積は、必然的に半導体チップ２Ｊの裏面の面積よりも小さくなり、半導体チップ２Ｊとアイランド５Ｊとの対向部分にのみ絶縁性の銀ペースト１０Ｊが介在される。よって、半導体チップ２Ｊと貫通孔９Ｊとの対向部分に銀ペースト１０Ｊが用いられないので、銀ペースト１０Ｊの使用量を低減することができる。その結果、半導体装置１Ｊの材料コストを低減することができる。
【0390】
また、裏面ワイヤ１４Ｊは、複数設けられている。これにより、半導体チップ２Ｊとアイランド５Ｊとの電気的な接続の確実性を向上させることができる。図８５は、図８３に示す半導体装置の第１変形例の模式的な断面図である。図８６は、図８５に示す半導体装置を裏面側から見たときの模式的な平面図であり、樹脂パッケージの図示を省略した状態を示す。図８５，８６において、図８３，８４に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図８５，８６に示す構造について、図８３，８４に示す構造との相違点を中心に説明し、図８３，８４に示す各部と同一の参照符号を付した部分についての説明を省略する。
【0391】
図８５に示す半導体装置２１Ｊは、図８３に示すアイランド５Ｊと構造が異なるアイランド２２Ｊを備えている。アイランド２２Ｊは、樹脂パッケージ４Ｊの各辺に対して平行に延びる４辺を有する平面視四角形状の本体部２３Ｊと、本体部２３Ｊの４辺のうちの互いに対向する２辺から樹脂パッケージ４Ｊの側面に向けて延びる平面視四角形状の吊り部２４Ｊとを一体的に備えている。
【0392】
図８６に示すように、本体部２３Ｊには、本体部２３Ｊをその厚さ方向に貫通する４つの貫通孔２５Ｊが形成されている。４つの貫通孔２５Ｊは、アイランド２２Ｊの中心の周りに等角度間隔で配置されている。半導体チップ２Ｊは、その裏面（合金膜１１Ｊ）をアイランド２２Ｊに向けた状態で、アイランド２２Ｊに対向配置されている。その状態で、アイランド２２Ｊにおける各貫通孔２５Ｊの周囲の部分は、半導体チップ２Ｊの裏面の周縁部と対向している。この貫通孔２５Ｊの周囲の部分と半導体チップ２Ｊの周縁部との間には、絶縁性の銀ペースト１０Ｊが介在されている。これにより、半導体チップ２Ｊの裏面は、銀ペースト１０Ｊを介してアイランド２２Ｊに接合（ダイボンディング）されている。
【0393】
半導体チップ２Ｊの裏面（合金膜１１Ｊ）とアイランド２２Ｊとの間には、複数の裏面ワイヤ１４Ｊが架設されている。具体的には、半導体チップ２Ｊの裏面における貫通孔２５Ｊに臨む部分には、各裏面ワイヤ１４Ｊの一端部が接合されている。各裏面ワイヤ１４Ｊは、貫通孔２５Ｊに挿通され、その他端部は、アイランド２２Ｊの裏面に接合されている。裏面ワイヤ１４Ｊは、各貫通孔２５Ｊの各辺に沿って等間隔を空けて設けられている。これにより、半導体チップ２Ｊの裏面とアイランド２２Ｊとは、複数の裏面ワイヤ１４Ｊを介して、電気的に接続されている。
【0394】
この半導体装置２１Ｊの構成においても、図８３に示す半導体装置１Ｊと同様の効果を奏することができる。図８７は、図８３に示す半導体装置の第２変形例の模式的な断面図である。図８８は、図８７に示す半導体装置を裏面側から見たときの模式的な平面図であり、樹脂パッケージの図示を省略した状態を示す。図８７，８８において、図８３，８４に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図８７，８８に示す構造について、図８３，８４に示す構造との相違点を中心に説明し、図８３，８４に示す各部と同一の参照符号を付した部分についての説明を省略する。
【0395】
図８７に示す半導体装置３１Ｊは、図８３に示すアイランド５Ｊと構造が異なるアイランド３２Ｊを備えている。また、半導体装置３１Ｊと半導体装置１Ｊとでは、半導体チップ２Ｊの裏面とアイランド５Ｊ，３２Ｊとの電気的な接続のための構造が異なっている。アイランド３２Ｊは、樹脂パッケージ４Ｊの各辺に対して平行に延びる４辺を有し、平面視で半導体チップ２Ｊよりも小さいサイズに形成された四角形状の本体部３３Ｊと、本体部３３Ｊの４辺のうちの互いに対向する２辺から樹脂パッケージ４Ｊの側面に向けて延びる平面視四角形状の吊り部３４Ｊとを一体的に備えている。
【0396】
半導体チップ２Ｊは、その裏面（合金膜１１Ｊ）をアイランド３２Ｊに向けた状態で、アイランド３２Ｊに対向配置されている。平面視において、アイランド３２Ｊは、半導体チップ２Ｊよりも小さく、アイランド３２Ｊの周囲に、半導体チップ２Ｊの裏面３６Ｊが露出している。すなわち、アイランド３２Ｊにおける半導体チップ２Ｊと対向する上面３５Ｊの面積は、半導体チップ２Ｊの裏面３６Ｊの面積よりも小さい。
【0397】
この状態で、アイランドの上面３５Ｊと半導体チップ２Ｊの裏面３６Ｊとの間には、絶縁性の銀ペースト１０Ｊが介在されている。これにより、半導体チップ２Ｊの裏面３６Ｊは、銀ペースト１０Ｊを介してアイランド３２Ｊの上面３５Ｊに接合（ダイボンディング）されている。半導体チップ２Ｊの裏面３６Ｊとアイランド３２Ｊとの間には、複数の裏面ワイヤ１４Ｊが架設されている。具体的には、アイランド３２Ｊの周囲で露出する半導体チップ２Ｊの裏面３６Ｊ（合金膜１１Ｊ）に、各裏面ワイヤ１４Ｊの一端部が接合されている。各裏面ワイヤ１４Ｊは、アイランド３２Ｊの側方を回り込んでアイランド３２Ｊの裏面側に延び、その他端部は、アイランド３２Ｊの裏面に接合されている。裏面ワイヤ１４Ｊは、アイランド３２Ｊの各辺に沿って等間隔を空けて設けられている。これにより、半導体チップ２Ｊの裏面３６Ｊとアイランド３２Ｊとは、複数の裏面ワイヤ１４Ｊを介して、電気的に接続されている。
【0398】
この半導体装置３１Ｊの構成においても、図８３に示す半導体装置１Ｊと同様の効果を奏することができる。図８９は、図８３に示す半導体装置の第３変形例の模式的な断面図である。図９０は、図８９に示す半導体装置を裏面側から見たときの模式的な平面図であり、樹脂パッケージの図示を省略した状態を示す。
【0399】
半導体装置４１Ｊは、樹脂パッケージの裏面からアイランドおよびリードの裏面が露出する、いわゆる表面実装型の半導体装置である。そして、半導体装置４１Ｊは、半導体チップ４２Ｊをリードフレーム４３Ｊとともに樹脂パッケージ４４Ｊで封止した構造を有している。半導体装置４１Ｊの外形は、扁平な直方体形状（この実施形態では、平面視正方形状の６面体）をなしている。
【0400】
リードフレーム４３Ｊは、半導体装置１Ｊの中央部に配置されるアイランド４５Ｊと、アイランド４５Ｊの周囲に配置される複数のリード４６Ｊとを備えている。リードフレーム４３Ｊは、たとえば、銅薄板を打ち抜き加工およびプレス加工することにより形成される。アイランド４５Ｊは、平面視でその中心が樹脂パッケージ４４Ｊの中心と重なり、樹脂パッケージ４４Ｊの各辺に対して平行に延びる４辺を有する平面視四角形状の本体部４７Ｊと、本体部４７Ｊの４辺のうちの互いに対向する２辺から樹脂パッケージ４４Ｊの側面に向けて延びる平面視四角形状の吊り部４８Ｊとを一体的に備えている。本体部４７Ｊは、平面視で半導体チップ４２Ｊよりも小さいサイズに形成されている。また、各吊り部４８Ｊの端面は、樹脂パッケージ４４Ｊの側面において、その側面と面一をなして露出している。
【0401】
アイランド４５Ｊの裏面の周縁部には、裏面側からの潰し加工により、その全周にわたって、アイランド４５Ｊがその裏面側から掘り下がった形状の凹部４９Ｊが形成されている。このような形状の凹部４９Ｊは、潰し加工以外にも、たとえば、アイランド４５Ｊの周縁部を裏面側から選択的にエッチングすることにより形成することもできる。また、アイランド４５Ｊの裏面は、その周縁部（凹部４９Ｊ）を除いて、樹脂パッケージ４４Ｊの裏面において裏面接続端子として露出している。たとえば、アイランド４５Ｊの中央部分（樹脂パッケージ４４Ｊから露出する部分）の厚さが２００μｍである場合、アイランド４５Ｊの周縁部の厚さは、１００μｍである。
【0402】
リード４６Ｊは、アイランド４５Ｊの各側面と対向する位置に、同数ずつ設けられている。アイランド４５Ｊの側面に対向する各位置において、リード４６Ｊは、その対向する側面と直交する方向に延び、当該側面と平行な方向に等間隔を空けて配置されている。リード４６Ｊの裏面のアイランド４５Ｊ側の端部には、裏面側からの潰し加工により、リード４６Ｊがその裏面側から掘り下がった形状の凹部５０Ｊが形成されている。
【0403】
リード４６Ｊの裏面は、アイランド４５Ｊ側の端部（凹部５０Ｊ）を除いて、樹脂パッケージ４４Ｊの裏面から露出している。また、リード４６Ｊのアイランド４５Ｊ側と反対側の側面は、樹脂パッケージ４４Ｊの側面から露出している。たとえば、リード４６Ｊにおける樹脂パッケージ４４Ｊの裏面から露出する部分の厚さが２００μｍである場合、リード４６Ｊのアイランド４５Ｊ側の端部（凹部５０Ｊが形成された部分）の厚さは、１００μｍである。
【0404】
半導体チップ４２Ｊは、平面視四角形状に形成されている。半導体チップ４２Ｊの裏面の全域には、合金膜５２Ｊが被着されている。合金膜５２Ｊは、たとえば、図８３に示す合金膜１１Ｊと同様の積層構造を有している。半導体チップ４２Ｊは、その裏面（合金膜５２Ｊ）をアイランド４５Ｊに向けた状態で、アイランド４５Ｊに対向配置されている。平面視において、アイランド４５Ｊは、半導体チップ４２Ｊよりも小さく、アイランド４５Ｊの周囲に、半導体チップ２Ｊの裏面（合金膜５２Ｊ）が露出している。
【0405】
この状態で、アイランド４５Ｊの上面の全域と半導体チップ４２Ｊの裏面との間には、絶縁性の銀ペースト５１Ｊが介在されている。これにより、半導体チップ４２Ｊの裏面は、銀ペースト５１Ｊを介してアイランド４５Ｊの上面に接合（ダイボンディング）されている。半導体チップ４２Ｊの表面には、各リード４６Ｊと対応して、リード４６Ｊと同数のパッド（図示せず）が形成されている。各パッドには、銅からなる表面ワイヤ５４Ｊの一端が接合されている。各表面ワイヤ５４Ｊの他端は、各リード４６Ｊの上面に接合されている。これにより、各パッドは、表面ワイヤ５４Ｊを介して、リード４６Ｊと電気的に接続されている。
【0406】
半導体チップ４２Ｊとアイランド４５Ｊとの間には、銅からなる複数の裏面ワイヤ５５Ｊが架設されている。具体的には、アイランド４５Ｊの周囲で露出する半導体チップ４２Ｊの裏面（合金膜５２Ｊ）には、各裏面ワイヤ５５Ｊの一端部が接合されている。各裏面ワイヤ５５Ｊは、アイランド４５Ｊの側方を回り込んでアイランド４５Ｊの裏面側に延び、その他端部は、弧を描くように上方に向けられた後、凹部４９Ｊ内において、アイランド４５Ｊの本体部４７Ｊの下面に接合されている。これにより、半導体チップ４２Ｊの裏面とアイランド４５Ｊとは、裏面ワイヤ５５Ｊを介して電気的に接続されている。また、裏面ワイヤ５５Ｊの他端部は、凹部４９Ｊ内におけるアイランド４５Ｊの本体部４７Ｊの下面に対して、その頂部の高さ（アイランド４５Ｊの厚さ方向の幅）が、たとえば、７０μｍとなるように形成されている。これにより、樹脂パッケージ４４Ｊから半導体装置４１Ｊの裏面側に裏面ワイヤ５５Ｊが露出するのを防止することができる。
【0407】
この半導体装置４１Ｊの構成によっても、図８３に示す半導体装置１Ｊと同様の効果を奏することができる。以上、本発明の第１０実施形態について説明したが、この第１０実施形態は、以下のように変更されていてもよい。
たとえば、合金膜１１Ｊ，５２Ｊは、ＡｕおよびＮｉを半導体チップ２Ｊ，４２Ｊ側からこの順に積層した構造を有しているとしたが、合金膜１１Ｊ，５２Ｊとしては、Ａｕ、Ｔｉ（チタン）およびＮｉを半導体チップ２Ｊ，４２Ｊ側からこの順に積層した構造を有する積層膜が採用されてもよいし、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕを半導体チップ２Ｊ，４２Ｊ側からこの順に積層した構造を有する積層膜が採用されてもよい。
【0408】
また、前述の実施形態では、表面ワイヤ１２Ｊが水分不透過絶縁膜１８Ｊで被覆されている態様を例示したが、前述の第１０の課題を解決するための第１０の目的を少なくとも達成するのであれば、図９１〜図９４にそれぞれ示すように、水分不透過絶縁膜１８Ｊが設けられていなくてもよい。＜第１１実施形態 図９５〜図１０５＞
この第１１実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第１１の背景技術に対する第１１の課題を解決することもできる。
（１）第１１の背景技術 従来、環境負荷の観点から、半導体装置における鉛の使用量の低減が要求されている。
【0409】
半導体装置では、たとえば、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）におけるアウターリードの外装めっき、ＢＧＡ（Ball Grid Array）における半田ボールなど、装置外部で使用される外部構成材、およびパッケージ内部における半導体チップとリードフレームとの間の接合材など、装置内部で使用される内部構成材に鉛が使用されている。
【0410】
外部構成材については、鉛の含有量を一定比率以下とする鉛フリー化が、代替材料の研究によってほぼ達成されている。これに対し、内部構成材については、代替に適した材料がない。そのため、たとえば、Ｐｂ−ｘＳｎ−ｙＡｇ（ｘおよびｙは正数）など、鉛を含有する金属が使用されている。（２）第１１の課題
様々な組成の金属材料を、内部構成材の代替材料として評価する過程において、環境負荷の小さいＢｉが、代替材料の選択肢として着目される。Ｂｉは、たとえば、装置内部で使用される接合材に要求される融点や接合性、さらには環境負荷の諸特性を満たす。
【0411】
しかし、Ｂｉの熱膨張係数（約１３．４×１０−６／℃）は、一般的に使用されるＰｂ−ｘＳｎ−ｙＡｇの熱膨張係数（たとえば、約２８．５×１０−６／℃程度）に比べて低い。そのため、半導体装置を実装するときのリフロー時などにおいて、リードフレームが熱膨張して反ったとき、リードフレームの反りに起因して接合材に発生する応力を、接合材により緩和し切れない場合がある。その場合、緩和し切れなかった応力が半導体チップに加わって半導体チップが反り、反り量が大きい場合には、半導体チップにクラック（たとえば、水平クラック、縦割れなど）が発生するおそれがある。
【0412】
半導体チップの反り量は、半導体チップまたはリードフレームの厚さを大きくすることによって緩和できるかもしれない。しかし、半導体チップおよびリードフレームの厚さを大きくすると、パッケージ本体が大型化するといった不具合を生じる。また、半導体チップの反り量は、接合材の厚さを大きくすることによっても緩和できるかもしれない。しかし、接合材の厚さは、接合材の使用量を多くしても、半導体チップの自重により接合材が押圧されて小さくなる。したがって、接合材の厚さを所望の大きさに制御することは困難である。
【0413】
さらに、Ｂｉの熱伝導率（約９Ｗ／ｍ・Ｋ）は、Ｐｂ−ｘＳｎ−ｙＡｇの熱伝導率（たとえば、約３５Ｗ／ｍ・Ｋ程度）に比べて低い。そのため、Ｂｉを使用した接合材では、半導体チップで生じる熱が放散されにくいといった不具合を生じる。すなわち、この第１１実施形態に係る発明は、半導体チップとリードフレームとの間の接合材にＢｉ系材料を用いることによって鉛フリー化を達成することができ、さらに、リードフレームの熱膨張に起因する半導体チップの反り量を低減しつつ、半導体チップの放熱性を十分に確保することができる半導体装置を提供することを第１１の目的としている。
（３）具体的な実施形態の開示
図９５は、本発明の第１１実施形態に係る半導体装置の模式底面図である。図９６は、本発明の第１１実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。図９７は、図９６の破線円で囲まれる部分の要部拡大図である。
【0414】
半導体装置１Ｋは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ｋは、半導体チップ２Ｋと、半導体チップ２Ｋが搭載されるダイパッド３Ｋと、ダイパッド３Ｋの周囲に配置された複数の電極リード４Ｋと、半導体チップ２Ｋと電極リード４Ｋとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｋと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｋとを備えている。
【0415】
以下では、便宜的に、半導体チップ２Ｋとダイパッド３Ｋとの対向方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向として本実施形態を説明する。半導体チップ２Ｋは、平面視四角状のＳｉ基板７Ｋを備えている。
Ｓｉ基板７Ｋの厚さは、たとえば、２２０〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。Ｓｉ基板７Ｋの表面７１Ｋには、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造（図示せず）が形成されており、その多層配線構造の最表面は、表面保護膜（図示せず）で覆われている。そして、表面保護膜には、多層配線構造における最上の配線層を露出させるためのパッド開口が複数形成されている。これにより、配線層の一部が、半導体チップ２Ｋの電極パッド８Ｋとして、各パッド開口から露出されている。
【0416】
電極パッド８Ｋとして露出する最上の配線層は、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。一方、Ｓｉ基板７Ｋの裏面７２Ｋ（ダイパッド３Ｋとの対向面）には、裏メタル９Ｋが形成されている。
【0417】
裏メタル９Ｋは、図９７に示すように、Ｓｉ基板７Ｋの側から順に、Ａｕ層９１Ｋ、Ｎｉ層９２ＫおよびＣｕ層９３Ｋが積層された３層構造を有している。Ａｕ層９１Ｋは、Ｓｉ半導体に対して通電可能なオーミック接触であり、Ｓｉ基板７Ｋの裏面７２Ｋに接触している。Ｎｉ層９２Ｋは、裏メタル９Ｋの最表面をなすＣｕ層９３ＫよりもＳｉ基板７Ｋ側に形成されており、Ｓｉ基板７Ｋ中のＳｉが裏メタル９Ｋの最表面に析出するＳｉノジュールを防止するための層である。
【0418】
ダイパッド３Ｋおよび複数の電極リード４Ｋは、同一の金属薄板からなるリードフレーム１０Ｋとして形成されている。リードフレーム１０Ｋを構成する金属薄板は、Ｃｕを主として含有するＣｕ系素材からなり、具体的には、たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅、Ｃｕと異種金属との合金（たとえば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金など）からなる。なお、金属薄板は、たとえば、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）などのＦｅ系素材などであってもよい。また、リードフレーム１０Ｋ（金属薄板）の厚さは、たとえば、１９０〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。
【0419】
ダイパッド３Ｋは、平面視で半導体チップ２Ｋよりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）である。ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋ（半導体チップ２Ｋとの対向面）は、めっきやスパッタなどの処理による金属薄膜により被覆されていない非被覆面であり、リードフレーム１０Ｋを構成するＣｕ系素材が表面３１Ｋ全体に露出している。ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋ上には、複数のＣｕスタッドバンプ１８Ｋが設けられている。Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋは、平面視において、ダイパッド３Ｋの各角に一つずつ配置され、合計４つ設けられている。各Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋは、公知のワイヤボンディング法により形成されており、表面３１Ｋに接触する相対的に大径のベース部１８１Ｋと、ベース部１８１Ｋから半導体チップ２Ｋ側へ突出する相対的に小径の先端部１８２Ｋとを一体的に有する断面視凸状である。
【0420】
そして、半導体チップ２Ｋは、裏メタル９ＫがＣｕスタッドバンプ１８Ｋの先端部１８２Ｋに接触するように、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋに支持された状態で、Ｓｉ基板７Ｋの裏面７２Ｋとダイパッド３Ｋの表面３１Ｋとの間に接合層１１Ｋを介在させることによって、ダイパッド３Ｋに接合されている。接合層１１Ｋは、相対的に厚い主層としてのＢｉ系材料層１１１Ｋと、相対的に薄い副層としてのＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋ，１１４Ｋとを備えている。
【0421】
Ｂｉ系材料層１１１Ｋは、主成分としてＢｉを含有しており、副成分として、Ｂｉの物性に影響を与えることのない程度の量のＳｎ、Ｚｎなどが含有されていてもよい。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋ，１１４Ｋは、Ｃｕと、Ｃｕとは異なる異種金属であるＳｎとの合金からなり、Ｃｕが主成分として含有されている。
半導体チップ２Ｋ側のＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋは、接合層１１Ｋにおける裏メタル９ＫのＣｕ層９３Ｋとの界面近傍において、その全域にわたって形成されている。これにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋは、裏メタル９ＫのＣｕ層９３Ｋに接触している。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋは、たとえば、Ｚ方向において、Ｂｉ系材料層１１１Ｋの側から半導体チップ２Ｋ側へ向かって、Ｃｕ６Ｓｎ５／Ｃｕ３Ｓｎで表される積層構造を有している。
【0422】
一方、ダイパッド３Ｋ側のＣｕ−Ｓｎ合金層１１３Ｋは、接合層１１Ｋにおけるダイパッド３Ｋの表面３１Ｋとの界面近傍において、その全域にわたって形成されている。これにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１３Ｋは、ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋに接触している。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１３Ｋは、たとえば、Ｚ方向において、Ｂｉ系材料層１１１Ｋの側からダイパッド３Ｋ側へ向かって、Ｃｕ６Ｓｎ５／Ｃｕ３Ｓｎで表される積層構造を有している。
【0423】
なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋは、接合層１１Ｋにおけるダイパッド３Ｋの表面３１Ｋとの界面近傍および接合層１１Ｋにおける裏メタル９ＫのＣｕ層９３Ｋとの界面近傍のそれぞれにおいて、それら部分的に形成されていてもよい。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１４Ｋは、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋを被覆するように形成されている。
【0424】
そして、Ｂｉ系材料層１１１ＫおよびＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋは、ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋと裏メタル９ＫのＣｕ層９３Ｋとの間において、Ｂｉ系材料層１１１ＫをＺ方向の両側から、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋで挟み込んだ３層構造（Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ／Ｂｉ系材料層１１１Ｋ／Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１３Ｋ）をなしている。
【0425】
上記のような接合層１１Ｋの融点は、たとえば、２６０〜２８０℃、好ましくは、２６５〜２７５℃である。また、半導体チップ２Ｋとダイパッド３Ｋとが接合された状態において、接合層１１Ｋの総厚さ（Ｂｉ系材料層１１１Ｋの厚さとＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋの厚さとの合計）Ｔは、たとえば、３０．５〜５３μｍである。各層の厚さは、たとえば、Ｂｉ系材料層１１１Ｋの厚さが３０〜５０μｍであり、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋの厚さが０．５〜３μｍである。
【0426】
ダイパッド３Ｋの裏面３２Ｋ（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６Ｋから露出されている。露出した裏面３２Ｋには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる裏面めっき層１２Ｋが形成されている。電極リード４Ｋは、ダイパッド３Ｋの各側面と直交する各方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられることにより、ダイパッド３Ｋの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｋの各側面に対向する電極リード４Ｋは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｋのダイパッド３Ｋとの対向方向における長さは、たとえば、４４０〜４６０μｍ（好ましくは、４５０μｍ程度）である。電極リード４Ｋの表面４１Ｋ（ボンディングワイヤ５Ｋの接続面）は、めっきやスパッタなどの処理による金属薄膜により被覆されていない非被覆面であり、リードフレーム１０Ｋを構成するＣｕ系素材が表面４１Ｋ全体に露出している。
【0427】
一方、電極リード４Ｋの裏面４２Ｋ（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６Ｋから露出されている。露出した裏面４２Ｋには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる裏面めっき層１３Ｋが形成されている。ボンディングワイヤ５Ｋは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。
）からなる。ボンディングワイヤ５Ｋは、一つの電極パッド８Ｋと一つの電極リード４Ｋとを１対１で接続している。
【0428】
そして、この半導体装置１Ｋでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｋの表面および側面全体、ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋおよび側面全体、電極リード４Ｋの表面４１Ｋおよび樹脂パッケージ６Ｋ内の側面全体、ならびにボンディングワイヤ５Ｋ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｋで被覆されている。樹脂パッケージ６Ｋとしては、エポキシ樹脂など公知の材料を適用することができる。樹脂パッケージ６Ｋは、半導体装置１Ｋの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｋの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．８０〜０．９０ｍｍ、好ましくは、０．８５ｍｍ程度である。
【0429】
図９８Ａ〜図９８Ｄは、図２に示す半導体装置の製造工程を工程順に示す模式的な断面図である。上記した半導体装置１Ｋを製造するには、たとえば、図９８Ａに示すように、めっき法、スパッタ法などにより、半導体チップ２ＫのＳｉ基板７Ｋの裏面７２ＫにＡｕ層９１Ｋ、Ｎｉ層９２ＫおよびＣｕ層９３Ｋが順に積層されることにより、裏メタル９Ｋが形成される。
【0430】
一方、図９８Ａに示すように、ダイパッド３Ｋおよび電極リード４Ｋとを一体的に有するユニットを複数備えるリードフレーム１０Ｋが用意される。なお、図９８Ａ〜図９８Ｄでは、リードフレーム１０Ｋの全体図は省略し、半導体チップ２Ｋを１つ搭載するのに必要な１ユニット分のダイパッド３Ｋおよび電極リード４Ｋのみを示す。次いで、図９８Ｂに示すように、公知のワイヤボンディング法により、ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋに複数のＣｕスタッドバンプ１８Ｋが形成される。続いて、Ｓｎを含有するＢｉ系材料からなる接合ペースト１４Ｋが、ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋに塗布される。
【0431】
接合ペースト１４ＫにおけるＳｎの含有量は、たとえば、裏メタル９ＫのＣｕ層９３Ｋおよびダイパッド３Ｋの表面３１ＫのＣｕに対して全量が拡散できる量であることが好ましく、たとえば、４ｗｔ％以下、好ましくは、１〜３ｗｔ％、さらに好ましくは、１．５〜２．５ｗｔ％である。接合ペースト１４Ｋの塗布後、図９８Ｃに示すように、裏メタル９ＫのＣｕ層９３ＫがＣｕスタッドバンプ１８Ｋの先端部１８２Ｋおよび接合ペースト１４Ｋに接触するにように、半導体チップ２Ｋおよびダイパッド３Ｋによって接合ペースト１４Ｋを挟み込む。続いて、たとえば、２５０〜２６０℃でリフロー（熱処理）が実行される。
【0432】
これにより、図９８Ｄに示すように、裏メタル９ＫのＣｕ層９３Ｋ、ダイパッド３Ｋの表面３１ＫのＣｕおよびＣｕスタッドバンプ１８ＫのＣｕのそれぞれと、接合ペースト１４Ｋ中のＳｎとが反応して、Ｃｕ層９３Ｋおよび表面３１Ｋ近傍にＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋが形成される。また、Ｃｕスタッドバンプ１８ＫがＣｕ−Ｓｎ合金層１１４Ｋに被覆される。一方、接合ペースト１４Ｋ中のＢｉは、Ｃｕとほとんど反応しないので、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋの間に、これらに挟まれたＢｉ系材料層１１１Ｋとして残存することとなる。
【0433】
その後、全ての半導体チップ２Ｋの各電極パッド８Ｋと、各電極パッド８Ｋに対応する電極リード４Ｋとが、ボンディングワイヤ５Ｋによって接続される。全てのワイヤボンディング終了後、図４Ｄと同様の方法により、水分不透過絶縁膜２５Ｋが形成される。水分不透過絶縁膜２５Ｋの形成後、リードフレーム１０Ｋが成形金型にセットされ、全ての半導体チップ２Ｋがリードフレーム１０Ｋとともに、樹脂パッケージ６Ｋにより一括して封止される。そして、樹脂パッケージ６Ｋから露出するダイパッド３Ｋの裏面３２Ｋおよび電極リード４Ｋの裏面４２Ｋに裏面めっき層１２Ｋ，１３Ｋが形成される。最後に、ダイシングソーを用いて、リードフレーム１０Ｋが樹脂パッケージ６Ｋとともに各半導体装置１Ｋのサイズに切断されることにより、図９６に示す半導体装置１Ｋの個片が得られる。
【0434】
以上のように、この半導体装置１Ｋによれば、Ｓｉ基板７ＫがＣｕスタッドバンプ１８Ｋにより支持されているため、ダイパッド３Ｋと半導体チップ２Ｋとの距離を、少なくともＣｕスタッドバンプ１８Ｋの高さに維持することができる。したがって、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋの高さを適当に調節することにより、ダイパッド３Ｋと半導体チップ２Ｋとの間に、総厚さＴを有する接合層１１Ｋを介在させることができる。その結果、Ｓｉ基板７Ｋ、接合層１１Ｋおよびリードフレーム１０Ｋの線膨張係数の差による応力を十分緩和することができる。そのため、Ｓｉ基板７Ｋ（半導体チップ２Ｋ）の反り量を低減することができる。よって、Ｓｉ基板７Ｋにおけるクラックの発生を防止することができる。また、Ｓｉ基板７Ｋおよびリードフレーム１０Ｋの厚さを大きくする必要がないので、半導体装置１Ｋのパッケージ本体が大型化することもない。
【0435】
さらに、Ｓｉ基板７Ｋを支持するスペーサがＣｕスタッドバンプ１８Ｋであり、Ｃｕの熱伝導率（約３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）はＢｉの熱伝導率（約９Ｗ／ｍ・Ｋ）比べて非常に大きいので、リードフレーム１０ＫとＳｉ基板７Ｋとの間の熱伝導性を向上させることができる。そのため、半導体チップ２Ｋで発生する熱を、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋを介してリードフレーム１０Ｋに逃がすことができる。したがって、半導体チップ２Ｋの放熱性を十分に確保することができる。
【0436】
また、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋが４つ設けられているので、Ｓｉ基板７Ｋを４点で支持することができる。これにより、ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋに対して傾かないように、半導体チップ２ＫをＣｕスタッドバンプ１８Ｋ上で安定させることができる。そのため、リードフレーム１０Ｋと半導体チップ２Ｋとの距離をほぼ均等な大きさにすることができる。その結果、Ｚ方向における接合層１１Ｋの線膨張係数が均一になるため、接合層１１Ｋにおける応力の偏りを抑制することができ、応力を全体的に緩和することができる。また、半導体チップ２Ｋで発生する熱を、４つのＣｕスタッドバンプ１８Ｋを利用して放散できるので、半導体チップ２Ｋの放熱性を一層向上させることができる。
【0437】
また、リードフレーム１０Ｋが熱膨張するとき、リードフレーム１０Ｋの熱が、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋを介してＳｉ基板７Ｋへ伝達される。そのため、半導体装置１Ｋを実装するときのリフロー時において、リードフレーム１０Ｋから伝達される熱により、Ｓｉ基板７Ｋを熱膨張させることができる。その結果、リードフレーム１０Ｋの熱膨張量とＳｉ基板７Ｋの熱膨張量との差を小さくすることができるので、Ｓｉ基板７Ｋの反り量を低減することができる。
【0438】
また、リードフレームの材料としては、リードフレーム１０ＫのＣｕ以外に、たとえば、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）などのＦｅ系素材が知られている。４２アロイの熱膨張係数は、約４．４〜７．０×１０−６／℃である。４２アロイからなるリードフレームでは、Ｃｕ（熱膨張係数が約１６．７×１０−６／℃）からなるリードフレーム１０Ｋよりも、熱膨張量が小さくなって、それによりリードフレームの反り量を小さくできるかもしれない。しかし、４２アロイを使用する場合、Ｃｕを使用する場合よりもコストがかかり、また、放熱性が低下する。
【0439】
これに対し、この半導体装置１Ｋでは、Ｃｕからなるリードフレーム１０Ｋの場合でも、リードフレーム１０Ｋの反りに起因する応力を、接合層１１Ｋで十分緩和することができる。そのため、リードフレーム１０Ｋの材料としてＣｕを問題なく使用でき、コストや放熱性を維持することができる。また、上記の製造工程において、ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋに塗布された接合ペースト１４Ｋは、裏メタル９ＫのＣｕ層９３Ｋに接触するにように、半導体チップ２Ｋおよびダイパッド３Ｋによって挟み込まれる。その後、リフロー（熱処理）が実行されることによって、Ｂｉ系材料層１１１ＫおよびＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋ，１１４Ｋを有する接合層１１Ｋが形成される。
【0440】
接合層１１Ｋの形成にあたって、接合ペースト１４Ｋ中の成分（Ｂｉ系材料およびＳｎ）がＣｕ以外の金属元素と接触することがなく、さらに、半導体チップ２Ｋとダイパッド３Ｋとの対向方向において、Ｂｉ系材料層１１１Ｋの両側にＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋが形成される。そのため、裏メタル９ＫのＡｕ層９１Ｋ中のＡｕやＮｉ層９２Ｋ中のＮｉなど、Ｂｉ系材料層１１１Ｋの特性を低下させるおそれのある阻害金属元素がＢｉ系材料層１１１Ｋへ拡散することを防止することができる。その結果、Ｂｉと上記阻害金属元素との金属間化合物の形成およびＢｉと上記阻害金属元素との共晶組成物の形成を防止することができる。よって、接合層１１Ｋの耐温度サイクル性を向上できるとともに、接合層１１Ｋの融点を高く維持することができる。
【0441】
一方、Ｂｉ系材料層１１１ＫがＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋ，１１４Ｋに接触しているが、ＣｕはＢｉとほとんど反応しないので、これらの層同士の接触による、接合層１１Ｋの融点低下や耐温度サイクル性の低下のおそれはほとんどない。また、Ｓｉ基板７ＫとＣｕスタッドバンプ１８Ｋとの接触が、Ｃｕ層９３ＫとＣｕスタッドバンプ１８Ｋとの同種金属同士の接触となるので、Ｓｉ基板７ＫとＣｕスタッドバンプ１８Ｋとの接触による影響（たとえば、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋの高抵抗化、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋの侵食など）を低減することができる。
【0442】
また、接合層１１Ｋが、Ｂｉ系材料層１１１ＫおよびＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋ，１１４Ｋからなるので、接合層１１Ｋの鉛フリー化を達成することができる。また、Ｃｕ−Ｓｎ合金は、Ｂｉ−Ａｕ合金、Ｂｉ−Ａｇ合金などのように硬くて脆い金属ではなく、高強度な金属である。そのため、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋによって、半導体チップ２Ｋおよびリードフレーム１０Ｋと、接合層１１Ｋとの接合強度を向上させることができる。
【0443】
また、Ｓｎの熱伝導率は約７３Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｂｉの熱伝導率（約９Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べて高い。そのため、接合層１１ＫがＢｉのみからなる場合に比べて、接合層１１Ｋの熱伝導率を向上させることができる。その結果、半導体チップ２Ｋの放熱性を一層向上させることができる。また、Ｓｉ基板７Ｋの裏面７２ＫにＡｕ層９１Ｋが接触しているので、このＡｕ層９１Ｋを介してＣｕ層９３ＫとＳｉ基板７Ｋとを導通させることができる。これにより、Ｓｉ基板７Ｋとダイパッド３Ｋとを電気的に接続することができる。
【0444】
また、ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋおよび電極リード４Ｋの表面４１Ｋのいずれもが、めっきやスパッタなどの処理による金属薄膜により被覆されていない非被覆面であるため、半導体装置１Ｋの製造にあたって、リードフレーム１０Ｋにめっきやスパッタなどの処理をする必要がないので、コストを低減することができる。以上、本発明の第１１実施形態について説明したが、この第１１実施形態は、以下のように変更されていてもよい。
【0445】
たとえば、前述の実施形態では、ＱＦＮタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明は、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置に適用することもできる。また、たとえば、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｋの数は、１〜３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。数が多いほど、接合ペースト１４Ｋの使用量を低減することができるので、コストを低減することができ、放熱性を一層向上させることができる。
【0446】
また、たとえば、Ｓｉ基板７Ｋを支持するＣｕスペーサは、図９９に示すように、ワイヤボンディング法により、ダイパッド３Ｋの表面３１ＫにＣｕワイヤのボールボンド（１ｓｔ接合）を形成し、次いで、Ｃｕワイヤをリング状に引き回し、ボールボンドの反対側を表面３１Ｋに接合（２ｎｄ接合）した後、Ｃｕワイヤを２ｎｄ接合の位置から引きちぎることによって形成されるＣｕワイヤリング１９Ｋであってもよい。
【0447】
また、たとえば、接合層１１Ｋの副層は、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｋ，１１３Ｋ，１１４Ｋである必要はなく、たとえば、Ｃｕと、Ｃｕとは異なる異種金属であるＺｎ（熱伝導率は約１２０Ｗ／ｍ・Ｋ）との合金からなり、Ｃｕが主成分として含有されたＣｕ−Ｚｎ合金層であってもよい。また、たとえば、リードフレーム１０Ｋの表面（ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋおよび電極リード４Ｋの表面４１Ｋ）は、非被覆面である必要はなく、図１００に示すように、めっきやスパッタ処理が施されることにより被覆層１５Ｋが形成されていてもよい。
【0448】
その場合、Ｓｉ基板７Ｋの裏面７２Ｋと同様に、リードフレーム１０Ｋの最表面にはＣｕが露出している必要がある。たとえば、被覆層１５Ｋは、ダイパッド３Ｋの表面３１Ｋ上においては、図１０１Ａに示すように、ダイパッド３Ｋ側から順にＡｇ層１６ＫおよびＣｕ層１７Ｋが積層された２層構造をなしている。Ａｇ層１６Ｋの上にＣｕ層１７Ｋを積層することにより、リードフレーム１０Ｋにおける半導体チップ２Ｋとの対向面（表面３１Ｋ）全体にＣｕを露出させることができる。
【0449】
一方、電極リード４Ｋの表面４１Ｋ上においては、被覆層１５Ｋは、図１０１Ｂに示すように、Ａｇ層１６Ｋのみが形成された単層構造をなしている。これにより、ボンディングワイヤ５Ｋの接続面全体にＡｇを露出させることができる。そのため、電極リード４Ｋに接続するボンディングワイヤ５Ｋとして、Ｃｕワイヤだけではなく、Ａｕワイヤなどさまざまなワイヤを利用することができる。
【0450】
また、裏メタル９Ｋは、Ａｕ層９１Ｋ、Ｎｉ層９２ＫおよびＣｕ層９３Ｋのそれぞれが１層ずつ積層された３層構造を有しているとしたが、これに限られず、たとえば、これらの層の少なくとも１種が複数積層されていてもよい。その場合、複数の層が連続して積層されていてもよいし、複数の層の間に別の種類の層が介在されていてもよい。また、裏メタル９Ｋは、Ａｕ層、Ｎｉ層およびＣｕ層とは異なる層を備えていてもよい。たとえば、Ａｇ層、Ｔｉ層などを備えていてもよい。Ｔｉ層は、Ｓｉ半導体に対してオーミック接触可能なので、Ａｕ層９１Ｋに代えて適用することができる。
【0451】
また、たとえば、裏メタル９ＫとＣｕスタッドバンプ１８Ｋの先端部１８２Ｋとは、図１０２に示すように、離間されていてもよい。この場合、半導体チップ２Ｋとダイパッド３Ｋとが接合された状態において、接合層１１Ｋの総厚さＴがＣｕスタッドバンプ１８Ｋの高さよりも大きくなる。そのため、Ｚ方向における接合層１１Ｋの線膨張を増加させ、Ｘ方向における接合層１１Ｋの線膨張を抑制することができる。その結果、半導体チップ２Ｋにかかる応力を効果的に緩和することができる。
【0452】
また、前述の実施形態では、ボンディングワイヤ５Ｋが水分不透過絶縁膜２５Ｋで被覆されている態様を例示したが、前述の第１１の課題を解決するための第１１の目的を少なくとも達成するのであれば、図１０３〜図１０５にそれぞれ示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｋが設けられていなくてもよい。＜第１２実施形態 図１０６〜図１５６＞
この第１２実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第１２の背景技術に対する第１２の課題を解決することもできる。
（１）第１２の背景技術 典型的な半導体装置では、半導体チップがダイパッド上に配置され、半導体チップとダイパッドの周囲に配置されたリードとがＡｕ（金）からなるワイヤにより接続されている。具体的には、半導体チップの表面に、Ａｌ（アルミニウム）からなるパッドが配置されている。そして、そのパッドの表面とリードの表面との間に、Ａｕからなるワイヤがアーチ状のループを描いて架設されている。
【0453】
ワイヤの架設時（ワイヤボンディング時）には、ワイヤボンダのキャピラリに保持されたワイヤの先端にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成され、そのＦＡＢがパッドの表面に当接される。このとき、キャピラリによりＦＡＢがパッドに向けて所定の荷重で押圧されるとともに、キャピラリに設けられた超音波振動子に所定の駆動電流が供給され、ＦＡＢに超音波振動が付与される。その結果、ＦＡＢがパッドの表面に擦られながら押しつけられ、パッドの表面に対するワイヤの接合が達成される。その後、キャピラリがリードに向けて移動される。そして、ワイヤがリードの表面に押し付けられて、ワイヤに超音波振動が付与されつつ、ワイヤが引きちぎられる。これにより、パッドの表面とリードの表面との間に、ワイヤが架設される。（２）第１２の課題
最近、市場で半導体装置の価格競争が激化しており、半導体装置のコストのさらなる低減が要求されている。コスト低減策の１つとして、高価なＡｕからなるワイヤ（金ワイヤ）から安価なＣｕ（銅）からなるワイヤ（銅ワイヤ）への代替が検討されている。
【0454】
しかしながら、銅ワイヤの先端に形成されるＦＡＢは、金ワイヤの先端に形成されるＦＡＢよりも硬いので、銅ワイヤを金ワイヤの場合と同じ条件（荷重および超音波振動子の駆動電流の大きさなど）でパッドに接合したのでは、銅ワイヤとパッドとの良好な接合を得ることができない。現在のところ、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成可能な条件は明らかではなく、金ワイヤから銅ワイヤへの積極的な代替には至っていない。
【0455】
すなわち、この第１２実施形態に係る発明は、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成することができる、ワイヤボンディング方法を提供することを第１２の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図１０６は、本発明の第１２実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図１０７は、図１０６に示す半導体装置の模式的な底面図である。
【0456】
半導体装置１Ｌは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置であり、半導体チップ２Ｌをダイパッド３Ｌ、リード４Ｌおよび銅ワイヤ５Ｌとともに樹脂パッケージ６Ｌで封止した構造を有している。半導体装置１Ｌ（樹脂パッケージ６Ｌ）の外形は、扁平な直方体形状である。本実施形態では、半導体装置１Ｌの外形は、平面形状が４ｍｍ角の正方形状で厚さが０．８５ｍｍの６面体であり、以下で挙げる半導体装置１Ｌの各部の寸法は、半導体装置１Ｌがその外形寸法を有する場合の一例である。
【0457】
半導体チップ２Ｌは、平面視で２．３ｍｍの正方形状をなしている。半導体チップ２Ｌの厚さは、０．２３ｍｍである。半導体チップ２Ｌの表面の周縁部には、複数のパッド７Ｌが配置されている。各パッド７Ｌは、半導体チップ２Ｌに作り込まれた回路と電気的に接続されている。半導体チップ２Ｌの裏面には、Ａｕ、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｇ（銀）などの金属層からなる裏メタル８Ｌが形成されている。
【0458】
ダイパッド３Ｌおよびリード４Ｌは、金属薄板（たとえば、銅薄板）を打ち抜くことにより形成される。その金属薄板（ダイパッド３Ｌおよびリード４Ｌ）の厚さは、０．２ｍｍである。ダイパッド３Ｌおよびリード４Ｌの表面には、Ａｇからなるめっき層９Ｌが形成されている。ダイパッド３Ｌは、平面視で２．７ｍｍの正方形状をなし、各側面が半導体装置１Ｌの側面と平行をなすように半導体装置１Ｌの中央部に配置されている。
【0459】
ダイパッド３Ｌの裏面の周縁部には、裏面側からの潰し加工により、その全周にわたって、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｌが入り込んでいる。これにより、ダイパッド３Ｌの周縁部がその上下から樹脂パッケージ６Ｌで挟まれ、ダイパッド３Ｌの樹脂パッケージ６Ｌからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0460】
また、ダイパッド３Ｌの裏面は、その周縁部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｌの裏面から露出している。リード４Ｌは、ダイパッド３Ｌの各側面と対向する位置に、同数（たとえば、９本）ずつ設けられている。ダイパッド３Ｌの側面に対向する各位置において、リード４Ｌは、その対向する側面と直交する方向に延び、当該側面と平行な方向に等間隔を空けて配置されている。リード４Ｌの長手方向の長さは、０．４５ｍｍである。また、ダイパッド３Ｌとリード４Ｌとの間の間隔は、０．２ｍｍである。
【0461】
リード４Ｌの裏面のダイパッド３Ｌ側の端部には、裏面側からの潰し加工により、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｌが入り込んでいる。これにより、リード４Ｌのダイパッド３Ｌ側の端部がその上下から樹脂パッケージ６Ｌで挟まれ、リード４Ｌの樹脂パッケージ６Ｌからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0462】
リード４Ｌの裏面は、ダイパッド３Ｌ側の端部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｌの裏面から露出している。また、リード４Ｌのダイパッド３Ｌ側と反対側の側面は、樹脂パッケージ６Ｌの側面から露出している。ダイパッド３Ｌおよびリード４Ｌの裏面における樹脂パッケージ６Ｌから露出する部分には、半田からなるめっき層１０Ｌが形成されている。
【0463】
そして、半導体チップ２Ｌは、パッド７Ｌが配置されている表面を上方に向けた状態で、その裏面が接合材１１Ｌを介して、ダイパッド３Ｌの表面（めっき層１０Ｌ）に接合されている。接合材１１Ｌには、たとえば、半田ペーストが用いられる。接合材１１Ｌの厚さは、０．０２ｍｍである。なお、半導体チップ２Ｌとダイパッド３Ｌとの電気的な接続が不要な場合には、裏メタル８Ｌが省略されて、半導体チップ２Ｌの裏面がダイパッド３Ｌの表面に銀ペーストなどの絶縁性ペーストからなる接合材を介して接合されてもよい。この場合、半導体チップ２Ｌの平面サイズは、２．３ｍｍ角となる。また、ダイパッド３Ｌの表面上のめっき層９Ｌが省略されてもよい。
【0464】
銅ワイヤ５Ｌは、たとえば、純度が９９．９９％以上の銅からなる。銅ワイヤ５Ｌの一端は、半導体チップ２Ｌのパッド７Ｌに接合されている。銅ワイヤ５Ｌの他端は、リード４Ｌの表面に接合されている。そして、銅ワイヤ５Ｌは、半導体チップ２Ｌとリード４Ｌとの間に、アーチ状のループを描いて架設されている。この銅ワイヤ５Ｌのループの頂部と半導体チップ２Ｌの表面との高低差は、０．１６ｍｍである。
【0465】
そして、この半導体装置１Ｌでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｌの表面および側面全体、ダイパッド３Ｌの表面および側面全体、リード４Ｌの表面全体、ならびに銅ワイヤ５Ｌ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｌで被覆されている。図１０８は、図１０６に示す破線で囲まれる部分の拡大図である。
パッド７Ｌは、Ａｌを含む金属からなり、半導体チップ２Ｌの最上層の層間絶縁膜１２Ｌ上に形成されている。層間絶縁膜１２Ｌ上には、表面保護膜１３Ｌが形成されている。パッド７Ｌは、その周縁部が表面保護膜１３Ｌに覆われ、中央部が表面保護膜１３Ｌに形成されたパッド開口１４Ｌを介して露出している。
【0466】
銅ワイヤ５Ｌは、表面保護膜１３Ｌから露出するパッド７Ｌの中央部に接合されている。銅ワイヤ５Ｌは、後述するように、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢがパッド７Ｌに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、銅ワイヤ５Ｌにおけるパッド７Ｌとの接合部分には、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｌが形成される。また、ファーストボール部１５Ｌの周囲に、ファーストボール部１５Ｌの下方からパッド７Ｌの材料が徐々に迫り出すことにより、迫り出し部１６Ｌがパッド７Ｌの表面から大きく浮き上がらずに形成される。
【0467】
たとえば、銅ワイヤ５Ｌの線径が２５μｍである場合、ファーストボール部１５Ｌの狙い直径（ファーストボール部１５Ｌの設計上の直径）は、７４〜７６μｍであり、ファーストボール部１５Ｌの狙い厚さ（ファーストボール部１５Ｌの設計上の厚さ）は、１７〜１８μｍである。図１０９Ａ〜図１０９Ｄは、図１０６に示す半導体装置の製造途中（ワイヤボンディングの途中）の状態を示す模式的な断面図である。
【0468】
銅ワイヤ５Ｌは、ダイパッド３Ｌおよびリード４Ｌがそれらを取り囲むフレーム（図示せず）に接続された状態、つまりダイパッド３Ｌおよびリード４Ｌがリードフレームをなす状態で、ワイヤボンダにより、半導体チップ２Ｌとリード４Ｌとの間に架設される。ワイヤボンダには、キャピラリＣが備えられている。キャピラリＣは、図１０９Ａに示すように、ワイヤ挿通孔４１Ｌが中心軸線上に形成された略円筒形状をなしている。銅ワイヤ５Ｌは、ワイヤ挿通孔４１Ｌに挿通されて、ワイヤ挿通孔４１Ｌの先端（下端）から送り出される。
【0469】
キャピラリＣの先端部には、ワイヤ挿通孔４１Ｌの下方に、ワイヤ挿通孔４１Ｌと連通する円錐台形状のチャンファ４２Ｌが形成されている。また、キャピラリＣの先端部は、チャンファ４２Ｌの下端縁に連続し、銅ワイヤ５Ｌとパッド７Ｌおよびリード４Ｌとの接合時（ワイヤボンディング時）にそれらと対向する面であるフェイス４３Ｌを有している。フェイス４３Ｌは、キャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対して外側が上がるように緩やかに傾斜している。
【0470】
まず、図１０９Ａに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｌの直上に移動される。次に、チャンファ４２Ｌに銅ワイヤ５Ｌの先端が位置する状態で、銅ワイヤ５Ｌの先端部に電流が印加されることにより、その先端部にＦＡＢ４４が形成される。電流の値および印加時間は、銅ワイヤ５Ｌの線径およびＦＡＢ４４の狙い直径（ＦＡＢ４４の設計上の直径）に応じて適宜設定される。ＦＡＢ４４の一部は、チャンファ４２Ｌからその下方にはみ出ている。
【0471】
その後、図１０９Ｂに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｌに向かって下降され、キャピラリＣにより、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに押し付けられる。このとき、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に荷重が加えられるとともに、キャピラリＣに設けられた超音波振動子（図示せず）から発振された超音波振動がＦＡＢ４４に付与される。図１１０は、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【0472】
具体的には、図１１０に示すように、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接した時刻Ｔ１から所定時間が経過する時刻Ｔ２までの間は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。所定時間は、３ｍｓｅｃに設定される。また、初期荷重Ｐ１は、パッド７Ｌに対するファーストボール部１５Ｌの狙い接合面積（パッド７Ｌに対するファーストボール部１５Ｌの設計上の接合面積）に一定の係数（初期荷重Ｐ１の単位がｇであり、接合面積の単位がｍｍ２である場合、たとえば、２８７８６）を乗じた値に基づいて設定される。時刻Ｔ２以後は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に加えられる荷重が下げられ、ＦＡＢ４４に相対的に小さい荷重Ｐ２が加えられる。この荷重Ｐ２は、キャピラリＣが上昇される時刻Ｔ４になるまで加え続けられる。
【0473】
一方、超音波振動子には、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接する時刻Ｔ１より前から相対的に小さい値Ｕ１の駆動電流が印加されている。駆動電流値Ｕ１は、３０ｍＡ未満に設定される。ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接すると、そのときの時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間に、超音波振動子に印加される駆動電流の値が値Ｕ１から相対的に大きい値Ｕ２まで一定の変化率で（単調に）上げられる。この変化率は、２１ｍＡ／ｍｓｅｃ以下に設定される。また、超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値Ｕ２は、その値Ｕ２をファーストボール部１５Ｌの狙い接合面積で除した値が０．０１９７ｍＡ／μｍ２以下となるように設定される。さらに、ＦＡＢ４４に初期荷重が加えられる所定時間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値が１４６ｍＡ・ｍｓｅｃ以下となるように、駆動電流値Ｕ１，Ｕ２が設定される。時刻Ｔ３以後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕ２の駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。
【0474】
その結果、ＦＡＢ４４がキャピラリＣのチャンファ４２Ｌおよびフェイス４３Ｌの形状に沿って変形し、図１０８に示すように、パッド７Ｌ上に、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｌが形成されるとともに、その周囲に迫り出し部１６Ｌが形成される。これにより、パッド７Ｌに対する銅ワイヤ５Ｌの接合（ファーストボンディング）が達成される。時刻Ｔ１から予め定める接合時間が経過し、時刻Ｔ４になると、キャピラリＣがパッド７Ｌの上方に離間される。その後、キャピラリＣは、リード４Ｌの表面に向けて斜め下方に移動される。そして、図１０９Ｃに示すように、超音波振動子に駆動電流が印加され、キャピラリＣに超音波振動が付与されつつ、キャピラリＣにより、銅ワイヤ５Ｌがリード４Ｌの表面に押し付けられ、さらに引きちぎられる。これにより、リード４Ｌの表面上に、銅ワイヤ５Ｌの他端部からなる側面視楔状のステッチ部が形成され、銅ワイヤのリード４Ｌに対する接合（セカンドボンディング）が達成される。
【0475】
その後は、他のパッド７Ｌおよびこれに対応するリード４Ｌを対象として、図１０９Ａ〜図１０９Ｃに示す工程が行われる。そして、図１０９Ａ〜図１０９Ｃに示す工程が繰り返されることにより、図１０９Ｄに示すように、半導体チップ２Ｌのすべてのパッド７Ｌとリード４Ｌとの間に銅ワイヤ５Ｌが架設される。全てのワイヤボンディング終了後、図４Ｄと同様の方法により、水分不透過絶縁膜２５Ｌが形成される。＜接合面積−初期荷重の関係＞
図１１１は、パッドに対するファーストボール部の接合面積と初期荷重との関係を示すグラフである。
【0476】
パッド７Ｌに対するファーストボール部１５Ｌの接合面積と初期荷重との関係を調べるため、次の試験１〜４を行った。（１）試験１
線径２５μｍの銅ワイヤ５Ｌの先端に４５μｍのＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｌに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに押し付け、パッド７Ｌ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｌを形成した。そして、ＦＡＢ４４のパッド７Ｌへの当接後にＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさを種々変化させた。ファーストボール部１５Ｌの狙い直径は、５８μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００２６４ｍｍ２である。
【0477】
狙い直径および狙い接合面積に近いファーストボール部１５Ｌが得られる荷重は、８０ｇであった。また、その荷重を実際に得られた接合面積で除して、狙いに近い形状のファーストボール部１５Ｌを形成するために必要な単位面積あたりの荷重（単位面積荷重）を求めると、その単位面積荷重は、３０２９５ｇ／ｍｍ２であった。（２）試験２
線径２５μｍの銅ワイヤ５Ｌの先端に５９μｍのＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｌに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに押し付け、パッド７Ｌ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｌを形成した。そして、ＦＡＢ４４のパッド７Ｌへの当接後にＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさを種々変化させた。ファーストボール部１５Ｌの狙い直径は、７４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００４３ｍｍ２である。
【0478】
狙い直径および狙い接合面積に近いファーストボール部１５Ｌが得られる荷重は、１３０ｇであった。また、その荷重を実際に得られた接合面積で除して、狙いに近い形状のファーストボール部１５Ｌを形成するために必要な単位面積あたりの荷重（単位面積荷重）を求めると、その単位面積荷重は、３０２４２ｇ／ｍｍ２であった。（３）試験３
線径３０μｍの銅ワイヤ５Ｌの先端に５９μｍのＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｌに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに押し付け、パッド７Ｌ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｌを形成した。そして、ＦＡＢ４４のパッド７Ｌへの当接後にＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさを種々変化させた。ファーストボール部１５Ｌの狙い直径は、７４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００４３ｍｍ２である。
【0479】
狙い直径および狙い接合面積に近いファーストボール部１５Ｌが得られる荷重は、１３０ｇであった。また、その荷重を実際に得られた接合面積で除して、狙いに近い形状のファーストボール部１５Ｌを形成するために必要な単位面積あたりの荷重（単位面積荷重）を求めると、その単位面積荷重は、３０２４２ｇ／ｍｍ２であった。（４）試験４
線径３８μｍの銅ワイヤ５Ｌの先端に８４μｍのＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｌに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに押し付け、パッド７Ｌ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｌを形成した。そして、ＦＡＢ４４のパッド７Ｌへの当接後にＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさを種々変化させた。ファーストボール部１５Ｌの狙い直径は、１０４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００８４９ｍｍ２である。
【0480】
狙い直径および狙い接合面積に近いファーストボール部１５Ｌが得られる荷重は、２４０ｇであった。また、その荷重を実際に得られた接合面積で除して、狙いに近い形状のファーストボール部１５Ｌを形成するために必要な単位面積あたりの荷重（単位面積荷重）を求めると、その単位面積荷重は、２８２６７ｇ／ｍｍ２であった。以上の試験１〜４の結果から、銅ワイヤ５Ｌの線径、ファーストボール部１５Ｌの狙い直径および狙い接合面積にかかわらず、狙いに近い形状のファーストボール部１５Ｌを形成するために必要な単位面積あたりの荷重（単位面積荷重）は、ほぼ同じであることが確認された。
【0481】
また、各試験１〜４で狙い直径および狙い接合面積に近いファーストボール部１５Ｌが得られる荷重として求められた値を、初期荷重Ｐ１として、Ｘ軸を狙い接合面積とし、Ｙ軸を初期荷重とするグラフエリアにプロットすると、図１１１に示すようになり、初期荷重Ｐ１とパッド７Ｌに対するファーストボール部１５Ｌの接合面積との間にはほぼ比例関係があることが確認された。＜所定時間の設定＞
初期荷重Ｐ１がＦＡＢに加えられる所定時間を適切に設定するために、次の試験１〜３を行った。
（１）試験１
線径２５μｍの銅ワイヤ５Ｌの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｌに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに押し付け、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え、パッド７Ｌ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｌを形成した。ファーストボール部１５Ｌの狙い直径は、５８μｍであり、その狙い厚さは、１０μｍである。そして、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさが５０ｇ、８０ｇおよび１１０ｇの各場合について、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接してからの経過時間に伴う、ファーストボール部１５Ｌの直径および厚さの変化を調べた。直径（ボール径）の時間変化を図１１２に示し、厚さ（ボール厚）の時間変化を図１１３に示す。
（２）試験２
線径２５μｍの銅ワイヤ５Ｌの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｌに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに押し付け、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え、パッド７Ｌ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｌを形成した。ファーストボール部１５Ｌの狙い直径は、７６μｍであり、その狙い厚さは、１８μｍである。そして、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさが７０ｇ、９０ｇ、１１０ｇ、１３０ｇ、１５０ｇおよび２００ｇの各場合について、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接してからの経過時間に伴う、ファーストボール部１５Ｌの直径および厚さの変化を調べた。直径（ボール径）の時間変化を図１１４に示し、厚さ（ボール厚）の時間変化を図１１５に示す。
（３）試験３
線径３８μｍの銅ワイヤ５Ｌの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｌに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに押し付け、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え、パッド７Ｌ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｌを形成した。ファーストボール部１５Ｌの狙い直径は、１０４μｍであり、その狙い厚さは、２５μｍである。そして、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさが２００ｇ、２３０ｇ、２５０ｇ、３００ｇ、４００ｇおよび５００ｇの各場合について、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接してからの経過時間に伴う、ファーストボール部１５Ｌの直径および厚さの変化を調べた。直径（ボール径）の時間変化を図１１６に示し、厚さ（ボール厚）の時間変化を図１１７に示す。
【0482】
図１１２〜図１１７を参照して理解されるように、銅ワイヤ５Ｌの線径、荷重の大きさならびにファーストボール部１５Ｌの狙い直径および狙い厚さにかかわらず、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接してから２ｍｓｅｃ未満では完了しない。一方、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接してから４ｍｓｅｃを超えると、ＦＡＢ４４の直径および厚さがほぼ変化せず、ＦＡＢ４４の変形が確実に完了していると考えられる。より詳細には、銅ワイヤ５Ｌの線径、荷重の大きさならびにファーストボール部１５Ｌの狙い直径および狙い厚さにかかわらず、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接してからほぼ３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢ４４の直径および厚さの変化が終了し、ＦＡＢ４４の変形が完了していると考えられる。
【0483】
よって、初期荷重Ｐ１がＦＡＢに加えられる所定時間は、２〜４ｍｓｅｃの範囲内が適切であると考えられ、３ｍｓｅｃがより適切であると考えられる。以上のように、銅ワイヤ５Ｌの先端に形成されたＦＡＢ４４がパッドに当接された後、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。これにより、Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢ４４が良好に変形するので、ＦＡＢ４４に加えられる初期荷重Ｐ１をＦＡＢ４４の変形により適度に減衰しつつＦＡＢ４４とパッド７Ｌとの接合に寄与させることができる。
【0484】
また、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接される前から超音波振動子が発振しているので、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接した瞬間から、ＦＡＢ４４とパッド７Ｌとの当接部分に超音波振動が伝搬し、その当接部分がパッド７Ｌに擦りつけられる。その結果、接合完了後のＦＡＢ４４（ファーストボール部１５Ｌ）のパッド７Ｌとの接合面の中央部（ＦＡＢ４４とパッド７Ｌとが初めて当接する部分）がパッド７Ｌに良好に接合された状態を得ることができる。
【0485】
ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接された後は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が値Ｕ１から値Ｕ２まで漸増される。その一方で、ＦＡＢ４４が押し潰されるように変形し、ＦＡＢ４４とパッド７Ｌとの当接部分の面積が漸増する。これにより、超音波振動子からＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーが漸増し、また、パッド７Ｌに擦りつけられるＦＡＢ４４の面積が漸増する。その結果、ファーストボール部１５Ｌの中央部の下方において、ＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーの急増によるクラックなどのダメージがパッド７Ｌおよびパッド７Ｌの下層の層間絶縁膜１２Ｌに生じることを抑制しつつ、ファーストボール部１５Ｌのパッド７Ｌとの接合面の周縁部までパッド７Ｌに良好に接合された状態を得ることができる。
【0486】
ＣｕからなるＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接されてから所定時間が経過すると、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに押しつけられることによるＦＡＢ４４の変形が終了する。すなわち、ＣｕからなるＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接してから所定時間が経過すると、ファーストボール部１５Ｌの形状が完成する。そのため、それ以後にＦＡＢ４４に大きい初期荷重Ｐ１が加えられ続けると、ＦＡＢ４４とパッド７Ｌとの当接部分に超音波振動が良好に伝搬しない。そこで、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接されてから所定時間の経過後は、ＦＡＢ４４に加えられる荷重が荷重Ｐ２に下げられる。これにより、超音波振動をＦＡＢ４４とパッド７Ｌとの当接部分に良好に伝搬させることができる。
【0487】
よって、本実施形態に係るワイヤボンディング方法によれば、パッド７Ｌおよびパッド７Ｌの下層の層間絶縁膜１２Ｌにダメージが生じるのを防止することができながら、パッド７Ｌに対する銅ワイヤ５Ｌの良好な接合、つまりファーストボール部１５Ｌのパッド７Ｌとの接合面の全域がパッド７Ｌと良好に接合された状態を得ることができる。超音波振動子に印加される駆動電流の値は、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接された後、値Ｕ１から一定の変化率で値Ｕ２まで増加される。そして、その変化率は、２１ｍＡ／ｍｓｅｃ以下に設定されている。これにより、ＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーの急増によるパッド７Ｌおよび層間絶縁膜１２Ｌのダメージの発生を効果的に防止することができる。
【0488】
なお、パッド７Ｌに対するＦＡＢ４４の接合の手法として、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接されてから、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え続けるとともに、超音波振動子に一定の駆動電流を印加し続けることが考えられる。しかし、この手法では、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさおよび超音波振動子に印加される駆動電流の値をどのように設定しても、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに十分に接合されないか、または、パッド７Ｌの材料がＦＡＢ４４（ファーストボール部１５Ｌ）の側方に薄い鍔状に大きくはみ出す、いわゆるスプラッシュを生じる。
【0489】
本実施形態に係るワイヤボンディング方法では、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値、および初期荷重の大きさが適切に設定されることにより、そのスプラッシュの発生が防止されている。すなわち、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値Ｕ１が３０ｍＡ未満に設定されている。これにより、ＦＡＢ４４のパッド７Ｌへの当接直後にＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーが過大となることを防止できる。その結果、スプラッシュの発生、ならびにファーストボール部１５Ｌの中央部の下方でのパッド７Ｌおよび層間絶縁膜１２Ｌのダメージの発生を良好に防止することができる。
【0490】
また、銅ワイヤ５Ｌの線径にかかわらず、初期荷重Ｐ１とパッド７Ｌに対するファーストボール部１５Ｌの接合面積との間にはほぼ比例関係があることから、初期荷重Ｐ１の大きさは、パッド７Ｌに対するファーストボール部１５Ｌの狙い接合面積に一定の係数を乗じた値に基づいて設定されている。これにより、銅ワイヤ５Ｌの線径にかかわらず、初期荷重Ｐ１の大きさを適切に設定することができる。その結果、スプラッシュの発生、ならびにファーストボール部１５Ｌの中央部の下方でのパッド７Ｌおよびパッド７Ｌの下層のダメージの発生を良好に防止しつつ、ＦＡＢ４４の良好な変形を達成することができ、ファーストボール部１５Ｌのパッド７Ｌとの接合面の中央部がパッド７Ｌに良好に接合された状態を得ることができる。
【0491】
ＦＡＢ４４の変形は、初期荷重Ｐ１の大きさならびにファーストボール部１５Ｌの狙い直径および厚さにかかわらず、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接されてからほぼ３ｍｓｅｃで完了するので、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接されてから３ｍｓｅｃが経過した後は、ＦＡＢ４４に加えられる荷重が初期荷重Ｐ１から荷重Ｐ２に下げられる。また、所定時間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値が１４６ｍＡ・ｍｓｅｃ以下となるように、所定時間、駆動電流値Ｕ１，Ｕ２が設定されている。これにより、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接されてからの所定時間内にＦＡＢ４４に適切なエネルギー量の超音波振動が伝搬されるので、ファーストボール部１５Ｌの中央部の下方において、パッド７Ｌおよび層間絶縁膜１２Ｌにダメージ生じることを防止しつつ、ファーストボール部１５Ｌのパッド７Ｌとの接合面の周縁部までパッド７Ｌに良好に接合された状態を得ることができる。
【0492】
超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値Ｕ２は、その値Ｕ２をファーストボール部１５Ｌの狙い接合面積で除した値が０．０１９７ｍＡ／μｍ２以下となるように設定されている。これにより、ＦＡＢ４４の変形終了後にＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーが過大となることを防止でき、ファーストボール部１５Ｌの周縁部の下方において、パッド７Ｌおよび層間絶縁膜１２Ｌにダメージが生じるのを良好に防止することができる。
【0493】
なお、本実施形態では、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接されてからの所定時間に、荷重Ｐ２よりも大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。しかし、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに近づけるときのキャピラリＣの移動速度を大きくし、接合時間の全体にわたって一定の荷重がＦＡＢに加えられる場合にも、見かけ上、ＦＡＢ４４がパッド７Ｌに当接される瞬間および直後にＦＡＢ４４に加わる荷重が大きくなり、ＦＡＢ４４に初期荷重Ｐ１が加えられる場合と同様な作用効果が得られる。
【0494】
銅ワイヤ５Ｌの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｌに向けて一定の速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）で下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに押し付け、ＦＡＢ４４に初期荷重Ｐ１として１３０ｇの荷重を３ｍｓｅｃにわたって加え、その後の９ｍｓｅｃにわたって、荷重Ｐ２をＦＡＢ４４に加えることにより、パッド７Ｌ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｌを形成した。このときのファーストボール部の近傍をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）により撮像して得られたＳＥＭ画像を図１１８に示す。
【0495】
また、銅ワイヤ５Ｌの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｌに向けて一定の速度１．００ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約２．４５ｍ／ｍｓｅｃ）で下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｌに押し付け、ＦＡＢ４４のパッド７Ｌへの当接から１２ｍｓｅｃにわたって、ＦＡＢ４４に４５ｇの荷重を加え、パッド７Ｌ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｌを形成した。このときのファーストボール部の近傍のＳＥＭ画像を図１１９に示す。
【0496】
図１１８と図１１９とを見比べて、ファーストボール部１５Ｌの形状および迫り出し部１６Ｌの形状がほぼ同じであることが判る。以上、本発明の第１２実施形態について説明したが、この第１２実施形態は、以下のように変更されていてもよい。
たとえば、半導体装置１Ｌでは、ＱＦＮが適用されているが、本発明は、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）など、他の種類のノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に適用することもできる。
【0497】
また、リードの端面と樹脂パッケージの側面とが面一に形成された、いわゆるシンギュレーションタイプに限らず、リードが樹脂パッケージの側面から突出するリードカットタイプのノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。さらに、ノンリードパッケージに限らず、ＱＦＰ（Quad Flat Package）など、樹脂パッケージからリードが突出することによるアウターリードを有するパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。
【0498】
また、前述の実施形態では、銅ワイヤ５Ｌが水分不透過絶縁膜２５Ｌで被覆されている態様を例示したが、前述の第１２の課題を解決するための第１２の目的を少なくとも達成するのであれば、図１２０に示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｌが設けられていなくてもよい。次に、この第１２実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
１．評価試験１
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１０９Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0499】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径２．３３ｍｉｌ（約６０μｍ）のＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００４３ｍｍ２である。＜実施例１＞
図１２１に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。
【0500】
また、ＦＡＢのパッドへの当接前から、キャピラリに設けられた超音波振動子に１５ｍＡの駆動電流を印加し、ＦＡＢがパッドに当接された後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に１５ｍＡから９０ｍＡまで一定の変化率（約２０．８３ｍＡ／ｍｓｅｃ）で上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）の８．４ｍｓｅｃにわたって保持した。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１３８．７５ｍＡ・ｍｓｅｃである。また、超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値をファーストボール部の狙い直径の２乗値で除した値は、約０．０１６４ｍＡ／μｍ２であり、０．０１９７ｍＡ／μｍ２よりも小さい。＜比較例１＞
図１２２に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。
【0501】
また、ＦＡＢのパッドへの当接前には、キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加せず、ＦＡＢがパッドに当接された後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に０ｍＡから９０ｍＡまで一定の変化率（２５ｍＡ／ｍｓｅｃ）で上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）の８．４ｍｓｅｃにわたって保持した。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１１２．５ｍＡ・ｍｓｅｃである。＜比較例２＞
図１２３に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。
【0502】
また、ＦＡＢのパッドへの当接前から、キャピラリに設けられた超音波振動子に１５ｍＡの駆動電流を印加し、ＦＡＢがパッドに当接されてから３．６ｍｓｅｃが経過した時点で、超音波振動子に印加される駆動電流の値を１５ｍＡから９０ｍＡまで瞬時に上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）の８．４ｍｓｅｃにわたって保持した。この場合、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に、超音波振動子に駆動電流は印加されていない。＜比較例３＞
図１２４に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。
【0503】
また、ＦＡＢのパッドへの当接前には、キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加せず、ＦＡＢがパッドに当接されてから３．６ｍｓｅｃが経過した時点で、超音波振動子に印加される駆動電流の値を０ｍＡから９０ｍＡまで瞬時に上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）の８．４ｍｓｅｃにわたって保持した。この場合、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に、超音波振動子に駆動電流は印加されていない。（１）スプラッシュ評価（外観評価）
実施例１および比較例１〜３のファーストボール部の近傍をＳＥＭを用いて観察した。実施例１のファーストボール部の近傍のＳＥＭ画像を図１２５に示す。比較例１〜３のファーストボール部の近傍のＳＥＭ画像をそれぞれ図１２６〜図１２８に示す。
【0504】
図１２６〜図１２８に示すように、実施例１および比較例１〜３のいずれも、パッドの材料がファーストボール部の側方にわずかに迫り出し、スプラッシュは生じていないことが確認された。（２）ボール裏評価
実施例１および比較例１〜３のファーストボール部をパッドから引き剥がし、ファーストボール部のパッドとの接合面をＳＥＭを用いて観察した。実施例１のファーストボール部の接合面のＳＥＭ画像を図１２９に示す。比較例１〜３のファーストボール部の接合面のＳＥＭ画像を図１３０〜図１３２に示す。
【0505】
図１２９に示すように、実施例１のファーストボール部には、その接合面のほぼ全域に超音波振動による細かい傷がついていることが確認された。このことは、ＦＡＢがパッドに当接した瞬間からファーストボール部の形状が完成するまでの全期間にわたって、超音波振動がＦＡＢに良好に伝搬し、その超音波振動により、パッドに対するＦＡＢの当接部分の全域がパッドに擦りつけられたことを裏付けている。
【0506】
図１３０に示すように、比較例１のファーストボール部には、その接合面の中央部の一部に、超音波振動による傷がついていない部分Ｐｏ１が存在することが確認された。このような部分Ｐｏ１が存在するのは、ＦＡＢがパッドに当接した直後は、超音波振動がＦＡＢに伝搬せず、パッドに対するＦＡＢの当接部分が擦りつけられていないためであると考えられる。
【0507】
図１３１に示すように、比較例２のファーストボール部には、その接合面の中央部と周縁部との間に、超音波振動による傷がついていない部分Ｐｏ２が存在することが確認された。このような部分Ｐｏ２が存在するのは、ＦＡＢがパッドに当接した瞬間から、超音波振動がＦＡＢに伝搬するが、ＦＡＢがファーストボール部に変形する過程で超音波振動が不足しているためであると考えられる。
【0508】
図１３２に示すように、比較例３のファーストボール部には、その接合部の周縁部のみに超音波振動による細かい傷がつき、中央部に傷がついていない部分Ｐｏ３が存在することが確認された。このような部分Ｐｏ３が存在するのは、ＦＡＢがファーストボール部に変形した後のみに超音波振動がＦＡＢに伝搬したためであると考えられる。（３）パッド上評価
実施例１および比較例１〜３のファーストボール部を含む銅ワイヤを発煙硝酸で溶かし、パッドのファーストボール部との接合面を光学顕微鏡を用いて観察した。実施例１のパッドの画像を図１３３に示す。比較例１〜３のパッドの画像を図１３４〜図１３６に示す。
【0509】
なお、この評価試験前に、半導体チップが良品か否かを検査するためのＥＤＳ（Electric Die Sort）が行われ、ＦＡＢの接合前は、各パッドの表面にＥＤＳ用の検査プローブが押し当てられたことによる針跡がついている。図１３３に示すように、実施例１のパッドから針跡が消えていることが確認された。このことは、パッドから針跡が消える程度にＦＡＢがパッドに押し付けられ、ＦＡＢ（ファーストボール部）がパッドに強固に接合されていることを裏付けている。
【0510】
これに対し、図１３４〜図１３６に示すように、比較例１〜３のパッドには、針跡が残っていることが確認された。（４）パッド下評価
実施例１および比較例１〜３のファーストボール部を含む銅ワイヤを発煙硝酸で溶かし、さらにパッドを除去して、これにより露出する層間絶縁膜の表面を光学顕微鏡を用いて観察した。実施例１の層間絶縁膜の表面の画像を図１３７に示す。比較例１〜３の層間絶縁膜の表面の画像を図１３８〜図１４０に示す。
【0511】
図１３７〜図１４０に示すように、実施例１および比較例１〜３のいずれも、層間絶縁膜にクラックなどのダメージが発生していないことが確認された。２．評価試験２
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１０９Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0512】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径２．３３ｍｉｌ（約６０μｍ）のＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００４３０ｍｍ２である。
【0513】
図１４１に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。また、ＦＡＢのパッドへの当接前から、キャピラリに設けられた超音波振動子に２０ｍＡの駆動電流を印加し、ＦＡＢがパッドに当接された後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を２０ｍＡから９０ｍＡまで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）保持した。実施例２および比較例４〜８は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が２０ｍＡから９０ｍＡに達するまでにかかる時間（RampUpTime：ランプアップタイム）が異なる。実施例２および比較例４〜８のいずれにおいても、超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値をファーストボール部の狙い接合面積で除した値は、約０．０１６４ｍＡ／μｍ２であり、０．０１９７ｍＡ／μｍ２よりも小さい。
＜実施例２＞
実施例２では、ランプアップタイムが３．６ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、ＦＡＢがパッドに当接してからキャピラリが上昇されるまでの時間（１２ｍｓｅｃ。以下「接合時間」という。）の３０％がランプアップタイムに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約１９．４４ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で２０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１４７．５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例４＞
比較例４では、ランプアップタイムが３．０ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の２５％がランプアップタイムに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約２３．３３ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で２０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１６５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例５＞
比較例５では、ランプアップタイムが２．４ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の２０％がランプアップタイムに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約２９．１７ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で２０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２０７ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例６＞
比較例６では、ランプアップタイムが１．８ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の１５％がランプアップタイムに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約３８．８９ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で２０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２２８ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例７＞
比較例７では、ランプアップタイムが１．２ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の１０％がランプアップタイムに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約５８．３３ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で２０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２４９ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例８＞
比較例８では、ランプアップタイムが０ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の０％がランプアップタイムに設定されている。
（１）クラック評価
実施例２および比較例４〜８のそれぞれについて、４８個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べ、クラックの発生率（下層の層間絶縁膜にクラックを生じているパッドの数／４８×１００）を算出した。この算出結果を図１４２に示す。
【0514】
図１４２に示すように、ランプアップタイムが接合時間の３０％であり、駆動電流の変化率が約１９．４４ｍＡ／ｍｓｅｃである実施例１では、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。これに対し、ランプアップタイムが接合時間の２５％以下であり、駆動電流の変化率が約２３．３３ｍＡ／ｍｓｅｃ以上である比較例４〜８では、層間絶縁膜のクラックが発生することが確認された。
３．評価試験３
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１０９Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0515】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径２．３３ｍｉｌ（約６０μｍ）のＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００４３０ｍｍ２である。
【0516】
図１４３に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。また、ＦＡＢのパッドへの当接前から、キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加し、ＦＡＢがパッドに当接された後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に９０ｍＡまで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）保持した。実施例３〜７および比較例９〜１１は、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が異なる。実施例３〜７および比較例９〜１１のいずれにおいても、超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値をファーストボール部の狙い接合面積で除した値は、約０．０１６４ｍＡ／μｍ２であり、０．０１９７ｍＡ／μｍ２よりも小さい。
＜実施例３＞
実施例３では、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が０ｍＡに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、２５ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１１２．５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜実施例４＞
実施例４では、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が１０ｍＡに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約２２．２２ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で１０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１３０ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜実施例５＞
実施例５では、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が１５ｍＡに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約２０．８３ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で１５ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１３８．７５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜実施例６＞
実施例６では、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が２０ｍＡに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約１９．４４ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で２０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１４７．５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜実施例７＞
実施例７では、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が２５ｍＡに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約１８．０６ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で２５ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１５６．２５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例９＞
比較例９では、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が３０ｍＡに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約１６．６７ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で３０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１６５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例１０＞
比較例１０では、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が６０ｍＡに設定されている。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接後、超音波振動子に印加される駆動電流は、約８．３４ｍＡ／ｍｓｅｃの変化率で６０ｍＡから９０ｍＡまで上げられる。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２５５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例１１＞
比較例１１では、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が９０ｍＡに設定されている。すなわち、ＦＡＢのパッドへの当接前後で、超音波振動子に印加される駆動電流の値は変動しない。したがって、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２７０ｍＡ・ｍｓｅｃである。
（１）クラック評価
実施例３〜７および比較例９〜１１のそれぞれについて、４８個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べ、クラックの発生率（下層の層間絶縁膜にクラックを生じているパッドの数／４８×１００）を算出した。
この算出結果を図１４４に示す。
【0517】
図１４４に示すように、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が２５ｍＡ以下である実施例３〜７では、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。これに対し、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が３０ｍＡ以上である比較例９〜１１では、層間絶縁膜のクラックが発生することが確認された。
４．評価試験４
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１０９Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0518】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径２．３３ｍｉｌ（約６０μｍ）のＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７６μｍであり、ファーストボール部の狙い厚さは、１８μｍである。＜実施例８＞
ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。
【0519】
また、ＦＡＢがパッドに当接された時点からキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態を保持した。超音波振動子に印加される駆動電流の値をファーストボール部の狙い接合面積で除した値は、約０．０１６４ｍＡ／μｍ２であり、０．０１９７ｍＡ／μｍ２よりも小さい。＜比較例１２＞
ＦＡＢのパッドへの当接からキャピラリの上昇まで間、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を保持した。
【0520】
また、ＦＡＢがパッドに当接された時点からキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）、超音波振動子に１３０ｍＡの駆動電流が印加されている状態を保持した。＜比較例１３＞
ＦＡＢのパッドへの当接からキャピラリの上昇まで間、ＦＡＢに９０ｇの荷重が加えられた状態を保持した。
【0521】
また、ＦＡＢがパッドに当接された時点からキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）、超音波振動子に１３０ｍＡの駆動電流が印加されている状態を保持した。＜比較例１４＞
ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。
【0522】
また、ＦＡＢがパッドに当接された時点からキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）、超音波振動子に７０ｍＡの駆動電流が印加されている状態を保持した。（１）スプラッシュ評価（外観評価１）
実施例８および比較例１２〜１４のファーストボール部の近傍をＳＥＭを用いて観察した。実施例８のファーストボール部の近傍のＳＥＭ画像を図１４５に示す。比較例１２〜１４のファーストボール部の近傍のＳＥＭ画像をそれぞれ図１４６〜図１４８に示す。
【0523】
図１４５，１４８に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後にＦＡＢに初期荷重が加えられる実施例８および比較例１４は、パッドの材料がファーストボール部の側方にわずかに迫り出し、スプラッシュは生じていないことが確認された。これに対し、図１４６，１４７に示すように、ＦＡＢに初期荷重が加えられない比較例１２，１３は、パッドの材料がファーストボール部の側方に薄い鍔状に大きくはみ出し、スプラッシュを生じていることが確認された。
（２）シェアテスト評価１
実施例８および比較例１２〜１４のそれぞれについて、シェアテスト機（接合強度試験機）にかけ、シェアテスト機のツールでファーストボール部とパッドとの接合部分を剪断するようにその側方からパッドの表面と平行な方向に押して破壊した。実施例８の破壊後のパッドを光学顕微鏡で観察した画像を図１４９に示す。比較例１２の破壊後のパッドを光学顕微鏡で観察した画像を図１５０に示す。比較例１３の破壊後のパッドを光学顕微鏡で観察した画像を図１５１に示し、その破壊後のファーストボール部の底面（パッドと接合していた面）を光学顕微鏡で観察した画像を図１５２に示す。比較例１４の破壊後のパッドを光学顕微鏡で観察した画像を図１５３に示す。
【0524】
図１４９，１５３と図１５０，１５１とを見比べて理解されるように、接合時間の全時間にわたってＦＡＢに大きな荷重が加えられる比較例１２および超音波振動子に大きな値の駆動電流が印加される比較例１３のファーストボール部は、実施例８および比較例１４のファーストボール部と比較して、パッドに強くめり込んでいる。したがって、比較例１２，１３では、実施例８および比較例１４と比較して、ファーストボール部とパッドとの接合強度が大きいことが視覚的に確認された。
【0525】
しかし、図１５２を参照して理解されるように、比較例１３では、ファーストボール部に伝搬する超音波振動のエネルギーが大きすぎるために、ファーストボール部がパッドにめり込みすぎ、ファーストボール部の銅ワイヤに近い部分が切断されている。このことから、その接合強度は見かけ上のものであり、実質的な強度は大きくないと考えられる。（３）外観評価２
実施例８および比較例１２〜１４のそれぞれについて、８０個のパッドにＦＡＢを接合し、これにより形成された各ファーストボール部の直径および厚さを測定した。ファーストボール部が平面視で完全な円形ではないため、その直径は、パッドの表面に平行なＸ方向およびＹ方向の２方向について測定した。直径の測定結果を図１５４に示す。厚さの測定結果を図１５５に示す。
【0526】
図１５４，１５５に示すように、実施例８および比較例１２〜１４のいずれでも、狙い直径および狙い厚さのファーストボール部を形成することができるが、比較例１２，１３のファーストボール部は、実施例８および比較例１４のファーストボール部と比較して、その直径および厚さともにばらつきが大きいことが確認された。（４）シェアテスト評価２
シェアテスト評価１において、ファーストボール部とパッドとの接合部分を側方から押して破壊したときに、その破壊に要した力（シェア強度）を測定した。その測定結果を図１５６に示す。
【0527】
図１５６に示すように、比較例１２，１３では、実施例８および比較例１４と比較して、シェア強度が大きいが、そのばらつきも大きいことが確認された。また、実施例８では、比較例１４と比較して、シェア強度が大きいことが確認された。
＜第１３実施形態 図１５７〜図１６８＞
この第１３実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第１３の背景技術に対する第１３の課題を解決することもできる。
（１）第１３の背景技術 典型的な半導体装置では、半導体チップがダイパッド上に配置され、半導体チップとダイパッドの周囲に配置されたリードとがＡｕ（金）からなるワイヤにより接続されている。具体的には、半導体チップの表面に、Ａｌ（アルミニウム）からなるパッドが配置されている。そして、そのパッドの表面とリードの表面との間に、Ａｕからなるワイヤがアーチ状のループを描いて架設されている。
【0528】
ワイヤの架設時（ワイヤボンディング時）には、ワイヤボンダのキャピラリに保持されたワイヤの先端にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成され、そのＦＡＢがパッドの表面に当接される。このとき、キャピラリによりＦＡＢがパッドに向けて所定の荷重で押圧されるとともに、キャピラリに設けられた超音波振動子に所定の駆動電流が供給され、ＦＡＢに超音波振動が付与される。その結果、ＦＡＢがパッドの表面に擦られながら押しつけられ、パッドの表面に対するワイヤの接合が達成される。その後、キャピラリがリードに向けて移動される。そして、ワイヤがリードの表面に押し付けられて、ワイヤに超音波振動が付与されつつ、ワイヤが引きちぎられる。これにより、パッドの表面とリードの表面との間に、ワイヤが架設される。（２）第１３の課題
最近、市場で半導体装置の価格競争が激化しており、半導体装置のコストのさらなる低減が要求されている。コスト低減策の１つとして、高価なＡｕからなるワイヤ（金ワイヤ）から安価なＣｕ（銅）からなるワイヤ（銅ワイヤ）への代替が検討されている。
【0529】
しかしながら、銅ワイヤの先端に形成されるＦＡＢは、金ワイヤの先端に形成されるＦＡＢよりも硬いので、銅ワイヤを金ワイヤの場合と同じ条件（荷重および超音波振動子の駆動電流の大きさなど）でパッドに接合したのでは、銅ワイヤとパッドとの良好な接合を得ることができない。現在のところ、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成可能な条件は明らかではなく、金ワイヤから銅ワイヤへの積極的な代替には至っていない。
【0530】
すなわち、この第１３実施形態に係る発明は、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成することができる、ワイヤボンディング方法を提供することを第１３の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図１５７は、本発明の第１３実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図１５８は、図１５７に示す半導体装置の模式的な底面図である。
【0531】
半導体装置１Ｍは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置であり、半導体チップ２Ｍをダイパッド３Ｍ、リード４Ｍおよび銅ワイヤ５Ｍとともに樹脂パッケージ６Ｍで封止した構造を有している。半導体装置１Ｍ（樹脂パッケージ６Ｍ）の外形は、扁平な直方体形状である。本実施形態では、半導体装置１Ｍの外形は、平面形状が４ｍｍ角の正方形状で厚さが０．８５ｍｍの６面体であり、以下で挙げる半導体装置１Ｍの各部の寸法は、半導体装置１Ｍがその外形寸法を有する場合の一例である。
【0532】
半導体チップ２Ｍは、平面視で２．３ｍｍの正方形状をなしている。半導体チップ２Ｍの厚さは、０．２３ｍｍである。半導体チップ２Ｍの表面の周縁部には、複数のパッド７Ｍが配置されている。各パッド７Ｍは、半導体チップ２Ｍに作り込まれた回路と電気的に接続されている。半導体チップ２Ｍの裏面には、Ａｕ、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｇ（銀）などの金属層からなる裏メタル８Ｍが形成されている。
【0533】
ダイパッド３Ｍおよびリード４Ｍは、金属薄板（たとえば、銅薄板）を打ち抜くことにより形成される。その金属薄板（ダイパッド３Ｍおよびリード４Ｍ）の厚さは、０．２ｍｍである。ダイパッド３Ｍおよびリード４Ｍの表面には、Ａｇからなるめっき層９Ｍが形成されている。ダイパッド３Ｍは、平面視で２．７ｍｍの正方形状をなし、各側面が半導体装置１Ｍの側面と平行をなすように半導体装置１Ｍの中央部に配置されている。
【0534】
ダイパッド３Ｍの裏面の周縁部には、裏面側からの潰し加工により、その全周にわたって、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｍが入り込んでいる。これにより、ダイパッド３Ｍの周縁部がその上下から樹脂パッケージ６Ｍで挟まれ、ダイパッド３Ｍの樹脂パッケージ６Ｍからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0535】
また、ダイパッド３Ｍの裏面は、その周縁部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｍの裏面から露出している。リード４Ｍは、ダイパッド３Ｍの各側面と対向する位置に、同数（たとえば、９本）ずつ設けられている。ダイパッド３Ｍの側面に対向する各位置において、リード４Ｍは、その対向する側面と直交する方向に延び、当該側面と平行な方向に等間隔を空けて配置されている。リード４Ｍの長手方向の長さは、０．４５ｍｍである。また、ダイパッド３Ｍとリード４Ｍとの間の間隔は、０．２ｍｍである。
【0536】
リード４Ｍの裏面のダイパッド３Ｍ側の端部には、裏面側からの潰し加工により、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｍが入り込んでいる。これにより、リード４Ｍのダイパッド３Ｍ側の端部がその上下から樹脂パッケージ６Ｍで挟まれ、リード４Ｍの樹脂パッケージ６Ｍからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0537】
リード４Ｍの裏面は、ダイパッド３Ｍ側の端部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｍの裏面から露出している。また、リード４Ｍのダイパッド３Ｍ側と反対側の側面は、樹脂パッケージ６Ｍの側面から露出している。ダイパッド３Ｍおよびリード４Ｍの裏面における樹脂パッケージ６Ｍから露出する部分には、半田からなるめっき層１０Ｍが形成されている。
【0538】
そして、半導体チップ２Ｍは、パッド７Ｍが配置されている表面を上方に向けた状態で、その裏面が接合材１１Ｍを介して、ダイパッド３Ｍの表面（めっき層１０Ｍ）に接合されている。接合材１１Ｍには、たとえば、半田ペーストが用いられる。接合材１１Ｍの厚さは、０．０２ｍｍである。なお、半導体チップ２Ｍとダイパッド３Ｍとの電気的な接続が不要な場合には、裏メタル８Ｍが省略されて、半導体チップ２Ｍの裏面がダイパッド３Ｍの表面に銀ペーストなどの絶縁性ペーストからなる接合材を介して接合されてもよい。この場合、半導体チップ２Ｍの平面サイズは、２．３ｍｍ角となる。また、ダイパッド３Ｍの表面上のめっき層９Ｍが省略されてもよい。
【0539】
銅ワイヤ５Ｍは、たとえば、純度が９９．９９％以上の銅からなる。銅ワイヤ５Ｍの一端は、半導体チップ２Ｍのパッド７Ｍに接合されている。銅ワイヤ５Ｍの他端は、リード４Ｍの表面に接合されている。そして、銅ワイヤ５Ｍは、半導体チップ２Ｍとリード４Ｍとの間に、アーチ状のループを描いて架設されている。この銅ワイヤ５Ｍのループの頂部と半導体チップ２Ｍの表面との高低差は、０．１６ｍｍである。
【0540】
そして、この半導体装置１Ｍでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｍの表面および側面全体、ダイパッド３Ｍの表面および側面全体、リード４Ｍの表面全体、ならびに銅ワイヤ５Ｍ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｍで被覆されている。図１５９は、図１５７に示す破線で囲まれる部分の拡大図である。
パッド７Ｍは、Ａｌを含む金属からなり、半導体チップ２Ｍの最上層の層間絶縁膜１２Ｍ上に形成されている。層間絶縁膜１２Ｍ上には、表面保護膜１３Ｍが形成されている。パッド７Ｍは、その周縁部が表面保護膜１３Ｍに覆われ、中央部が表面保護膜１３Ｍに形成されたパッド開口１４Ｍを介して露出している。
【0541】
銅ワイヤ５Ｍは、表面保護膜１３Ｍから露出するパッド７Ｍの中央部に接合されている。銅ワイヤ５Ｍは、後述するように、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢがパッド７Ｍに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、銅ワイヤ５Ｍにおけるパッド７Ｍとの接合部分には、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｍが形成される。また、ファーストボール部１５Ｍの周囲に、ファーストボール部１５Ｍの下方からパッド７Ｍの材料が徐々に迫り出すことにより、迫り出し部１６Ｍがパッド７Ｍの表面から大きく浮き上がらずに形成される。
【0542】
たとえば、銅ワイヤ５Ｍの線径が２５μｍである場合、ファーストボール部１５Ｍの狙い直径（ファーストボール部１５Ｍの設計上の直径）は、７４〜７６μｍであり、ファーストボール部１５Ｍの狙い厚さ（ファーストボール部１５Ｍの設計上の厚さ）は、１７〜１８μｍである。図１６０Ａ〜１６０Ｄは、第１３実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に説明するための模式的な断面図である。
【0543】
銅ワイヤ５Ｍは、ダイパッド３Ｍおよびリード４Ｍがそれらを取り囲むフレーム（図示せず）に接続された状態、つまりダイパッド３Ｍおよびリード４Ｍがリードフレームをなす状態で、ワイヤボンダにより、半導体チップ２Ｍとリード４Ｍとの間に架設される。ワイヤボンダには、キャピラリＣが備えられている。キャピラリＣは、図１６０Ａに示すように、ワイヤ挿通孔４１Ｍが中心軸線上に形成された略円筒形状をなしている。銅ワイヤ５Ｍは、ワイヤ挿通孔４１Ｍに挿通されて、ワイヤ挿通孔４１Ｍの先端（下端）から送り出される。
【0544】
キャピラリＣの先端部には、ワイヤ挿通孔４１Ｍの下方に、ワイヤ挿通孔４１Ｍと連通する円錐台形状のチャンファ４２Ｍが形成されている。また、キャピラリＣの先端部は、チャンファ４２Ｍの下端縁に連続し、銅ワイヤ５Ｍとパッド７Ｍおよびリード４Ｍとの接合時（ワイヤボンディング時）にそれらと対向する面であるフェイス４３Ｍを有している。フェイス４３Ｍは、キャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対して外側が上がるように緩やかに傾斜している。
【0545】
まず、図１６０Ａに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｍの直上に移動される。次に、チャンファ４２Ｍに銅ワイヤ５Ｍの先端が位置する状態で、銅ワイヤ５Ｍの先端部に電流が印加されることにより、その先端部にＦＡＢ４４が形成される。電流の値および印加時間は、銅ワイヤ５Ｍの線径およびＦＡＢ４４の狙い直径（ＦＡＢ４４の設計上の直径）に応じて適宜設定される。ＦＡＢ４４の一部は、チャンファ４２Ｍからその下方にはみ出ている。
【0546】
その後、図１６０Ｂに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｍに向かって下降され、キャピラリＣにより、ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに押し付けられる。このとき、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に荷重が加えられるとともに、キャピラリＣに設けられた超音波振動子（図示せず）から発振された超音波振動がＦＡＢ４４に付与される。図１６１は、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【0547】
たとえば、図１６１に示すように、ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接した時刻Ｔ１から所定時間が経過する時刻Ｔ２までの間は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。所定時間は、３ｍｓｅｃ以下に設定される。また、初期荷重Ｐ１は、パッド７Ｍに対するファーストボール部１５Ｍの狙い接合面積（パッド７Ｍに対するファーストボール部１５Ｍの設計上の接合面積）に一定の係数（初期荷重Ｐ１の単位がｇであり、接合面積の単位がｍｍ２である場合、たとえば、２８７８６）を乗じた値に基づいて設定される。時刻Ｔ２以後は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に加えられる荷重が下げられ、ＦＡＢ４４に相対的に小さい荷重Ｐ２が加えられる。この荷重Ｐ２は、キャピラリＣが上昇される時刻Ｔ４になるまで加え続けられる。
【0548】
一方、超音波振動子には、ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接する時刻Ｔ１より前から相対的に小さい値Ｕ１の駆動電流が印加されている。駆動電流値Ｕ１は、３０ｍＡ未満に設定される。ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接すると、そのときの時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間に、超音波振動子に印加される駆動電流の値が値Ｕ１から相対的に大きい値Ｕ２まで一定の変化率で（単調に）上げられる。また、ＦＡＢ４４に初期荷重が加えられる所定時間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値が１４６ｍＡ・ｍｓｅｃ以下となるように、駆動電流値Ｕ１，Ｕ２が設定される。時刻Ｔ３以後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕ２の駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。
【0549】
その結果、ＦＡＢ４４がキャピラリＣのチャンファ４２Ｍおよびフェイス４３Ｍの形状に沿って変形し、図１５９に示すように、パッド７Ｍ上に、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｍが形成されるとともに、その周囲に迫り出し部１６Ｍが形成される。これにより、パッド７Ｍに対する銅ワイヤ５Ｍの接合（ファーストボンディング）が達成される。なお、駆動電流値Ｕ１が零に設定されてもよく、その場合、時刻Ｔ１よりも前には、超音波振動子に駆動電流が印加されない。
【0550】
時刻Ｔ１から予め定める接合時間が経過し、時刻Ｔ４になると、キャピラリＣがパッド７Ｍの上方に離間される。その後、キャピラリＣは、リード４Ｍの表面に向けて斜め下方に移動される。そして、図１６０Ｃに示すように、超音波振動子に駆動電流が印加され、キャピラリＣに超音波振動が付与されつつ、キャピラリＣにより、銅ワイヤ５Ｍがリード４Ｍの表面に押し付けられ、さらに引きちぎられる。これにより、リード４Ｍの表面上に、銅ワイヤ５Ｍの他端部からなる側面視楔状のステッチ部が形成され、銅ワイヤのリード４Ｍに対する接合（セカンドボンディング）が達成される。
【0551】
その後は、他のパッド７Ｍおよびこれに対応するリード４Ｍを対象として、図１６０Ａ〜図１６０Ｃに示す工程が行われる。そして、図１６０Ａ〜図１６０Ｃに示す工程が繰り返されることにより、図１６０Ｄに示すように、半導体チップ２Ｍのすべてのパッド７Ｍとリード４Ｍとの間に銅ワイヤ５Ｍが架設される。全てのワイヤボンディング終了後、図４Ｄと同様の方法により、水分不透過絶縁膜２５Ｍが形成される。
【0552】
以上のように、銅ワイヤ５Ｍの先端に形成されたＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接された後、キャピラリによりＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。これにより、Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢ４４が良好に変形するので、ＦＡＢ４４に加えられる初期荷重Ｐ１をＦＡＢ４４の変形により適度に減衰しつつＦＡＢ４４とパッド７Ｍとの接合に寄与させることができる。
【0553】
また、超音波振動子に駆動電流が印加されるので、超音波振動子からＦＡＢ４４に超音波振動が伝搬し、その超音波振動によりＦＡＢ４４がパッド７Ｍに擦りつけられる。超音波振動子に印加される駆動電流は、ＦＡＢ４４のパッド７Ｍへの当接からの所定時間における駆動電流の積分値が１６２ｍＡ・ｍｓｅｃ未満となるように制御される。これにより、ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接してからの所定時間内にＦＡＢ４４に適切なエネルギー量の超音波振動が伝搬される。その結果、超音波振動の過剰なエネルギーによるパッド７Ｍおよびパッド７Ｍの下層の層間絶縁膜１２Ｍのダメージの発生を防止することができながら、超音波振動によりＦＡＢ４４とパッド７Ｍとの良好に接合することができる。
【0554】
ＣｕからなるＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接してから所定時間が経過すると、ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに押しつけられることによるＦＡＢ４４の変形が終了する。すなわち、ＣｕからなるＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接されてから所定時間が経過すると、ファーストボール部１５Ｍの形状が完成する。そのため、それ以後にＦＡＢ４４に大きい荷重が加えられ続けると、そのＦＡＢ４４とパッド７Ｍとの当接部分に超音波振動が良好に伝搬しない。そこで、ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接されてから所定時間の経過後は、ＦＡＢ４４に加えられる荷重が下げられる。これにより、超音波振動をＦＡＢ４４とパッド７Ｍとの当接部分に良好に伝搬させることができる。
【0555】
よって、本実施形態に係るワイヤボンディング方法によれば、パッド７Ｍおよび層間絶縁膜１２Ｍにダメージが生じるのを防止することができながら、パッド７Ｍに対する銅ワイヤ５Ｍの良好な接合を得ることができる。ＦＡＢ４４のパッド７Ｍへの当接後は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が漸増される。その一方で、ＦＡＢ４４に初期荷重Ｐ１が加えられることにより、ＦＡＢ４４が押し潰されるように変形し、ＦＡＢ４４とパッド７Ｍとの当接部分の面積が漸増する。これにより、超音波振動子からＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーが漸増し、また、パッド７Ｍに擦りつけられるＦＡＢ４４の面積が漸増する。その結果、ファーストボール部１５Ｍの中央部の下方において、ＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーの急増によるダメージがパッド７Ｍおよび層間絶縁膜１２Ｍに生じることを抑制しつつ、ファーストボール部１５Ｍのパッド７Ｍとの接合面の周縁部までパッド７Ｍに良好に接合された状態を得ることができる。
【0556】
また、ＦＡＢ４４のパッド７Ｍへの当接前から超音波振動子に駆動電流が印加されている場合には、ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接した瞬間から、ＦＡＢ４４とパッド７Ｍとの当接部分に超音波振動が伝搬し、その当接部分がパッド７Ｍに擦りつけられる。その結果、ファーストボール部１５Ｍのパッド７Ｍとの接合面の中央部（ＦＡＢ４４とパッド７Ｍとが初めて当接する部分）がパッド７Ｍに良好に接合された状態を得ることができる。
【0557】
なお、パッド７Ｍに対するＦＡＢ４４の接合の手法として、ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに当接されてから、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え続けるとともに、超音波振動子に一定の駆動電流を印加し続けることが考えられる。しかし、この手法では、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさおよび超音波振動子に印加される駆動電流の値をどのように設定しても、ＦＡＢ４４がパッド７Ｍに十分に接合されないか、または、パッド７Ｍの材料がファーストボール部１５Ｍの側方に薄い鍔状に大きくはみ出す、いわゆるスプラッシュを生じる。
【0558】
本実施形態に係るワイヤボンディング方法では、ＦＡＢ４４のパッド７Ｍへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値、および初期荷重の大きさが適切に設定されることにより、そのスプラッシュの発生が防止されている。すなわち、ＦＡＢ４４のパッド７Ｍへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値Ｕ１が３０ｍＡ未満に設定されている。これにより、ＦＡＢ４４のパッド７Ｍへの当接直後にＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーが過大となることを防止できる。その結果、スプラッシュの発生、ならびにファーストボール部１５Ｍの中央部の下方でのパッド７Ｍおよび層間絶縁膜１２Ｍのダメージの発生を良好に防止することができる。
【0559】
また、初期荷重Ｐ１の大きさは、パッド７Ｍに対するファーストボール部１５Ｍの狙い接合面積に一定の係数を乗じた値に基づいて設定される。これにより、ファーストボール部１５Ｍの狙い接合面積に応じて、初期荷重Ｐ１の大きさを適切に設定することができる。その結果、スプラッシュの発生、ならびにファーストボール部１５Ｍの中央部の下方でのパッド７Ｍおよび層間絶縁膜１２Ｍのダメージの発生を良好に防止しつつ、ＦＡＢ４４の良好な変形を達成することができる。
【0560】
以上、本発明の第１３実施形態について説明したが、この第１３実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、半導体装置１Ｍでは、ＱＦＮが適用されているが、本発明は、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）など、他の種類のノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に適用することもできる。
【0561】
また、リードの端面と樹脂パッケージの側面とが面一に形成された、いわゆるシンギュレーションタイプに限らず、リードが樹脂パッケージの側面から突出するリードカットタイプのノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。さらに、ノンリードパッケージに限らず、ＱＦＰ（Quad Flat Package）など、樹脂パッケージからリードが突出することによるアウターリードを有するパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。
【0562】
また、前述の実施形態では、銅ワイヤ５Ｍが水分不透過絶縁膜２５Ｍで被覆されている態様を例示したが、前述の第１３の課題を解決するための第１３の目的を少なくとも達成するのであれば、図１６２に示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｍが設けられていなくてもよい。次に、この第１３実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
１．評価試験１
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１６０Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0563】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径２．３３ｍｉｌ（約６０μｍ）のＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００４３０ｍｍ２である。
【0564】
図１６３に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。また、ＦＡＢのパッドへの当接前から、キャピラリに設けられた超音波振動子に２０ｍＡの駆動電流を印加し、ＦＡＢがパッドに当接された後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を２０ｍＡから９０ｍＡまで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）保持した。実施例１および比較例１〜５は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が２０ｍＡから９０ｍＡに達するまでにかかる時間（RampUpTime：ランプアップタイム）が異なる。
＜実施例１＞
実施例１では、ランプアップタイムが３．６ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、ＦＡＢがパッドに当接してからキャピラリが上昇されるまでの時間（１２ｍｓｅｃ。以下「接合時間」という。）の３０％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１４７．５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例１＞
比較例１では、ランプアップタイムが３．０ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の２５％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１６５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例２＞
比較例２では、ランプアップタイムが２．４ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の２０％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２０７ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例３＞
比較例３では、ランプアップタイムが１．８ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の１５％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２２８ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例４＞
比較例４では、ランプアップタイムが１．２ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の１０％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２４９ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例５＞
比較例５では、ランプアップタイムが０ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の０％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２７０ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜クラック評価＞
実施例１および比較例１〜５のそれぞれについて、４８個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べ、クラックの発生率（下層の層間絶縁膜にクラックを生じているパッドの数／４８×１００）を算出した。この算出結果を図１６４に示す。
【0565】
図１６４に示すように、ランプアップタイムが接合時間の３０％であり、駆動電流の積分値が１４７．５ｍＡ・ｍｓｅｃである実施例１では、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。これに対し、ランプアップタイムが接合時間の２５％以下であり、駆動電流の積分値がる１６５ｍＡ・ｍｓｅｃである比較例１〜５では、層間絶縁膜のクラックが発生することが確認された。
２．評価試験２
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１６０Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0566】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径２．３３ｍｉｌ（約６０μｍ）のＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００４３０ｍｍ２である。
【0567】
図１６５に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。また、ＦＡＢのパッドへの当接前から、キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加し、ＦＡＢがパッドに当接された後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に９０ｍＡまで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）保持した。実施例２〜６および比較例６〜８は、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が異なる。
＜実施例２＞
実施例２では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が０ｍＡに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１１２．５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜実施例３＞
実施例３では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が１０ｍＡに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１３０ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜実施例４＞
実施例４では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が１５ｍＡに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１３８．７５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜実施例５＞
実施例５では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が２０ｍＡに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１４７．５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜実施例６＞
実施例６では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が２５ｍＡに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１５６．２５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例６＞
比較例６では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が３０ｍＡに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１６５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例７＞
比較例７では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が６０ｍＡに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２５５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例８＞
比較例８では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が９０ｍＡに設定されている。すなわち、ＦＡＢのパッドへの当接前後で、超音波振動子に印加される駆動電流の値は変動しない。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２７０ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜クラック評価＞
実施例２〜６および比較例６〜８のそれぞれについて、４８個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べ、クラックの発生率（下層の層間絶縁膜にクラックを生じているパッドの数／４８×１００）を算出した。この算出結果を図１６６に示す。
【0568】
図１６６に示すように、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が２５ｍＡ以下であり、駆動電流の積分値が１５６．２５ｍＡ・ｍｓｅｃ以下である実施例２〜６では、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。これに対し、ＦＡＢがパッドに当接される前から超音波振動子に印加される駆動電流の値が３０ｍＡ以上であり、駆動電流の積分値が２５５ｍＡ・ｍｓｅｃ以上である比較例６〜８では、層間絶縁膜のクラックが発生することが確認された。
３．評価試験３
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１６０Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0569】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径２．３３ｍｉｌ（約６０μｍ）のＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、０．００４３０ｍｍ２である。
【0570】
図１６７に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。また、ＦＡＢのパッドへの当接前には、キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加せず、ＦＡＢがパッドに当接された後、超音波振動子に印加される駆動電流の値を０ｍＡから９０ｍＡまで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から２９．５ｍｓｅｃが経過するまで）保持した。実施例７，８および比較例９〜１２は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が０ｍＡから９０ｍＡに達するまでにかかる時間（RampUpTime：ランプアップタイム）が異なる。
＜実施例７＞
実施例７では、ランプアップタイムが３．６ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の３０％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１１２．５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜実施例８＞
比較例１では、ランプアップタイムが３．０ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の２５％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１３５ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例９＞
比較例９では、ランプアップタイムが２．４ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の２０％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１６２ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例１０＞
比較例１０では、ランプアップタイムが１．８ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の１５％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１８９ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例１１＞
比較例１１では、ランプアップタイムが１．２ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の１０％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２１６ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜比較例１２＞
比較例６では、ランプアップタイムが０ｍｓｅｃに設定されている。言い換えれば、接合時間の０％がランプアップタイムに設定されている。この場合に、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、２７０ｍＡ・ｍｓｅｃである。
＜クラック評価＞
実施例７，８および比較例９〜１２のそれぞれについて、４８個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べ、クラックの発生率（下層の層間絶縁膜にクラックを生じているパッドの数／４８×１００）を算出した。
この算出結果を図１６８に示す。
【0571】
図１６８に示すように、ランプアップタイムが接合時間の２５％以上であり、駆動電流の積分値が１３５ｍＡ・ｍｓｅｃである実施例７，８では、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。これに対し、ランプアップタイムが接合時間の２０％以下であり、駆動電流の積分値がる１６２ｍＡ・ｍｓｅｃである比較例９〜１２では、層間絶縁膜のクラックが発生することが確認された。
【0572】
以上の評価試験１〜３の結果、ＦＡＢに１３０ｇの初期荷重が加えられている３ｍｓｅｃの間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値が１６２ｍＡ・ｍｓｅｃ未満であれば、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。＜第１４実施形態 図１６９〜図１８７＞
この第１４実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第１４の背景技術に対する第１４の課題を解決することもできる。
（１）第１４の背景技術 典型的な半導体装置では、半導体チップがダイパッド上に配置され、半導体チップとダイパッドの周囲に配置されたリードとがＡｕ（金）からなるワイヤにより接続されている。具体的には、半導体チップの表面に、Ａｌ（アルミニウム）からなるパッドが配置されている。そして、そのパッドの表面とリードの表面との間に、Ａｕからなるワイヤがアーチ状のループを描いて架設されている。
【0573】
ワイヤの架設時（ワイヤボンディング時）には、ワイヤボンダのキャピラリに保持されたワイヤの先端にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成され、そのＦＡＢがパッドの表面に当接される。このとき、キャピラリによりＦＡＢがパッドに向けて所定の荷重で押圧されるとともに、キャピラリに設けられた超音波振動子に所定の駆動電流が供給され、ＦＡＢに超音波振動が付与される。その結果、ＦＡＢがパッドの表面に擦られながら押しつけられ、パッドの表面に対するワイヤの接合が達成される。その後、キャピラリがリードに向けて移動される。そして、ワイヤがリードの表面に押し付けられて、ワイヤに超音波振動が付与されつつ、ワイヤが引きちぎられる。これにより、パッドの表面とリードの表面との間に、ワイヤが架設される。（２）第１４の課題
最近、市場で半導体装置の価格競争が激化しており、半導体装置のコストのさらなる低減が要求されている。コスト低減策の１つとして、高価なＡｕからなるワイヤ（金ワイヤ）から安価なＣｕ（銅）からなるワイヤ（銅ワイヤ）への代替が検討されている。
【0574】
しかしながら、銅ワイヤの先端に形成されるＦＡＢは、金ワイヤの先端に形成されるＦＡＢよりも硬いので、銅ワイヤを金ワイヤの場合と同じ条件（荷重および超音波振動子の駆動電流の大きさなど）でパッドに接合したのでは、銅ワイヤとパッドとの良好な接合を得ることができない。現在のところ、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成可能な条件は明らかではなく、金ワイヤから銅ワイヤへの積極的な代替には至っていない。
【0575】
すなわち、この第１４実施形態に係る発明は、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成することができる、ワイヤボンディング方法を提供することを第１４の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図１６９は、本発明の第１４実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図１７０は、図１６９に示す半導体装置の模式的な底面図である。
【0576】
半導体装置１Ｎは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置であり、半導体チップ２Ｎをダイパッド３Ｎ、リード４Ｎおよび銅ワイヤ５Ｎとともに樹脂パッケージ６Ｎで封止した構造を有している。半導体装置１Ｎ（樹脂パッケージ６Ｎ）の外形は、扁平な直方体形状である。本実施形態では、半導体装置１Ｎの外形は、平面形状が４ｍｍ角の正方形状で厚さが０．８５ｍｍの６面体であり、以下で挙げる半導体装置１Ｎの各部の寸法は、半導体装置１Ｎがその外形寸法を有する場合の一例である。
【0577】
半導体チップ２Ｎは、平面視で２．３ｍｍの正方形状をなしている。半導体チップ２Ｎの厚さは、０．２３ｍｍである。半導体チップ２Ｎの表面の周縁部には、複数のパッド７Ｎが配置されている。各パッド７Ｎは、半導体チップ２Ｎに作り込まれた回路と電気的に接続されている。半導体チップ２Ｎの裏面には、Ａｕ、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｇ（銀）などの金属層からなる裏メタル８Ｎが形成されている。
【0578】
ダイパッド３Ｎおよびリード４Ｎは、金属薄板（たとえば、銅薄板）を打ち抜くことにより形成される。その金属薄板（ダイパッド３Ｎおよびリード４Ｎ）の厚さは、０．２ｍｍである。ダイパッド３Ｎおよびリード４Ｎの表面には、Ａｇからなるめっき層９Ｎが形成されている。ダイパッド３Ｎは、平面視で２．７ｍｍの正方形状をなし、各側面が半導体装置１Ｎの側面と平行をなすように半導体装置１Ｎの中央部に配置されている。
【0579】
ダイパッド３Ｎの裏面の周縁部には、裏面側からの潰し加工により、その全周にわたって、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｎが入り込んでいる。これにより、ダイパッド３Ｎの周縁部がその上下から樹脂パッケージ６Ｎで挟まれ、ダイパッド３Ｎの樹脂パッケージ６Ｎからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0580】
また、ダイパッド３Ｎの裏面は、その周縁部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｎの裏面から露出している。リード４Ｎは、ダイパッド３Ｎの各側面と対向する位置に、同数（たとえば、９本）ずつ設けられている。ダイパッド３Ｎの側面に対向する各位置において、リード４Ｎは、その対向する側面と直交する方向に延び、当該側面と平行な方向に等間隔を空けて配置されている。リード４Ｎの長手方向の長さは、０．４５ｍｍである。また、ダイパッド３Ｎとリード４Ｎとの間の間隔は、０．２ｍｍである。
【0581】
リード４Ｎの裏面のダイパッド３Ｎ側の端部には、裏面側からの潰し加工により、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｎが入り込んでいる。これにより、リード４Ｎのダイパッド３Ｎ側の端部がその上下から樹脂パッケージ６Ｎで挟まれ、リード４Ｎの樹脂パッケージ６Ｎからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0582】
リード４Ｎの裏面は、ダイパッド３Ｎ側の端部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｎの裏面から露出している。また、リード４Ｎのダイパッド３Ｎ側と反対側の側面は、樹脂パッケージ６Ｎの側面から露出している。ダイパッド３Ｎおよびリード４Ｎの裏面における樹脂パッケージ６Ｎから露出する部分には、半田からなるめっき層１０Ｎが形成されている。
【0583】
そして、半導体チップ２Ｎは、パッド７Ｎが配置されている表面を上方に向けた状態で、その裏面が接合材１１Ｎを介して、ダイパッド３Ｎの表面（めっき層１０Ｎ）に接合されている。接合材１１Ｎには、たとえば、半田ペーストが用いられる。接合材１１Ｎの厚さは、０．０２ｍｍである。なお、半導体チップ２Ｎとダイパッド３Ｎとの電気的な接続が不要な場合には、裏メタル８Ｎが省略されて、半導体チップ２Ｎの裏面がダイパッド３Ｎの表面に銀ペーストなどの絶縁性ペーストからなる接合材を介して接合されてもよい。この場合、半導体チップ２Ｎの平面サイズは、２．３ｍｍ角となる。また、ダイパッド３Ｎの表面上のめっき層９Ｎが省略されてもよい。
【0584】
銅ワイヤ５Ｎは、たとえば、純度が９９．９９％以上の銅からなる。銅ワイヤ５Ｎの一端は、半導体チップ２Ｎのパッド７Ｎに接合されている。銅ワイヤ５Ｎの他端は、リード４Ｎの表面に接合されている。そして、銅ワイヤ５Ｎは、半導体チップ２Ｎとリード４Ｎとの間に、アーチ状のループを描いて架設されている。この銅ワイヤ５Ｎのループの頂部と半導体チップ２Ｎの表面との高低差は、０．１６ｍｍである。
【0585】
そして、この半導体装置１Ｎでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｎの表面および側面全体、ダイパッド３Ｎの表面および側面全体、リード４Ｎの表面全体、ならびに銅ワイヤ５Ｎ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｎで被覆されている。図１７１は、図１６９に示す破線で囲まれる部分の拡大図である。
パッド７Ｎは、Ａｌを含む金属からなり、半導体チップ２Ｎの最上層の層間絶縁膜１２Ｎ上に形成されている。層間絶縁膜１２Ｎ上には、表面保護膜１３Ｎが形成されている。パッド７Ｎは、その周縁部が表面保護膜１３Ｎに覆われ、中央部が表面保護膜１３Ｎに形成されたパッド開口１４Ｎを介して露出している。
【0586】
銅ワイヤ５Ｎは、表面保護膜１３Ｎから露出するパッド７Ｎの中央部に接合されている。銅ワイヤ５Ｎは、後述するように、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢがパッド７Ｎに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、銅ワイヤ５Ｎにおけるパッド７Ｎとの接合部分には、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｎが形成される。また、ファーストボール部１５Ｎの周囲に、ファーストボール部１５Ｎの下方からパッド７Ｎの材料が徐々に迫り出すことにより、迫り出し部１６Ｎがパッド７Ｎの表面から大きく浮き上がらずに形成される。
【0587】
たとえば、銅ワイヤ５Ｎの線径が２５μｍである場合、ファーストボール部１５Ｎの狙い直径（ファーストボール部１５Ｎの設計上の直径）は、７６μｍであり、ファーストボール部１５Ｎの狙い厚さ（ファーストボール部１５Ｎの設計上の厚さ）は、１７μｍである。図１７２Ａ〜図１７２Ｄは、本発明の第１４実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に説明するための模式的な断面図である。
【0588】
銅ワイヤ５Ｎは、ダイパッド３Ｎおよびリード４Ｎがそれらを取り囲むフレーム（図示せず）に接続された状態、つまりダイパッド３Ｎおよびリード４Ｎがリードフレームをなす状態で、ワイヤボンダにより、半導体チップ２Ｎとリード４Ｎとの間に架設される。ワイヤボンダには、キャピラリＣが備えられている。キャピラリＣは、図１７２Ａに示すように、ワイヤ挿通孔４１Ｎが中心軸線上に形成された略円筒形状をなしている。銅ワイヤ５Ｎは、ワイヤ挿通孔４１Ｎに挿通されて、ワイヤ挿通孔４１Ｎの先端（下端）から送り出される。
【0589】
キャピラリＣの先端部には、ワイヤ挿通孔４１Ｎの下方に、ワイヤ挿通孔４１Ｎと連通する円錐台形状のチャンファ４２Ｎが形成されている。また、キャピラリＣの先端部は、チャンファ４２Ｎの下端縁に連続し、銅ワイヤ５Ｎとパッド７Ｎおよびリード４Ｎとの接合時（ワイヤボンディング時）にそれらと対向する面であるフェイス４３Ｎを有している。フェイス４３Ｎは、キャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対して外側が上がるように緩やかに傾斜している。
【0590】
まず、図１７２Ａに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｎの直上に移動される。次に、チャンファ４２Ｎに銅ワイヤ５Ｎの先端が位置する状態で、銅ワイヤ５Ｎの先端部に電流が印加されることにより、その先端部にＦＡＢ４４が形成される。電流の値および印加時間は、銅ワイヤ５Ｎの線径およびＦＡＢ４４の狙い直径（ＦＡＢ４４の設計上の直径）に応じて適宜設定される。ＦＡＢ４４の一部は、チャンファ４２Ｎからその下方にはみ出ている。
【0591】
その後、図１７２Ｂに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｎに向かって下降され、キャピラリＣにより、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに押し付けられる。このとき、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に荷重が加えられるとともに、キャピラリＣに設けられた超音波振動子（図示せず）から発振された超音波振動がＦＡＢ４４に付与される。図１７３は、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【0592】
たとえば、図１７３に示すように、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接した時刻Ｔ１から所定時間が経過する時刻Ｔ２までの間は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。所定時間は、たとえば、３ｍｓｅｃに設定される。また、初期荷重Ｐ１は、パッド７Ｎに対するファーストボール部１５Ｎの狙い接合面積（パッド７Ｎに対するファーストボール部１５Ｎの設計上の接合面積）に一定の係数（初期荷重Ｐ１の単位がｇであり、接合面積の単位がｍｍ２である場合、たとえば、２８７８６）を乗じた値に基づいて設定される。時刻Ｔ２以後は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に加えられる荷重が下げられ、ＦＡＢ４４に相対的に小さい荷重Ｐ２が加えられる。この荷重Ｐ２は、キャピラリＣが上昇される時刻Ｔ４になるまで加え続けられる。
【0593】
一方、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接すると、超音波振動子への駆動電流の供給が開始され、そのときの時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間に、その駆動電流の値が値Ｕまで一定の変化率で（単調に）上げられる。時刻Ｔ３以降に超音波振動子に印加される駆動電流の値Ｕは、その値Ｕをファーストボール部１５Ｎの狙い接合面積で除した値が０．０１９７ｍＡ／μｍ２以下となるように設定される。その後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕの駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。
【0594】
その結果、ＦＡＢ４４がキャピラリＣのチャンファ４２Ｎおよびフェイス４３Ｎの形状に沿って変形し、図１７１に示すように、パッド７Ｎ上に、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｎが形成されるとともに、その周囲に迫り出し部１６Ｎが形成される。これにより、パッド７Ｎに対する銅ワイヤ５Ｎの接合（ファーストボンディング）が達成される。時刻Ｔ１から予め定める接合時間が経過し、時刻Ｔ４になると、キャピラリＣがパッド７Ｎの上方に離間される。その後、キャピラリＣは、リード４Ｎの表面に向けて斜め下方に移動される。そして、図１７２Ｃに示すように、超音波振動子に駆動電流が印加され、キャピラリＣに超音波振動が付与されつつ、キャピラリＣにより、銅ワイヤ５Ｎがリード４Ｎの表面に押し付けられ、さらに引きちぎられる。これにより、リード４Ｎの表面上に、銅ワイヤ５Ｎの他端部からなる側面視楔状のステッチ部が形成され、銅ワイヤのリード４Ｎに対する接合（セカンドボンディング）が達成される。
【0595】
その後は、他のパッド７Ｎおよびこれに対応するリード４Ｎを対象として、図１７２Ａ〜図１７２Ｃに示す工程が行われる。そして、図１７２Ａ〜図１７２Ｃに示す工程が繰り返されることにより、図１７２Ｄに示すように、半導体チップ２Ｎのすべてのパッド７Ｎとリード４Ｎとの間に銅ワイヤ５Ｎが架設される。全てのワイヤボンディング終了後、図４Ｄと同様の方法により、水分不透過絶縁膜２５Ｎが形成される。＜所定時間の設定＞
初期荷重Ｐ１がＦＡＢに加えられる所定時間を適切に設定するために、次の試験１〜３を行った。
（１）試験１
線径２５μｍの銅ワイヤ５Ｎの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｎに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｎに押し付け、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え、パッド７Ｎ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｎを形成した。ファーストボール部１５Ｎの狙い直径は、５８μｍであり、その狙い厚さは、１０μｍである。そして、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさが５０ｇ、８０ｇおよび１１０ｇの各場合について、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接してからの経過時間に伴う、ファーストボール部１５Ｎの直径および厚さの変化を調べた。直径（ボール径）の時間変化を図１７４に示し、厚さ（ボール厚）の時間変化を図１７５に示す。
（２）試験２
線径２５μｍの銅ワイヤ５Ｎの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｎに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｎに押し付け、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え、パッド７Ｎ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｎを形成した。ファーストボール部１５Ｎの狙い直径は、７６μｍであり、その狙い厚さは、１８μｍである。そして、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさが７０ｇ、９０ｇ、１１０ｇ、１３０ｇ、１５０ｇおよび２００ｇの各場合について、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接してからの経過時間に伴う、ファーストボール部１５Ｎの直径および厚さの変化を調べた。直径（ボール径）の時間変化を図１７６に示し、厚さ（ボール厚）の時間変化を図１７７に示す。
（３）試験３
線径３８μｍの銅ワイヤ５Ｎの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｎに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｎに押し付け、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え、パッド７Ｎ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｎを形成した。ファーストボール部１５Ｎの狙い直径は、１０４μｍであり、その狙い厚さは、２５μｍである。そして、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさが２００ｇ、２３０ｇ、２５０ｇ、３００ｇ、４００ｇおよび５００ｇの各場合について、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接してからの経過時間に伴う、ファーストボール部１５Ｎの直径および厚さの変化を調べた。直径（ボール径）の時間変化を図１７８に示し、厚さ（ボール厚）の時間変化を図１７９に示す。
【0596】
図１７４〜図１７９を参照して理解されるように、銅ワイヤ５Ｎの線径、荷重の大きさならびにファーストボール部１５Ｎの狙い直径および狙い厚さにかかわらず、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接してから２ｍｓｅｃ未満では完了しない。一方、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接してから４ｍｓｅｃを超えると、ＦＡＢ４４の直径および厚さがほぼ変化せず、ＦＡＢ４４の変形が確実に完了していると考えられる。より詳細には、銅ワイヤ５Ｎの線径、荷重の大きさならびにファーストボール部１５Ｎの狙い直径および狙い厚さにかかわらず、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接してからほぼ３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢ４４の直径および厚さの変化が終了し、ＦＡＢ４４の変形が完了していると考えられる。
【0597】
よって、初期荷重Ｐ１がＦＡＢに加えられる所定時間は、２〜４ｍｓｅｃの範囲内が適切であると考えられ、３ｍｓｅｃがより適切であると考えられる。以上のように、銅ワイヤ５Ｎの先端に形成されたＦＡＢ４４がパッドに当接した後、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に荷重が加えられる。また、それと並行して、キャピラリＣに設けられた超音波振動子に駆動電流が印加される。そのため、荷重によりＦＡＢ４４が変形しつつ、超音波振動子から伝搬する超音波振動によりＦＡＢ４４がパッド７Ｎに擦りつけられる。
【0598】
そして、ＦＡＢ４４のパッド７Ｎへの当接から所定時間が経過した後に超音波振動子に印加される駆動電流の値は、その値をファーストボール部１５Ｎの狙い接合面積で除した値が０．０１９７ｍＡ／μｍ２以下となるように設定されている。これにより、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接してからの所定時間後に過剰なエネルギー量の超音波振動がＦＡＢ４４に付与されることを防止できる。
【0599】
よって、パッド７Ｎおよびパッド７Ｎの下層の層間絶縁膜１２Ｎに超音波振動の過剰なエネルギーによるクラックなどのダメージが発生することを防止できながら、パッド７Ｎに対する銅ワイヤ５Ｎ（ＦＡＢ４４）の良好な接合を得ることができる。荷重によるＦＡＢ４４の変形は、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接してから３ｍｓｅｃ以内に終了する。すなわち、ＦＡＢ４４がパッド７Ｎに当接してから３ｍｓｅｃ以内に、接合完了後のＦＡＢ４４（ファーストボール部）の形状が完成する。ＦＡＢ４４の変形が終了すると、ＦＡＢ４４に付与される超音波振動がほぼ減衰せずにＦＡＢ４４とパッド７Ｎとの接合部分に伝搬される。そのため、ＦＡＢ４４の変形の終了後に過剰なエネルギー量の超音波振動がＦＡＢ４４に付与されると、ファーストボール部１５Ｎの周縁部の下方において、パッド７Ｎまたは層間絶縁膜１２Ｎにクラックなどのダメージを生じるおそれがある。
【0600】
そこで、所定時間は、ＦＡＢ４４のパッド７Ｎへの当接からＦＡＢ４４の変形がほぼ終了するまでの時間、つまり３ｍｓｅｃに設定されている。これにより、ファーストボール部１５Ｎの周縁部の下方におけるパッド７Ｎおよび層間絶縁膜１２Ｎのダメージの発生を防止することができる。また、ファーストボール部１５Ｎの形状が完成した後に、ファーストボール部１５Ｎに大きい初期荷重Ｐ１が加えられ続けると、そのファーストボール部１５Ｎとパッド７Ｎとの当接部分に超音波振動が良好に伝搬しない。
【0601】
そこで、ＦＡＢ４４のパッド７Ｎへの当接から所定時間が経過すると、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に加えられる荷重が初期荷重Ｐ１からそれよりも小さい荷重Ｐ２に下げられる。ＦＡＢ４４のパッド７Ｎへの当接後、ＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられることにより、Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢ４４を良好に変形させることができる。そして、ＦＡＢ４４のパッド７Ｎへの当接から所定時間が経過すると、ＦＡＢ４４に加えられる荷重が荷重Ｐ２に下げられるので、超音波振動をＦＡＢ４４（ファーストボール部１５Ｎ）とパッド７Ｎとの当接部分に良好に伝搬させることができる。
【0602】
初期荷重Ｐ１の大きさは、パッド７Ｎに対するファーストボール部１５Ｎの狙い接合面積に一定の係数を乗じた値に基づいて設定されることが好ましい。これにより、ファーストボール部１５Ｎの狙い接合面積に応じて、初期荷重Ｐ１の大きさを適切に設定することができる。その結果、ファーストボール部１５Ｎの中央部の下方でのパッド７Ｎおよび層間絶縁膜１２Ｎのダメージの発生を良好に防止しつつ、ＦＡＢ４４の良好な変形を達成することができる。
【0603】
ＦＡＢ４４のパッド７Ｎへの当接後は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が一定の変化率で漸増される。その一方で、ＦＡＢ４４に荷重が加えられることにより、ＦＡＢ４４が押し潰されるように変形し、ＦＡＢ４４とパッド７Ｎとの当接部分の面積が漸増する。これにより、超音波振動子からＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーが漸増し、また、パッド７Ｎに擦りつけられるＦＡＢ４４の面積が漸増する。その結果、ファーストボール部１５Ｎの中央部の下方において、ＦＡＢ４４に伝搬する超音波振動のエネルギーの急増によるダメージがパッド７Ｎおよび層間絶縁膜１２Ｎに生じることを抑制しつつ、ファーストボール部１５Ｎのパッド７Ｎとの接合面の周縁部までパッド７Ｎに良好に接合された状態を得ることができる。
【0604】
以上、本発明の第１４実施形態について説明したが、この第１４実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、半導体装置１Ｎでは、ＱＦＮが適用されているが、本発明は、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）など、他の種類のノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に適用することもできる。
【0605】
また、リードの端面と樹脂パッケージの側面とが面一に形成された、いわゆるシンギュレーションタイプに限らず、リードが樹脂パッケージの側面から突出するリードカットタイプのノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。さらに、ノンリードパッケージに限らず、ＱＦＰ（Quad Flat Package）など、樹脂パッケージからリードが突出することによるアウターリードを有するパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。
【0606】
また、前述の実施形態では、銅ワイヤ５Ｎが水分不透過絶縁膜２５Ｎで被覆されている態様を例示したが、前述の第１４の課題を解決するための第１４の目的を少なくとも達成するのであれば、図１８０に示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｎが設けられていなくてもよい。次に、この第１４実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
１．評価試験１
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１７２Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0607】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径４５μｍのＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、６０μｍであり、ファーストボール部の狙い厚さは、１３μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、２８２６μｍ２である。
【0608】
図１８１に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに８０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。また、ＦＡＢがパッドに当接すると、キャピラリに設けられた超音波振動子への駆動電流の供給を開始し、その後、駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に所定値まで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に所定値の駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（８．４ｍｓｅｃにわたって）保持した。実施例１〜３および比較例１〜４は、超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値である所定値が異なる。
＜実施例１＞
実施例１では、所定値が４０ｍＡに設定されている。
＜実施例２＞
実施例２では、所定値が５０ｍＡに設定されている。
＜実施例３＞
実施例３では、所定値が６０ｍＡに設定されている。
＜比較例１＞
比較例１では、所定値が７０ｍＡに設定されている。
＜比較例２＞
比較例２では、所定値が８０ｍＡに設定されている。
＜比較例３＞
比較例３では、所定値が９０ｍＡに設定されている。
＜比較例４＞
比較例４では、所定値が１００ｍＡに設定されている。
＜クラック評価＞
実施例１〜３および比較例１〜４のそれぞれについて、８４個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べ、クラックの発生率（下層の層間絶縁膜にクラックを生じているパッドの数／８４×１００）を算出した。この算出結果を図１８２に示す。
【0609】
図１８２に示すように、所定値が６０ｍＡ以下であり、その所定値をファーストボール部の狙い接合面積で除した値が０．０２１２ｍＡ／μｍ２以下である実施例１〜３では、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。これに対し、所定値が７０ｍＡ以上であり、その所定値をファーストボール部の狙い接合面積で除した値が０．０２４８ｍＡ／μｍ２以上である比較例１〜４では、層間絶縁膜のクラックが発生することが確認された。
２．評価試験２
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１７２Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0610】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径３０μｍ（または線径２５μｍ）の銅ワイヤの先端に直径５９μｍのＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７６μｍであり、ファーストボール部の狙い厚さは、１７μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、４５３４．１６μｍ２である。
【0611】
図１８３に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。また、ＦＡＢがパッドに当接すると、キャピラリに設けられた超音波振動子への駆動電流の供給を開始し、その後、駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に所定値まで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に所定値の駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（８．４ｍｓｅｃにわたって）保持した。実施例４，５および比較例５〜９は、超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値である所定値が異なる。
＜実施例４＞
実施例４では、所定値が９０ｍＡに設定されている。
＜実施例５＞
実施例５では、所定値が１００ｍＡに設定されている。
＜比較例５＞
比較例５では、所定値が１１０ｍＡに設定されている。
＜比較例６＞
比較例６では、所定値が１２０ｍＡに設定されている。
＜比較例７＞
比較例７では、所定値が１３０ｍＡに設定されている。
＜比較例８＞
比較例８では、所定値が１４０ｍＡに設定されている。
＜比較例９＞
比較例９では、所定値が１５０ｍＡに設定されている。
＜クラック評価＞
実施例４，５および比較例５〜９のそれぞれについて、８４個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べ、クラックの発生率（下層の層間絶縁膜にクラックを生じているパッドの数／８４×１００）を算出した。この算出結果を図１８４に示す。
【0612】
図１８４に示すように、所定値が１００ｍＡ以下であり、その所定値をファーストボール部の狙い接合面積で除した値が０．０２２１ｍＡ／μｍ２以下である実施例４，５では、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。これに対し、所定値が１１０ｍＡ以上であり、その所定値をファーストボール部の狙い接合面積で除した値が０．０２４３ｍＡ／μｍ２以上である比較例５〜９では、層間絶縁膜のクラックが発生することが確認された。
３．評価試験３
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１７２Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0613】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径３８μｍの銅ワイヤの先端に直径４５μｍのＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、１０４μｍであり、ファーストボール部の狙い厚さは、２４μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、８４９０．５６μｍ２である。
【0614】
図１８５に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに２４０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を９ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。また、ＦＡＢがパッドに当接すると、キャピラリに設けられた超音波振動子への駆動電流の供給を開始し、その後、駆動電流の値を３．６ｍｓｅｃの間に所定値まで一定の変化率で上昇させて、超音波振動子に所定値の駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（８．４ｍｓｅｃにわたって）保持した。実施例６〜８および比較例１０〜１３は、超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値である所定値が異なる。
＜実施例６＞
実施例６では、所定値が９０ｍＡに設定されている。
＜実施例７＞
実施例７では、所定値が１５０ｍＡに設定されている。
＜実施例８＞
実施例８では、所定値が１６０ｍＡに設定されている。
＜比較例１０＞
比較例１０では、所定値が１７０ｍＡに設定されている。
＜比較例１１＞
比較例１１では、所定値が１８０ｍＡに設定されている。
＜比較例１２＞
比較例１２では、所定値が１９０ｍＡに設定されている。
＜比較例１３＞
比較例１３では、所定値が２００ｍＡに設定されている。
＜クラック評価＞
実施例６〜８および比較例１０〜１３のそれぞれについて、８４個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べ、クラックの発生率（下層の層間絶縁膜にクラックを生じているパッドの数／８４×１００）を算出した。この算出結果を図１８６に示す。
【0615】
図１８６に示すように、所定値が１６０ｍＡ以下であり、その所定値をファーストボール部の狙い接合面積で除した値が０．０１８８ｍＡ／μｍ２以下である実施例１〜３では、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。これに対し、所定値が１７０ｍＡ以上であり、その所定値をファーストボール部の狙い接合面積で除した値が０．０２００ｍＡ／μｍ２以上である比較例１〜４では、層間絶縁膜のクラックが発生することが確認された。
＜接合面積−超音波振動子の駆動電流＞
実施例３，５，８で超音波振動子に印加される駆動電流の値を、Ｘ軸をファーストボール部の狙い接合面積とし、Ｙ軸を超音波振動子の駆動電流とするグラフエリアにプロットすると、図１８７に示すようになり、狙い接合面積と超音波振動子の駆動電流の値との間には、ｙ＝０．０１９７ｘで表される比例関係があることが確認された。
＜第１５実施形態 図１８８〜図２０３＞
この第１５実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第１５の背景技術に対する第１５の課題を解決することもできる。
（１）第１５の背景技術 典型的な半導体装置では、半導体チップがダイパッド上に配置され、半導体チップとダイパッドの周囲に配置されたリードとがＡｕ（金）からなるワイヤにより接続されている。具体的には、半導体チップの表面に、Ａｌ（アルミニウム）からなるパッドが配置されている。そして、そのパッドの表面とリードの表面との間に、Ａｕからなるワイヤがアーチ状のループを描いて架設されている。
【0616】
ワイヤの架設時（ワイヤボンディング時）には、ワイヤボンダのキャピラリに保持されたワイヤの先端にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成され、そのＦＡＢがパッドの表面に当接される。このとき、キャピラリによりＦＡＢがパッドに向けて所定の荷重で押圧されるとともに、キャピラリに設けられた超音波振動子に所定の駆動電流が供給され、ＦＡＢに超音波振動が付与される。その結果、ＦＡＢがパッドの表面に擦られながら押しつけられ、パッドの表面に対するワイヤの接合が達成される。その後、キャピラリがリードに向けて移動される。そして、ワイヤがリードの表面に押し付けられて、ワイヤに超音波振動が付与されつつ、ワイヤが引きちぎられる。これにより、パッドの表面とリードの表面との間に、ワイヤが架設される。（２）第１５の課題
最近、市場で半導体装置の価格競争が激化しており、半導体装置のコストのさらなる低減が要求されている。コスト低減策の１つとして、高価なＡｕからなるワイヤ（金ワイヤ）から安価なＣｕ（銅）からなるワイヤ（銅ワイヤ）への代替が検討されている。
【0617】
しかしながら、銅ワイヤの先端に形成されるＦＡＢは、金ワイヤの先端に形成されるＦＡＢよりも硬いので、銅ワイヤを金ワイヤの場合と同じ条件（荷重および超音波振動子の駆動電流の大きさなど）でパッドに接合したのでは、銅ワイヤとパッドとの良好な接合を得ることができない。現在のところ、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成可能な条件は明らかではなく、金ワイヤから銅ワイヤへの積極的な代替には至っていない。
【0618】
すなわち、この第１５実施形態に係る発明は、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成することができる、ワイヤボンディング方法を提供することを第１５の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図１８８は、本発明の第１５実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図１８９は、図１８８に示す半導体装置の模式的な底面図である。
【0619】
半導体装置１Ｐは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置であり、半導体チップ２Ｐをダイパッド３Ｐ、リード４Ｐおよび銅ワイヤ５Ｐとともに樹脂パッケージ６Ｐで封止した構造を有している。半導体装置１Ｐ（樹脂パッケージ６Ｐ）の外形は、扁平な直方体形状である。本実施形態では、半導体装置１Ｐの外形は、平面形状が４ｍｍ角の正方形状で厚さが０．８５ｍｍの６面体であり、以下で挙げる半導体装置１Ｐの各部の寸法は、半導体装置１Ｐがその外形寸法を有する場合の一例である。
【0620】
半導体チップ２Ｐは、平面視で２．３ｍｍの正方形状をなしている。半導体チップ２Ｐの厚さは、０．２３ｍｍである。半導体チップ２Ｐの表面の周縁部には、複数のパッド７Ｐが配置されている。各パッド７Ｐは、半導体チップ２Ｐに作り込まれた回路と電気的に接続されている。半導体チップ２Ｐの裏面には、Ａｕ、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｇ（銀）などの金属層からなる裏メタル８Ｐが形成されている。
【0621】
ダイパッド３Ｐおよびリード４Ｐは、金属薄板（たとえば、銅薄板）を打ち抜くことにより形成される。その金属薄板（ダイパッド３Ｐおよびリード４Ｐ）の厚さは、０．２ｍｍである。ダイパッド３Ｐおよびリード４Ｐの表面には、Ａｇからなるめっき層９Ｐが形成されている。ダイパッド３Ｐは、平面視で２．７ｍｍの正方形状をなし、各側面が半導体装置１Ｐの側面と平行をなすように半導体装置１Ｐの中央部に配置されている。
【0622】
ダイパッド３Ｐの裏面の周縁部には、裏面側からの潰し加工により、その全周にわたって、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｐが入り込んでいる。これにより、ダイパッド３Ｐの周縁部がその上下から樹脂パッケージ６Ｐで挟まれ、ダイパッド３Ｐの樹脂パッケージ６Ｐからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0623】
また、ダイパッド３Ｐの裏面は、その周縁部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｐの裏面から露出している。リード４Ｐは、ダイパッド３Ｐの各側面と対向する位置に、同数（たとえば、９本）ずつ設けられている。ダイパッド３Ｐの側面に対向する各位置において、リード４Ｐは、その対向する側面と直交する方向に延び、当該側面と平行な方向に等間隔を空けて配置されている。リード４Ｐの長手方向の長さは、０．４５ｍｍである。また、ダイパッド３Ｐとリード４Ｐとの間の間隔は、０．２ｍｍである。
【0624】
リード４Ｐの裏面のダイパッド３Ｐ側の端部には、裏面側からの潰し加工により、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｐが入り込んでいる。これにより、リード４Ｐのダイパッド３Ｐ側の端部がその上下から樹脂パッケージ６Ｐで挟まれ、リード４Ｐの樹脂パッケージ６Ｐからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0625】
リード４Ｐの裏面は、ダイパッド３Ｐ側の端部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｐの裏面から露出している。また、リード４Ｐのダイパッド３Ｐ側と反対側の側面は、樹脂パッケージ６Ｐの側面から露出している。ダイパッド３Ｐおよびリード４Ｐの裏面における樹脂パッケージ６Ｐから露出する部分には、半田からなるめっき層１０Ｐが形成されている。
【0626】
そして、半導体チップ２Ｐは、パッド７Ｐが配置されている表面を上方に向けた状態で、その裏面が接合材１１Ｐを介して、ダイパッド３Ｐの表面（めっき層１０Ｐ）に接合されている。接合材１１Ｐには、たとえば、半田ペーストが用いられる。接合材１１Ｐの厚さは、０．０２ｍｍである。なお、半導体チップ２Ｐとダイパッド３Ｐとの電気的な接続が不要な場合には、裏メタル８Ｐが省略されて、半導体チップ２Ｐの裏面がダイパッド３Ｐの表面に銀ペーストなどの絶縁性ペーストからなる接合材を介して接合されてもよい。この場合、半導体チップ２Ｐの平面サイズは、２．３ｍｍ角となる。また、ダイパッド３Ｐの表面上のめっき層９Ｐが省略されてもよい。
【0627】
銅ワイヤ５Ｐは、たとえば、純度が９９．９９％以上の銅からなる。銅ワイヤ５Ｐの一端は、半導体チップ２Ｐのパッド７Ｐに接合されている。銅ワイヤ５Ｐの他端は、リード４Ｐの表面に接合されている。そして、銅ワイヤ５Ｐは、半導体チップ２Ｐとリード４Ｐとの間に、アーチ状のループを描いて架設されている。この銅ワイヤ５Ｐのループの頂部と半導体チップ２Ｐの表面との高低差は、０．１６ｍｍである。
【0628】
そして、この半導体装置１Ｐでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｐの表面および側面全体、ダイパッド３Ｐの表面および側面全体、リード４Ｐの表面全体、ならびに銅ワイヤ５Ｐ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｐで被覆されている。図１９０は、図１８８に示す破線で囲まれる部分の拡大図である。
パッド７Ｐは、Ａｌを含む金属からなり、半導体チップ２Ｐの最上層の層間絶縁膜１２Ｐ上に形成されている。層間絶縁膜１２Ｐ上には、表面保護膜１３Ｐが形成されている。パッド７Ｐは、その周縁部が表面保護膜１３Ｐに覆われ、中央部が表面保護膜１３Ｐに形成されたパッド開口１４Ｐを介して露出している。
【0629】
銅ワイヤ５Ｐは、表面保護膜１３Ｐから露出するパッド７Ｐの中央部に接合されている。銅ワイヤ５Ｐは、後述するように、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢがパッド７Ｐに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、銅ワイヤ５Ｐにおけるパッド７Ｐとの接合部分には、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｐが形成される。また、ファーストボール部１５Ｐの周囲に、ファーストボール部１５Ｐの下方からパッド７Ｐの材料が徐々に迫り出すことにより、迫り出し部１６Ｐがパッド７Ｐの表面から大きく浮き上がらずに形成される。
【0630】
たとえば、銅ワイヤ５Ｐの線径が２５μｍである場合、ファーストボール部１５Ｐの狙い直径（ファーストボール部１５Ｐの設計上の直径）は、７６μｍであり、ファーストボール部１５Ｐの狙い厚さ（ファーストボール部１５Ｐの設計上の厚さ）は、１７μｍである。図１９１Ａ〜図１９１Ｄは、本発明の第１５実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に説明するための模式的な断面図である。
【0631】
銅ワイヤ５Ｐは、ダイパッド３Ｐおよびリード４Ｐがそれらを取り囲むフレーム（図示せず）に接続された状態、つまりダイパッド３Ｐおよびリード４Ｐがリードフレームをなす状態で、ワイヤボンダにより、半導体チップ２Ｐとリード４Ｐとの間に架設される。ワイヤボンダには、キャピラリＣが備えられている。キャピラリＣは、図１９１Ａに示すように、ワイヤ挿通孔４１Ｐが中心軸線上に形成された略円筒形状をなしている。銅ワイヤ５Ｐは、ワイヤ挿通孔４１Ｐに挿通されて、ワイヤ挿通孔４１Ｐの先端（下端）から送り出される。
【0632】
キャピラリＣの先端部には、ワイヤ挿通孔４１Ｐの下方に、ワイヤ挿通孔４１Ｐと連通する円錐台形状のチャンファ４２Ｐが形成されている。また、キャピラリＣの先端部は、チャンファ４２Ｐの下端縁に連続し、銅ワイヤ５Ｐとパッド７Ｐおよびリード４Ｐとの接合時（ワイヤボンディング時）にそれらと対向する面であるフェイス４３Ｐを有している。フェイス４３Ｐは、キャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対して外側が上がるように緩やかに傾斜している。
【0633】
まず、図１９１Ａに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｐの直上に移動される。次に、チャンファ４２Ｐに銅ワイヤ５Ｐの先端が位置する状態で、銅ワイヤ５Ｐの先端部に電流が印加されることにより、その先端部にＦＡＢ４４が形成される。電流の値および印加時間は、銅ワイヤ５Ｐの線径およびＦＡＢ４４の狙い直径（ＦＡＢ４４の設計上の直径）に応じて適宜設定される。ＦＡＢ４４の一部は、チャンファ４２Ｐからその下方にはみ出ている。
【0634】
その後、図１９１Ｂに示すように、キャピラリＣがパッド７Ｐに向かって下降され、キャピラリＣにより、ＦＡＢ４４がパッド７Ｐに押し付けられる。このとき、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に荷重が加えられるとともに、キャピラリＣに設けられた超音波振動子（図示せず）から発振された超音波振動がＦＡＢ４４に付与される。図１９２は、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。
【0635】
たとえば、図１９２に示すように、ＦＡＢ４４がパッド７Ｐに当接した時刻Ｔ１から所定時間が経過する時刻Ｔ２までの間は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。所定時間は、たとえば、３ｍｓｅｃに設定される。また、初期荷重Ｐ１は、パッド７Ｐに対するファーストボール部１５Ｐの狙い接合面積（パッド７Ｐに対するファーストボール部１５Ｐの設計上の接合面積）に一定の係数（初期荷重Ｐ１の単位がｇであり、接合面積の単位がｍｍ２である場合、たとえば、２８７８６）を乗じた値に基づいて設定される。ＦＡＢ４４に初期荷重が加えられることにより、ＦＡＢ４４がキャピラリＣのチャンファ４２Ｐおよびフェイス４３Ｐの形状に沿って変形し、図１９０に示すように、パッド７Ｐ上に、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｐが形成される。
【0636】
時刻Ｔ２以後は、キャピラリＣからＦＡＢ４４に加えられる荷重が下げられ、ＦＡＢ４４に相対的に小さい荷重Ｐ２が加えられる。この荷重Ｐ２は、キャピラリＣが上昇される時刻Ｔ４になるまで加え続けられる。また、時刻Ｔ２以降の時刻Ｔ３になると、超音波振動子への駆動電流の供給が開始される。超音波振動子に供給される駆動電流の値は、零から値Ｕまで瞬時に上げられる。その後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕの駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。超音波振動子に駆動電流が供給されることにより、超音波振動子から超音波振動が発振し、その超音波振動がＦＡＢ４４に伝搬することにより、ＦＡＢ４４がパッド７Ｐに擦りつけられる。その結果、図１９０に示すように、その周囲に迫り出し部１６Ｐが形成される。これにより、パッド７Ｐに対する銅ワイヤ５Ｐの接合（ファーストボンディング）が達成される。
【0637】
時刻Ｔ１から予め定める接合時間が経過し、時刻Ｔ４になると、キャピラリＣがパッド７Ｐの上方に離間される。その後、キャピラリＣは、リード４Ｐの表面に向けて斜め下方に移動される。そして、図１９１Ｃに示すように、超音波振動子に駆動電流が印加され、キャピラリＣに超音波振動が付与されつつ、キャピラリＣにより、銅ワイヤ５Ｐがリード４Ｐの表面に押し付けられ、さらに引きちぎられる。これにより、リード４Ｐの表面上に、銅ワイヤ５Ｐの他端部からなる側面視楔状のステッチ部が形成され、銅ワイヤのリード４Ｐに対する接合（セカンドボンディング）が達成される。
【0638】
その後は、他のパッド７Ｐおよびこれに対応するリード４Ｐを対象として、図１９１Ａ〜図１９１Ｃに示す工程が行われる。そして、図１９１Ａ〜図１９１Ｃに示す工程が繰り返されることにより、図１９１Ｄに示すように、半導体チップ２Ｐのすべてのパッド７Ｐとリード４Ｐとの間に銅ワイヤ５Ｐが架設される。全てのワイヤボンディング終了後、図４Ｄと同様の方法により、水分不透過絶縁膜２５Ｐが形成される。＜所定時間の設定＞
初期荷重Ｐ１がＦＡＢに加えられる所定時間を適切に設定するために、次の試験１〜３を行った。
（１）試験１
線径２５μｍの銅ワイヤ５Ｐの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｐに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｐに押し付け、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え、パッド７Ｐ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｐを形成した。ファーストボール部１５Ｐの狙い直径は、５８μｍであり、その狙い厚さは、１０μｍである。そして、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさが５０ｇ、８０ｇおよび１１０ｇの各場合について、ＦＡＢ４４がパッド７Ｐに当接してからの経過時間に伴う、ファーストボール部１５Ｐの直径および厚さの変化を調べた。直径（ボール径）の時間変化を図１９３に示し、厚さ（ボール厚）の時間変化を図１９４に示す。
（２）試験２
線径２５μｍの銅ワイヤ５Ｐの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｐに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｐに押し付け、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え、パッド７Ｐ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｐを形成した。ファーストボール部１５Ｐの狙い直径は、７６μｍであり、その狙い厚さは、１８μｍである。そして、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさが７０ｇ、９０ｇ、１１０ｇ、１３０ｇ、１５０ｇおよび２００ｇの各場合について、ＦＡＢ４４がパッド７Ｐに当接してからの経過時間に伴う、ファーストボール部１５Ｐの直径および厚さの変化を調べた。直径（ボール径）の時間変化を図１９５に示し、厚さ（ボール厚）の時間変化を図１９６に示す。
（３）試験３
線径３８μｍの銅ワイヤ５Ｐの先端にＦＡＢ４４を形成し、キャピラリＣをパッド７Ｐに向けて下降させて、ＦＡＢ４４をパッド７Ｐに押し付け、ＦＡＢ４４に一定の荷重を加え、パッド７Ｐ上にＦＡＢ４４の変形によるファーストボール部１５Ｐを形成した。ファーストボール部１５Ｐの狙い直径は、１０４μｍであり、その狙い厚さは、２５μｍである。そして、ＦＡＢ４４に加えられる荷重の大きさが２００ｇ、２３０ｇ、２５０ｇ、３００ｇ、４００ｇおよび５００ｇの各場合について、ＦＡＢ４４がパッド７Ｐに当接してからの経過時間に伴う、ファーストボール部１５Ｐの直径および厚さの変化を調べた。直径（ボール径）の時間変化を図１９７に示し、厚さ（ボール厚）の時間変化を図１９８に示す。
【0639】
図１９３〜図１９８を参照して理解されるように、銅ワイヤ５Ｐの線径、荷重の大きさならびにファーストボール部１５Ｐの狙い直径および狙い厚さにかかわらず、ＦＡＢ４４がパッド７Ｐに当接してから２ｍｓｅｃ未満では完了しない。一方、ＦＡＢ４４がパッド７Ｐに当接してから４ｍｓｅｃを超えると、ＦＡＢ４４の直径および厚さがほぼ変化せず、ＦＡＢ４４の変形が確実に完了していると考えられる。より詳細には、銅ワイヤ５Ｐの線径、荷重の大きさならびにファーストボール部１５Ｐの狙い直径および狙い厚さにかかわらず、ＦＡＢ４４がパッド７Ｐに当接してからほぼ３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢ４４の直径および厚さの変化が終了し、ＦＡＢ４４の変形が完了していると考えられる。
【0640】
よって、初期荷重Ｐ１がＦＡＢに加えられる所定時間は、２〜４ｍｓｅｃの範囲内が適切であると考えられ、３ｍｓｅｃがより適切であると考えられる。以上のように、銅ワイヤ５Ｐの先端に形成されたＦＡＢ４４がパッド７Ｐに当接した後、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に荷重が加えられる。これにより、パッド７Ｐに当接したＦＡＢ４４が変形する。
【0641】
このＦＡＢ４４の変形中に過剰な超音波振動がＦＡＢ４４に付与されると、ＦＡＢ４４とパッド７Ｐとの当接部分（ファーストボール部１５Ｐの中央部）の下方において、ＦＡＢ４４に付与される超音波振動のエネルギーによるクラックなどのダメージがパッド７Ｐおよび／またはパッド７Ｐの下層の層間絶縁膜１２Ｐに生じるおそれがある。そこで、ＦＡＢ４４の変形の終了後に、キャピラリＣに設けられた超音波振動子に駆動電流が印加される。これにより、変形中のＦＡＢ４４に超音波振動が付与されないので、ファーストボール部１５Ｐの中央部の下方でのパッド７Ｐおよび層間絶縁膜１２Ｐのダメージの発生を防止することができる。そして、変形終了後のＦＡＢ４４に超音波振動が付与されることにより、ＦＡＢ４４をパッド７Ｐに擦りつけることができるので、ＦＡＢ４４とパッド７Ｐとの良好な接合を達成することができる。
【0642】
よって、ファーストボール部１５Ｐの中央部の下方でのパッド７Ｐおよび層間絶縁膜１２Ｐのクラックなどのダメージの発生を防止することができながら、パッド７Ｐに対する銅ワイヤ５Ｐ（ＦＡＢ４４）の良好な接合を得ることができる。Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢ４４を良好に変形させるためには、ＦＡＢ４４にある程度の大きさの荷重が加えられなければならない。しかし、ＦＡＢ４４の変形が終了した後に、ファーストボール部１５Ｐに大きい荷重が加えられ続けると、そのファーストボール部１５Ｐとパッド７Ｐとの当接部分に超音波振動が良好に伝搬しない。
【0643】
そこで、ＦＡＢ４４のパッド７Ｐへの当接後、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられ、ＦＡＢ４４のパッド７Ｐへの当接から所定時間の経過後、キャピラリＣによりＦＡＢ４４に相対的に小さい荷重Ｐ２が加えられる。ＦＡＢ４４のパッド７Ｐへの当接後、ＦＡＢ４４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられることにより、Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢ４４を良好に変形させることができる。そして、ＦＡＢ４４のパッド７Ｐへの当接から所定時間が経過すると、ＦＡＢ４４に加えられる荷重が加重Ｐ１に下げられるので、超音波振動をＦＡＢ４４（ファーストボール部１５Ｐ）とパッド７Ｐとの当接部分に良好に伝搬させることができる。
【0644】
初期荷重Ｐ１の大きさは、パッド７Ｐに対するファーストボール部１５Ｐの狙い接合面積に一定の係数を乗じた値に基づいて設定されることが好ましい。これにより、ファーストボール部１５Ｐの狙い接合面積に応じて、初期荷重Ｐ１の大きさを適切に設定することができる。その結果、ファーストボール部１５Ｐの中央部の下方でのパッド７Ｐおよび層間絶縁膜１２Ｐのダメージの発生を良好に防止しつつ、ＦＡＢ４４の良好な変形を達成することができる。
【0645】
以上、本発明の第１５実施形態について説明したが、この第１５実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、半導体装置１Ｐでは、ＱＦＮが適用されているが、本発明は、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）など、他の種類のノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に適用することもできる。
【0646】
また、リードの端面と樹脂パッケージの側面とが面一に形成された、いわゆるシンギュレーションタイプに限らず、リードが樹脂パッケージの側面から突出するリードカットタイプのノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。さらに、ノンリードパッケージに限らず、ＱＦＰ（Quad Flat Package）など、樹脂パッケージからリードが突出することによるアウターリードを有するパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。
【0647】
また、前述の実施形態では、銅ワイヤ５Ｐが水分不透過絶縁膜２５Ｐで被覆されている態様を例示したが、前述の第１５の課題を解決するための第１４の目的を少なくとも達成するのであれば、図１９９に示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｐが設けられていなくてもよい。次に、この第１５実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
１．評価試験１
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１９１Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0648】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径５９μｍのＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７６μｍであり、ファーストボール部の狙い厚さは、１７μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、４５３４．１６μｍ２である。
【0649】
図２００に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を１３ｍｓｅｃにわたって保持した。その後、キャピラリを上昇させた。また、ＦＡＢがパッドに当接した後、キャピラリに設けられた超音波振動子への駆動電流の供給を開始し、駆動電流の値を零から９０ｍＡまで瞬時に上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から３３．５ｍｓｅｃが経過するまで）保持した。実施例１，２および比較例１〜３は、超音波振動子への駆動電流の供給の開始のタイミングが異なる。
＜実施例１＞
実施例１では、ＦＡＢがパッドに当接してから３ｍｓｅｃ後に、超音波振動子への駆動電流を開始した。
＜実施例２＞
実施例２では、ＦＡＢがパッドに当接してから４ｍｓｅｃ後に、超音波振動子への駆動電流を開始した。
＜比較例１＞
比較例１では、ＦＡＢがパッドに当接してから０ｍｓｅｃ後、つまりＦＡＢのパッドへの当接と同時に、超音波振動子への駆動電流を開始した。
＜比較例２＞
比較例２では、ＦＡＢがパッドに当接してから１ｍｓｅｃ後に、超音波振動子への駆動電流を開始した。
＜比較例３＞
比較例３では、ＦＡＢがパッドに当接してから２ｍｓｅｃ後に、超音波振動子への駆動電流を開始した。
＜クラック評価＞
実施例１，２および比較例１〜３のそれぞれについて、４８個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べ、クラックの発生率（下層の層間絶縁膜にクラックを生じているパッドの数／４８×１００）を算出した。この算出結果を図２０１に示す。
【0650】
図２０１に示すように、ＦＡＢがパッドに当接してから超音波振動子への駆動電流の供給が開始されるまでの時間（遅延時間）が３ｍｓｅｃ以上である実施例１，２では、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。これに対し、遅延時間が２ｍｓｅｃ以下である比較例１〜３では、層間絶縁膜のクラックが発生することが確認された。
２．評価試験２
マイクロスイス社製のキャピラリを用いた。このキャピラリは、次のような寸法を有している。チャンファの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイスの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面（図１９１Ａに示す断面を参照。）において、チャンファの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイスがキャピラリの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角は、８°である。キャピラリを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリの側面のフェイスの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度は、２０°である。フェイスの上端部分は、円弧状をなし、その曲率半径であるＯＲ寸法は、２０μｍ（０．０２０ｍｍ）である。
【0651】
キャピラリをＡｌ−Ｃｕ系合金からなるパッドの表面から高さ７ｍｉｌ（約１７８μｍ）の位置に配置し、線径２５μｍの銅ワイヤの先端に直径５９μｍのＦＡＢを形成した。そして、キャピラリを速度０．４ｍｉｌ／ｍｓｅｃ（約１０．２μｍ／ｍｓｅｃ）でパッドに向けて下降させて、ＦＡＢをパッドに押し付け、パッド上にＦＡＢの変形によるファーストボール部を形成した。ファーストボール部の狙い直径は、７６μｍであり、ファーストボール部の狙い厚さは、１７μｍであり、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積は、４５３４．１６μｍ２である。＜実施例３＞
図２０２に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の６ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その６ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を１０ｍｓｅｃにわたって保持した。すなわち、実施例２と比較して、超音波振動子への駆動電流の供給開始のタイミングを２ｍｓｅｃだけ遅らせた。その後、キャピラリを上昇させた。
【0652】
また、ＦＡＢがパッドに当接してから４ｍｓｅｃ後、キャピラリに設けられた超音波振動子への駆動電流の供給を開始し、駆動電流の値を零から９０ｍＡまで瞬時に上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から３３．５ｍｓｅｃが経過するまで）保持した。＜実施例４＞
図２０３に示すように、ＦＡＢのパッドへの当接後の３ｍｓｅｃの間、キャピラリによりＦＡＢに１３０ｇの初期荷重を加え、その３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加わる荷重を３０ｇに下げて、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられた状態を３１ｍｓｅｃにわたって保持した。すなわち、実施例２と比較して、ＦＡＢに３０ｇの荷重が加えられる時間を２８ｍｓｅｃだけ延長した。その後、キャピラリを上昇させた。
【0653】
また、ＦＡＢがパッドに当接してから４ｍｓｅｃ後、キャピラリに設けられた超音波振動子への駆動電流の供給を開始し、駆動電流の値を零から９０ｍＡまで瞬時に上昇させて、超音波振動子に９０ｍＡの駆動電流が印加されている状態をキャピラリが上昇されるまで（キャピラリの下降開始から５１．５ｍｓｅｃが経過するまで）保持した。＜クラック評価＞
実施例３，４のそれぞれについて、４８個のパッドにＦＡＢを接合させ、各パッドの下層の層間絶縁膜にクラックが生じているかを調べたところ、層間絶縁膜のクラックが発生しないことが確認された。
＜第１６実施形態 図２０４〜図２０８＞
この第１６実施形態は、銅からなる電極パッドを有する半導体装置に係るものであり、本発明を説明するものではないが、第１実施形態に係る半導体装置と同様に、銅ボンディングワイヤを使用する実施形態である。この第１６実施形態による開示により、下記に示す第１６の背景技術に対する第１６の課題を解決することができる。
（１）第１６の背景技術 半導体装置の配線材料には、Ａｌ（アルミニウム）が広く用いられている。たとえば、配線材料としてＡｌを用いた多層配線構造では、平坦な表面を有する層間絶縁膜と、その層間絶縁膜の平坦な表面上に配設された配線とが交互に積層されている。最上層の層間絶縁膜上には、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなるパッシベーション膜が形成されている。当該層間絶縁膜上に配設された配線（最上層配線）は、パッシベーション膜により被覆されるとともに、その一部が電極パッド（Ａｌパッド）として露出している。露出した電極パッドには、ボンディングワイヤが接続され、たとえば、その接続方法として、ワイヤボンダを用いた超音波接合が広く採用されている。
（２）第１６の課題
近年、とくに大電力を消費するパワー半導体装置において、配線抵抗の低減が望まれている。そこで、本願発明者は、最上層配線の材料としてＡｌよりも導電性の高いＣｕ（銅）の採用を検討している。
【0654】
一方、従来からのＡｌパッドは、ボンディングワイヤとして広く採用されるＡｕ（金）と相互に拡散しやすい。そのため、高温環境下では、ＡｌとＡｕとが拡散し合い、ボンディングワイヤが電極パッドから取れるおそれがある。そのため、そのような相互拡散を防止するための対策を施す必要がある。すなわち、この第１６実施形態に係る発明は、配線抵抗を低減しつつ、高温放置性に優れ、電極パッドとボンディングワイヤとの接続信頼性を向上させることができる半導体装置を提供することを第１６の目的としている。
（３）具体的な実施形態の開示
図２０４は、半導体装置の図解的な平面図である。図２０５は、図２０４に示す半導体装置のＡ−Ａ線断面図である。
【0655】
半導体装置Ｑは、半導体チップ２Ｑと、半導体チップ２Ｑをダイボンディングするダイパッド３Ｑと、半導体チップ２Ｑの周囲に配置された多数の電極リード４Ｑと、半導体チップ２Ｑと電極リード４Ｑとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｑと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｑとを含んでいる。半導体チップ２Ｑは、平面視略四角形（たとえば、２．３ｍｍ角程度）であり、その厚さは、たとえば、２３０μｍ程度である。また、半導体チップ２Ｑは、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造を有している。多層配線構造の具体的な構成は、図２０６を参照して後に詳述する。
【0656】
半導体チップ２Ｑの表面２１Ｑには、アナログ回路７Ｑ、デジタル回路８Ｑおよび３つのパワートランジスタ回路９Ｑが形成されている。具体的には、図２０４で示す平面視において、上半分の領域には、アナログ回路７Ｑとデジタル回路８Ｑとが左右に並べて形成されており、下半分の領域には、３つのパワートランジスタ回路９Ｑが左右に並べて形成されている。
【0657】
各回路７Ｑ〜９Ｑが形成されている領域には、各回路７Ｑ〜９Ｑと外部との電気接続のための複数の電極パッド１０Ｑが適当な位置に配置されている。また、図２０４における右側のパワートランジスタ回路９Ｑが形成されている領域には、平面視Ｌ字状のアライメントマーク１１Ｑが配置されている。
たとえば、半導体装置Ｑの表面をレーザビームでスキャンし、アライメントマーク１１Ｑを認識することにより、半導体装置Ｑの表面に直交する軸線まわりにおける半導体装置Ｑの位置（θ位置）を検出することができる。また、アライメントマーク１１Ｑの位置に基づいて、半導体装置Ｑの各部の位置（Ｘ位置、Ｙ位置、Ｚ位置）を検出することができる。
【0658】
一方、半導体チップ２Ｑの裏面２２Ｑ（ダイパッド３Ｑとの対向面）には、たとえば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇなどを含む裏メタル１２Ｑが形成されている。ダイパッド３Ｑおよび複数の電極リード４Ｑは、同一の金属薄板からなるリードフレーム１３Ｑとして形成されている。リードフレーム１３Ｑを構成する金属薄板は、Ｃｕ系素材からなり、具体的には、たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅、Ｃｕと異種金属との合金（たとえば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金など）からなる。なお、金属薄板は、たとえば、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）などのＦｅ系素材などであってもよい。また、リードフレーム１３Ｑ（金属薄板）の厚さは、たとえば、２００μｍ程度である。
【0659】
ダイパッド３Ｑの表面３１Ｑ（半導体チップ２Ｑとの対向面）は、樹脂パッケージ６Ｑにより封止される面であり、Ａｇなどを含む封止側めっき層１４Ｑが形成されている。そして、半導体チップ２Ｑおよびダイパッド３Ｑは、半導体チップ２Ｑの裏面２２Ｑおよびダイパッド３Ｑの表面３１Ｑが接合面として互いに対向した状態で、裏面２２Ｑと表面３１Ｑとの間に接合材１５Ｑを介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２Ｑは、表面２１Ｑを上方に向けた姿勢でダイパッド３Ｑに支持されている。
【0660】
接合材１５Ｑは、たとえば、半田ペーストなどの導電性ペーストからなる。なお、接合材１５Ｑとして、たとえば、銀ペースト、アルミナペーストなどの絶縁性ペーストを適用でき、その場合には、裏メタル１２Ｑおよび／または封止側めっき層１４Ｑは省略されてもよい。また、半導体チップ２Ｑとダイパッド３Ｑとが接合された状態において、接合材１５Ｑの厚さは、たとえば、２０μｍ程度である。
【0661】
ダイパッド３Ｑの裏面３２Ｑ（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６Ｑから露出されている。露出した裏面３２Ｑには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる実装側めっき層１６Ｑが形成されている。電極リード４Ｑは、ダイパッド３Ｑの各側面と直交する各方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられることにより、ダイパッド３Ｑの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｑの各側面に対向する電極リード４Ｑは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｑのダイパッド３Ｑとの対向方向における長さは（裏面４２Ｑ側の長さ）は、たとえば、４５０μｍ程度である。
【0662】
電極リード４Ｑの表面４１Ｑ（ボンディングワイヤ５Ｑの接続面）は、樹脂パッケージ６Ｑにより封止される面であり、Ａｇなどを含む封止側めっき層１７Ｑが形成されている。一方、電極リード４Ｑの裏面４２Ｑ（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６Ｑから露出されている。露出した裏面４２Ｑには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる実装側めっき層１８Ｑが形成されている。
【0663】
ボンディングワイヤ５Ｑは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５Ｑは、線状に延びる円柱状のワイヤ本体５１Ｑと、ワイヤ本体５１Ｑの一端に形成され、スティッチボンディングにより電極パッド１０Ｑに接合されたパッド側端部５２Ｑと、ワイヤ本体５１Ｑの他端に形成され、ボールボンディングにより電極リード４Ｑに接合されたリード側端部５３Ｑとを一体的に有している。
【0664】
ワイヤ本体５１Ｑは、電極リード４Ｑの上方で屈曲し、その屈曲位置から半導体チップ２Ｑ（後述する基板１９Ｑ）の上方を通過して、電極パッド１０Ｑへ向かって略直線状となるように滑らかに傾斜して、その他端が扁平なパッド側端部５２Ｑに一体的に繋がっている。このワイヤ本体５１Ｑは、半導体チップ２Ｑ（基板１９Ｑ）の周縁（エッジ）に対する高さＨ１が、たとえば、５０〜１００μｍである。
【0665】
樹脂パッケージ６Ｑは、半導体装置Ｑの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｑの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．８５ｍｍ程度である。このような樹脂パッケージ６Ｑは、たとえば、エポキシ樹脂など公知のモールド樹脂からなる。図２０６は、図２０５の破線円で囲まれる部分の要部拡大図である。
【0666】
この図２０６を参照して、半導体チップ２Ｑの多層配線構造を説明する。半導体チップ２Ｑは、半導体基板としてのシリコン（Ｓｉ）からなる基板１９Ｑを含んでいる。基板１９Ｑ上には、第１層間絶縁膜２０Ｑおよび第に層間絶縁膜２３Ｑが、基板１９Ｑの表面２４Ｑ側から順に積層されている。第１層間絶縁膜２０Ｑおよび第に層間絶縁膜２３Ｑは、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる。なお、図２では表れていないが、第１層間絶縁膜２０Ｑと第に層間絶縁膜２３Ｑとの間には、複数の層間絶縁膜が介在されている。
【0667】
第に層間絶縁膜２３Ｑ上には、下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑが互いに間隔を空けて形成されている。下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑは、アルミニウム（Ａｌ）からなる。ヒューズ２６Ｑを断線するか否かにより、パワートランジスタ回路９Ｑ（図２０４参照）の特性（たとえば、抵抗値など）を変更することができる。第に層間絶縁膜２３Ｑ、下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑ上には、第３層間絶縁膜２７Ｑが積層されている。第３層間絶縁膜２７Ｑは、ＳｉＯ２からなる。第３層間絶縁膜２７Ｑの表面には、第に層間絶縁膜２３Ｑ上に形成された部分と、下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑ上に形成された部分との間に、下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑの高さとほぼ同じ段差が生じている。
【0668】
第３層間絶縁膜２７Ｑ上には、第３層間絶縁膜２７Ｑの表面に生じている段差をなくすように、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）膜２８Ｑが形成されている。ＴＥＯＳ膜２８Ｑの表面は、第３層間絶縁膜２７Ｑにおける下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑ上に形成された部分の表面とほぼ面一をなしている。第３層間絶縁膜２７ＱおよびＴＥＯＳ膜２８Ｑ上には、第４層間絶縁膜２９Ｑが積層されている。第４層間絶縁膜２９Ｑは、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。
【0669】
また、第３層間絶縁膜２７Ｑおよび第４層間絶縁膜２９Ｑには、下配線２５Ｑと厚さ方向に対向する部分に、それらを厚さ方向に貫通するビアホール３０Ｑが形成されている。ビアホール３０Ｑは、上側ほど開口面積が大きくなるようなテーパ形状に形成されている。第４層間絶縁膜２９Ｑ上には、最上層配線としての上配線３３Ｑおよびアライメントマーク１１Ｑが互いに間隔を空けた位置に形成されている。
【0670】
上配線３３Ｑは、平面視でビアホール３０Ｑを含む領域上に形成され、第４層間絶縁膜２９Ｑから上方に突出して形成されている。上配線３３Ｑは、たとえば、第４層間絶縁膜２９Ｑの表面からの突出量が１０μｍ以上、好ましくは、１０μｍ〜１５μｍとなるような厚さＴを有している。上配線３３Ｑの下端部は、ビアホール３０Ｑ内に入り込み、下配線２５Ｑに接続されている。上配線３３Ｑは、銅（Ｃｕ）（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。
【0671】
上配線３３Ｑと下配線２５Ｑ、第３層間絶縁膜２７Ｑおよび第４層間絶縁膜２９Ｑとの間には、Ｃｕイオンの拡散に対するバリア性を有するバリア膜３４Ｑが介在されている。バリア膜３４Ｑは、Ｔｉ（チタン）からなる。第４層間絶縁膜２９Ｑおよび上配線３３Ｑ上には、パッシベーション膜３５Ｑが形成されている。パッシベーション膜３５Ｑは、ＳｉＮからなる。パッシベーション膜３５Ｑには、上配線３３Ｑの上面を電極パッド１０Ｑ（図２０４参照）として部分的に露出させるためのパッド開口３６Ｑが厚さ方向に貫通して形成されている。また、パッシベーション膜３５Ｑは、アライメントマーク１１Ｑ上およびその周囲の部分から除去されている。また、アライメントマーク１１Ｑは、Ａｌ（アルミニウム）からなる。
【0672】
電極パッド１０Ｑ（上配線３３Ｑにおけるパッド開口３６Ｑから露出した部分）は、銅酸化膜３７Ｑで被覆されている。銅酸化膜３７Ｑは、電極パッド１０Ｑが自然酸化されてＣｕＯ（酸化銅（Ｉ））やＣｕ２Ｏ（酸化銅（II））に化学変化することにより形成された薄膜であり、その厚さは、パッシベーション膜３５Ｑよりも薄く、たとえば、１０ｎｍ〜５０ｎｍである。
【0673】
そして、ボンディングワイヤ５Ｑは、その電極パッド１０Ｑ側の端部（パッド側端部５２Ｑ）が、薄膜状の銅酸化膜３７Ｑを貫通して電極パッド１０Ｑに直接接合されている。具体的には、電極パッド１０Ｑ側では、スティッチボンディングにより扁平に変形したパッド側端部５２Ｑの形状に合わせて銅酸化膜３７Ｑが破れていて、破れて空いた部分に露出する電極パッド１０Ｑにパッド側端部５２Ｑが直接接合されている。この扁平なパッド側端部５２Ｑの端部に、ボンディングワイヤ５Ｑの本体（ワイヤ本体５１Ｑ）の一端が一体的に繋がっている。
【0674】
図２０７Ａ〜図２０７Ｆは、図２０５に示す半導体装置の製造途中の状態を示す模式的な断面図である。半導体装置Ｑの製造工程では、まず、基板１９Ｑ上に多層配線構造が作製される。たとえば、まず、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長）法により、基板１９Ｑ上に、第１層間絶縁膜２０Ｑおよび第に層間絶縁膜２３Ｑが積層される。その後、スパッタ法により、第に層間絶縁膜２３Ｑ上に、下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑの材料となるアルミニウム膜が形成される。そして、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、アルミニウム膜がパターニングされることにより、下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑが形成される。
【0675】
次いで、ＨＤＰ（High Density Plasma：高密度プラズマ）−ＣＶＤ法により、第に層間絶縁膜２３Ｑ、下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑ上に、第３層間絶縁膜２７Ｑが形成される。その後、ＣＶＤ法により、第３層間絶縁膜２７Ｑ上に、ＴＥＯＳ膜２８Ｑが形成される。そして、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）法により、ＴＥＯＳ膜２８Ｑがその表面から研削される。このＴＥＯＳ膜２８Ｑの研削は、ＴＥＯＳ膜２８Ｑの表面と第３層間絶縁膜２７Ｑにおける下配線２５Ｑおよびヒューズ２６Ｑ上に形成された部分の表面とが面一になるまで続けられる。
【0676】
そして、プラズマＣＶＤ法により、第３層間絶縁膜２７ＱおよびＴＥＯＳ膜２８Ｑ上に、第４層間絶縁膜２９Ｑが形成される。その後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、図２０７Ａに示すように、第３層間絶縁膜２７Ｑおよび第４層間絶縁膜２９Ｑが選択的に除去され、それらを厚さ方向に貫通するビアホール３０Ｑが形成される。次に、図２０７Ｂに示すように、スパッタ法により、ビアホール３０Ｑの内面を含む第４層間絶縁膜２９Ｑ上に、バリア膜３４Ｑが形成される。続いて、スパッタ法により、バリア膜３４Ｑ上に、Ｃｕからなるシード膜３８Ｑが形成される。その後、バリア膜３４Ｑおよびシード膜３８Ｑ上に、平面視でビアホール３０Ｑを含む領域に対向する部分に開口を有するレジストパターン３９Ｑが形成される。
【0677】
次いで、レジストパターン３９Ｑの開口内に、Ｃｕがめっき成長される。これにより、図２０７Ｃに示すように、レジストパターン３９Ｑの開口内がＣｕに埋め尽くされ、Ｃｕからなる上配線３３Ｑが形成される。上配線３３Ｑの形成後、レジストパターン３９Ｑは除去される。その後、図２０７Ｄに示すように、エッチングにより、バリア膜３４Ｑおよびシード膜３８Ｑにおけるレジストパターン３９Ｑの下方に形成されていた部分が除去される。
【0678】
次に、スパッタ法により、第４層間絶縁膜２９Ｑ上に、アルミニウム膜が形成される。そして、フォトリソグラフィおよびドライエッチング（たとえば、ＲＩＥ）により、アルミニウム膜が選択的に除去され、図２０７Ｅに示すように、アライメントマーク１１Ｑが形成される。その後、ＣＶＤ法により、第４層間絶縁膜２９Ｑおよびアライメントマーク１１Ｑ上に、パッシベーション膜３５Ｑが形成される。
【0679】
そして、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、パッシベーション膜３５Ｑにパッド開口３６Ｑが形成されるとともに、アライメントマーク１１Ｑ上およびその周囲の部分からパッシベーション膜３５Ｑが除去される。これにより、半導体チップ２Ｑが得られる。半導体チップ２Ｑの作製後、半導体チップ２Ｑが、ダイパッド３Ｑおよび電極リード４Ｑを一体的に備えるリードフレーム１３Ｑ（図２０５参照）にダイボンディングされる。一方、半導体チップ２Ｑにおいて、パッド開口３６Ｑから露出した上配線３３Ｑの上面（電極パッド１０Ｑ）が自然酸化されて、電極パッド１０Ｑが銅酸化膜３７Ｑで被覆される。次いで、ワイヤボンダ（図示せず）のキャピラリ４０Ｑで保持されたボンディングワイヤ５Ｑの先端部に電流が印加されることにより、先端部にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成される。
【0680】
次いで、キャピラリ４０Ｑが電極リード４Ｑの直上に移動した後、降下し、ＦＡＢが電極リード４Ｑに接触する。その際、キャピラリ４０ＱからＦＡＢに荷重および超音波が、たとえば、１０ｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃ印加される。これにより、キャピラリ４０Ｑの形状に応じてＦＡＢが変形する。こうして、ボンディングワイヤ５Ｑの先端部がリード側端部５３Ｑとして電極リード４Ｑにボールボンディングされる。
【0681】
その後、キャピラリ４０Ｑが一定の高さまで上昇し、電極パッド１０Ｑの直上に移動する。そして、図２０７Ｆに示すように、キャピラリ４０Ｑが再び降下して、ボンディングワイヤ５Ｑがその形状を維持したまま（ワイヤ線径のまま）電極パッド１０Ｑに接触する。その際、キャピラリ４０Ｑからボンディングワイヤ５Ｑに荷重（図２０７Ｆの白抜き矢印）および超音波（図２０７Ｆのジグザグ線）が、たとえば、１０ｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃ印加される。これにより、キャピラリ４０Ｑの形状に応じてボンディングワイヤ５Ｑが扁平に変形するとともに、荷重および超音波の作用により銅酸化膜３７Ｑが破れ、ボンディングワイヤ５Ｑがパッド側端部５２Ｑとして電極パッド１０Ｑにスティッチボンディングされる。
【0682】
続いて、キャピラリ４０Ｑが上昇し、キャピラリ４０Ｑの先端から一定長のテイルが確保された状態で、ボンディングワイヤ５Ｑがパッド側端部５２Ｑの位置から引きちぎられる。その後は、図２０７Ｆ〜図２０７Ｆと同様の工程が行なわれて、半導体チップ２Ｑの各電極パッド１０Ｑと、各電極パッド１０Ｑに対応する電極リード４Ｑとが、ボンディングワイヤ５Ｑによって接続される。以上の工程を経て、図２０５に示す半導体装置Ｑが得られる。
【0683】
この半導体装置Ｑによれば、多層配線構造の最上層配線（上配線３３Ｑ）がＣｕからなるので、最上層配線としてＡｌ配線が採用される場合よりも、配線抵抗を低減することができる。また、その上配線３３Ｑが電極パッド１０Ｑとして露出しており、電極パッド１０ＱにＣｕからなるボンディングワイヤ５Ｑ（Ｃｕワイヤ）が接合されるため、電極パッド１０Ｑとボンディングワイヤ５Ｑとの接続を同種金属同士の接合（Ｃｕ−Ｃｕ接合）とすることができる。そのため、半導体装置Ｑが高温環境下に放置されても、電極パッド１０Ｑとボンディングワイヤ５Ｑとの間でこれらの成分（すなわち、Ｃｕ）が相互に拡散することがなく、電極パッド１０Ｑとボンディングワイヤ５Ｑとの接合を維持することができる。よって、高温放置性および接続信頼性に優れる半導体装置を提供することができる。
【0684】
また、この半導体装置Ｑでは、ボンディングワイヤ５Ｑの荷重・超音波印加（図２０７Ｆ参照）に起因して電極パッド１０Ｑに大きな応力がかかっても、その応力をＣｕからなる電極パッド１０Ｑで緩和することができる。具体的には、上配線３３ＱとしてＡｌが採用された場合には、その上配線３３Ｑ（Ａｌ配線）の厚さは、めっき法により、せいぜい３μｍ程度にしかできない。これに対し、この半導体装置Ｑでは、Ａｌよりもめっき厚を大きくしやすいＣｕの特性を利用して、上配線３３Ｑの厚さＴが１０μｍ以上とされている。そのため、第に層間絶縁膜２３Ｑにかかる応力を、比較的厚い上配線３３Ｑで確実に緩和することができる。その結果、第に層間絶縁膜２３Ｑなどでのクラックの発生を抑制することができる。
【0685】
さらに、上配線３３Ｑの厚さＴが１０μｍ以上であるため、電極パッド１０Ｑに対するボンディングワイヤ５Ｑの接合位置（スティッチボンディング位置）を、基板１９Ｑの表面２４Ｑに対して十分嵩上げすることができる。これにより、あたかもスタッドバンプがあるように基板１９Ｑの表面２４Ｑに対するボンディングワイヤ５Ｑの高さＨ１を十分に高くすることができる。そのため、ボンディングワイヤ５Ｑを電極パッド１０Ｑに直接スティッチボンディングしても、ワイヤ本体５１Ｑの垂れた部分が基板１９Ｑのエッジに達することがほとんどない。よって、ワイヤ本体５１Ｑと基板１９Ｑとの接触によるエッジショートを抑制することができる。
【0686】
図２０８は、図２０５の半導体装置の変形例を示す図である。図２０８において、図２０６に示す各部に対応する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付している。また、以下では、同一の参照符号を付した部分についての詳細な説明を省略する。半導体装置５０Ｑにおいても、ボンディングワイヤ５４Ｑの電極パッド１０Ｑ側の端部（パッド側端部５５Ｑ）は、薄膜状の銅酸化膜３７Ｑを貫通して電極パッド１０Ｑに直接接合されている。ただし、前述の半導体装置Ｑでは、パッド側端部５２Ｑがスティッチボンディングとして直接電極パッド１０Ｑに接合されているのに対して（図２０６参照）、この変形例では、パッド側端部５５Ｑがスタッドバンプとして電極パッド１０Ｑとの接合を担っている。
【0687】
より具体的には、略釣鐘状（略傘状）のスタッドバンプ（パッド側端部５５Ｑ）の形状に合わせて銅酸化膜３７Ｑが破れていて、破れて空いた部分に露出する電極パッド１０Ｑにパッド側端部５５Ｑが直接接合されている。そして、このパッド側端部５５Ｑの上端部に、ボンディングワイヤ５４Ｑの本体（ワイヤ本体５６Ｑ）の一端がスティッチボンディングされている。
【0688】
この変形例では特に、電極パッド１０Ｑにスタッドバンプ（パッド側端部５５Ｑ）を形成するにあたって、スタッドバンプを形成するためのＦＡＢに強い超音波を印加しても、Ａｌパッドが採用される場合とは異なり、電極パッド１０Ｑがめくれ上がるスプラッシュがほとんど生じない。また、ボンディングワイヤ５４Ｑと電極パッド１０Ｑとの接合に際して、スタッドバンプおよびスティッチボンディングの２回分の超音波（応力）が電極パッド１０Ｑに作用するが、電極パッド１０Ｑが銅からなるため、その応力に耐えることができる。
【0689】
以上、本発明の第１６実施形態について説明したが、この第１６実施形態は、以下のように変更されていてもよい。前述の実施形態では、電極パッド１０Ｑに対するボンディングワイヤの接合形態の一例として、スティッチボンディング（第１の例）およびスタッドバンプ上にスティッチボンディング（第２の例）の態様を挙げたが、たとえば、電極リード４Ｑにスティッチボンディングすることにより、電極パッド１０Ｑ側の銅酸化膜３７Ｑを破るように直接ボールボンディングしてもよい。
【0690】
また、バリア膜３４Ｑの材料として、Ｔｉを例示したが、バリア膜３４Ｑは、導電性を有し、銅イオンの拡散に対するバリア性を有する材料であればよく、Ｔｉの他に、たとえば、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＷＮ（窒化タングステン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）またはＴｉＷ（チタン‐タングステン合金）などを例示することができる。＜第１７実施形態 図２０９〜図２１３＞
この第１７実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第１７の背景技術に対する第１７の課題を解決することもできる。
（１）第１７の背景技術 半導体装置は、通常、半導体チップがボンディングワイヤとともに樹脂で封止（パッケージング）された状態で流通している。パッケージ内において、半導体チップのアルミニウム製の電極パッドに、ボンディングワイヤが電気的に接続されている。
【0691】
電極パッドに接続されるボンディングワイヤとして、従来は主に金ワイヤが用いられているが、高価な金の使用を減らすべく、近年では、金ワイヤよりも安価な銅ワイヤの使用が検討されている。（２）第１７の課題
しかし、銅ワイヤは、金ワイヤに比べて酸化しやすい。そのため、たとえば、ＨＡＳＴ（Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test）試験中など、パッケージ内部に水分が浸入しやすい状況では、当該接合界面に入り込んだ水分によりアルミニウムパッド（電極パッド）の腐食が進行しやすくなる。その結果、パッド−ワイヤ間において、電気的オープンが生じるおそれがある。
【0692】
すなわち、この第１７実施形態に係る発明は、アルミニウムを含む金属材料からなる電極パッドと、銅からなるボンディングワイヤとの接続信頼性を向上させることができる半導体装置を提供することを第１７の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
図２０９は、本発明の第１７実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。図２１０Ａは、図２０９の破線円Ａで囲まれる部分の要部拡大図である。図２１０Ｂは、図２０９の破線円Ｂで囲まれる部分の要部拡大図である。
【0693】
半導体装置１Ｒは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ｒは、半導体チップ２Ｒと、半導体チップ２Ｒが搭載されるダイパッド３Ｒと、ダイパッド３Ｒの周囲に配置された複数の電極リード４Ｒと、半導体チップ２Ｒと電極リード４Ｒとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｒと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｒとを備えている。
【0694】
半導体チップ２Ｒは、平面視四角状（たとえば、２．３ｍｍ角程度）であり、たとえば、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造を有している。また、半導体チップ２Ｒの厚さは、たとえば、２３０μｍ程度である。半導体チップ２Ｒの表面２１Ｒは、図２１０Ａに示すように、表面保護膜７Ｒで覆われている。表面保護膜７Ｒには、多層配線構造における最上の配線層を露出させるためのパッド開口８Ｒが複数形成されている。
【0695】
パッド開口８Ｒは、平面視四角状であり、半導体チップ２Ｒの各縁に同数ずつ設けられている。各パッド開口８Ｒは、半導体チップ２Ｒの各辺に沿って等間隔に配置されている。そして、配線層の一部が、半導体チップ２Ｒの電極パッド９Ｒとして、各パッド開口８Ｒから露出されている。電極パッド９Ｒとして露出する最上の配線層は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。
【0696】
一方、半導体チップ２Ｒの裏面２２Ｒ（ダイパッド３Ｒとの対向面）には、たとえば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇなどを含む裏メタル１０Ｒが形成されている。ダイパッド３Ｒおよび複数の電極リード４Ｒは、同一の金属薄板からなるリードフレーム１１Ｒとして形成されている。リードフレーム１１Ｒを構成する金属薄板は、Ｃｕを主として含有するＣｕ系素材からなり、具体的には、たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅、Ｃｕと異種金属との合金（たとえば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金など）からなる。なお、金属薄板は、たとえば、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）などのＦｅ系素材などであってもよい。また、リードフレーム１１Ｒ（金属薄板）の厚さは、たとえば、２００μｍ程度である。
【0697】
ダイパッド３Ｒの表面３１Ｒ（半導体チップ２Ｒとの対向面）は、樹脂パッケージ６Ｒにより封止される面であり、Ａｇなどを含む封止側めっき層１２Ｒが形成されている。そして、半導体チップ２Ｒおよびダイパッド３Ｒは、半導体チップ２Ｒの裏面２２Ｒおよびダイパッド３Ｒの表面３１Ｒが接合面として互いに対向した状態で、裏面２２Ｒと表面３１Ｒとの間に接合材１３Ｒを介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２Ｒは、表面２１Ｒを上方に向けた姿勢でダイパッド３Ｒに支持されている。
【0698】
接合材１３Ｒは、たとえば、半田ペーストなどの導電性ペーストからなる。なお、接合材１３Ｒとして、たとえば、銀ペースト、アルミナペーストなどの絶縁性ペーストを適用でき、その場合には、裏メタル１０Ｒおよび／または封止側めっき層１２Ｒは省略されてもよく、また、半導体チップ２Ｒの平面サイズは、２．４ｍｍ角であってもよい。また、半導体チップ２Ｒとダイパッド３Ｒとが接合された状態において、接合材１３Ｒの厚さは、たとえば、２０μｍ程度である。
【0699】
ダイパッド３Ｒの裏面３２Ｒ（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６Ｒから露出されている。露出した裏面３２Ｒには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる実装側めっき層１４Ｒが形成されている。電極リード４Ｒは、ダイパッド３Ｒの各側面と直交する各方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられることにより、ダイパッド３Ｒの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｒの各側面に対向する電極リード４Ｒは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｒのダイパッド３Ｒとの対向方向における長さは（裏面４２Ｒ側の長さ）は、たとえば、４５０μｍ程度である。
【0700】
電極リード４Ｒの表面４１Ｒ（ボンディングワイヤ５Ｒの接続面）は、樹脂パッケージ６Ｒにより封止される面であり、Ａｇなどを含む封止側めっき層１５Ｒが形成されている。一方、電極リード４Ｒの裏面４２Ｒ（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６Ｒから露出されている。露出した裏面４２Ｒには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる実装側めっき層１６Ｒが形成されている。
【0701】
ボンディングワイヤ５Ｒは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５Ｒは、線状に延びる円柱状の本体部５１Ｒと、本体部５１Ｒの両端に形成され、電極パッド９Ｒおよび電極リード４Ｒにそれぞれ接合されたパッド接合部５２Ｒおよびリード接合部５３Ｒとを有している。
【0702】
本体部５１Ｒは、電極パッド９Ｒ側の一端から半導体チップ２Ｒの外側に上方へ膨らむ放物線状に湾曲し、他端において電極リード４Ｒの表面４１Ｒへ向かって鋭角に入射している。本体部５１Ｒの最頂部における下端と半導体チップ２Ｒの表面２１Ｒとの間隔ｌは、たとえば、１６０μｍ程度である。パッド接合部５２Ｒは、電極パッド９Ｒとの接合側が電極パッド９Ｒの表層部に均等に入り込む円板状のベース部と、ベース部の上側から突出し、その先端が本体部５１Ｒの一端に繋がる釣鐘状の突出部とを一体的に有する断面視凸状である。
【0703】
リード接合部５３Ｒは、本体部５１Ｒに近い一端側が相対的に厚く、本体部５１Ｒに遠い他端側に至るに従って相対的に薄くなる断面視くさび状である。そして、この半導体装置１Ｒでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｒの表面２１Ｒおよび側面２３Ｒ全体、ダイパッド３Ｒの表面３１Ｒおよび側面全体、電極リード４Ｒの表面４１Ｒおよび樹脂パッケージ６Ｒ内の側面全体、ならびにボンディングワイヤ５Ｒ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｒで被覆されている。
【0704】
樹脂パッケージ６Ｒは、たとえば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤、離型剤、ｐＨ調整剤などを含有する材料からなる。含有されるエポキシ樹脂としては、樹脂パッケージ用エポキシ樹脂として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂（トリフェニルメタン型エポキシ樹脂）、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物、ビフェニレン型エポキシ樹脂、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂、テルペン変性エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0705】
含有される硬化剤としては、樹脂パッケージ用硬化剤として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、ノボラック型フェノール樹脂、たとえば、フェノール・アラルキル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂、ビフェニル・アラルキル樹脂などのアラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0706】
含有される硬化促進剤としては、樹脂パッケージ用硬化促進剤と使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン、５、６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などのシクロアミジン化合物およびこれらの化合物に無水マレイン酸、１，４−ベンゾキノン、２，５−トルキノン、１，４−ナフトキノン、２，３−ジメチルベンゾキノン、２，６−ジメチルベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−５−メチル−１，４−ベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノンなどのキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂などのπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの３級アミン類およびこれらの誘導体、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類およびこれらの誘導体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（４−メチルフェニル）ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなどのホスフィン化合物およびこれらのホスフィン化合物に無水マレイン酸、上記キノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂などのπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩およびこれらの誘導体などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0707】
含有されるカップリング剤としては、樹脂パッケージ用カップリング剤として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、１級、２級および３級アミノ基の少なくとも１つを有するシラン化合物、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランなどの各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0708】
含有される離型剤としては、樹脂パッケージ用離型剤として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、カルナバワックス、モンタン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、モンタン酸エステルなどのエステル系ワックス、酸化ポリエチレン、非酸化ポリエチレンなどのポリオレフィン系ワックスなどが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0709】
含有されるｐＨ調整剤としては、たとえば、ワラストナイト（ケイ酸カルシウム）、タルク（ケイ酸マグネシウム）、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどの無機充填材が挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。なお、樹脂パッケージ６Ｒは、必要に応じて、希釈剤、着色剤、難燃剤、レベリング剤、消泡剤などの添加物を含有していてもよい。
【0710】
上記組成の樹脂パッケージ６ＲのｐＨは、４．５を超えており、好ましくは、樹脂パッケージ６ＲのｐＨを酸性に保持する必要から、４．５を超えて７．０未満であり、さらに好ましくは、６．０以上７．０未満である。また、樹脂パッケージ６Ｒは、半導体装置１Ｒの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｒの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．８５ｍｍ程度である。
【0711】
そして、半導体装置１Ｒでは、半導体チップ２Ｒの表面２１Ｒと樹脂パッケージ６Ｒの表面（上面）６１との間隔Ｌ１が、半導体チップ２Ｒの側面２３Ｒと樹脂パッケージ６Ｒの側面６３Ｒとの最短距離Ｗよりも小さい。具体的には、間隔Ｌ１が、たとえば、３７５〜４２５μｍ、好ましくは、４００μｍ程度であり、最短距離Ｗが、たとえば、８００〜１０００μｍ、好ましくは、９００μｍ程度である。
【0712】
また、間隔Ｌ１は、半導体チップ２Ｒの表面２１Ｒと樹脂パッケージ６Ｒの裏面６２Ｒ（ダイパッド３Ｒの裏面３２Ｒ）との距離Ｌ２（たとえば、４２５〜４７５μｍ、好ましくは、４５０μｍ程度）以下である。半導体装置１Ｒは、上記のように、間隔Ｌ１が比較的小さくなるような大きさに設計されることにより、薄型のＱＦＮパッケージとして形成されている。
【0713】
以上のように、この半導体装置１Ｒによれば、樹脂パッケージ６ＲのｐＨが４．５を超えているため、ボンディングワイヤ５Ｒが低ｐＨ環境（たとえば、ｐＨが４．５以下の環境）よりも高いｐＨ環境下に置かれる。そのため、酸化第二銅（ＣｕＯ）の形成を抑制することができるので、酸化第二銅の体積増加を抑制することができる。その結果、ボンディングワイヤ５Ｒと樹脂パッケージ６Ｒとの接合界面（ワイヤ接合界面１７Ｒ）における剥離の発生を抑制することができる。
【0714】
したがって、ＰＣＴ（Pressure Cooker Test）やＨＡＳＴ（Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test）試験など、パッケージ内部に水分が浸入しやすい状況に半導体装置１Ｒが置かれても、ワイヤ接合界面１７Ｒに水分の移動経路がないため、電極パッド９Ｒとボンディングワイヤ５Ｒ（パッド接合部５２Ｒ）との接合界面（パッド接合界面１８Ｒ）への水分の浸入を抑制することができる。そのため、パッド接合界面１８Ｒと水分との接触を抑制することができる。その結果、電極パッド９Ｒ（アルミニウムパッド）の腐食の進行を抑制することができるので、パッド−ワイヤ間での電気的オープンを抑制することができる。よって、半導体装置１Ｒの接続信頼性を向上させることができる。
【0715】
とりわけ、ボンディングワイヤ５Ｒに電流が加えられ、内部抵抗の大きい酸化第二銅（ＣｕＯ）のジュール熱によってボンディングワイヤ５Ｒの酸化が促進されやすいＨＡＳＴ試験中において、パッド−ワイヤ間での電気的オープンを効果的に抑制することができる。また、半導体装置１Ｒのような薄型パッケージでは、半導体チップ２Ｒ上のパッド接合部５２Ｒが、樹脂パッケージ６Ｒの表面６１Ｒからパッケージ内部に浸入する水分に晒されやすいが、そのような薄型パッケージの半導体装置１Ｒにおいても、半導体装置１Ｒの接続信頼性を効果的に向上させることができる。
【0716】
以上、本発明の第１７実施形態について説明したが、この第１７実施形態は、以下のように変更されていてもよい。たとえば、前述の実施形態では、ＱＦＮタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明は、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置に適用することもできる。
【0717】
また、前述の実施形態では、ボンディングワイヤ５Ｒが水分不透過絶縁膜２５Ｒで被覆されている態様を例示したが、前述の第１７の課題を解決するための第１７の目的を少なくとも達成するのであれば、図２１１に示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｒが設けられていなくてもよい。次に、この第１７実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
＜実施例１〜３および比較例１＞
図２０９に示した構造の半導体装置を作製した。ただし、Ｃｕ合金製、ＳＯＰ８ピンのリードフレームを用いた。また、樹脂パッケージの組成については、先に例示したエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤、離型剤、ｐＨ調整剤および難燃剤から一つを選択し、ｐＨ調整剤の添加量が異なる以外は、実施例１〜３および比較例１において全く同一とした。
＜評価試験＞
（１）ＨＡＳＴ試験
実施例１〜３および比較例１で得られた半導体装置をそれぞれ１０個ずつ試験サンプルとした。そして、１０個の試験サンプルに対して、ＨＡＳＴ試験を行なった。なお、ＨＡＳＴ試験の条件は、全ての半導体装置について同じ（１３０℃／８５％ＲＨ（相対湿度）５Ｖバイアス（Ｂｉａｓ））とした。
【0718】
ＨＳＡＴ試験では、試験開始後１００時間、２００時間、３００時間、５００時間、７００時間および１０００時間のそれぞれ経過時に、ＨＡＳＴ試験に付されている半導体装置を解析し、パッド−ワイヤ間で電気的オープンが発生している半導体装置については試験を継続せずに、不良品と判断した。ＨＡＳＴ試験の経過に伴うパッド−ワイヤ間での電気的オープンの発生個数（不良個数）および累積発生率（不良率）を、下記表８および図２１２に示す。（２）ＰＣＴ試験
実施例１〜３および比較例１で得られた半導体装置をそれぞれ３０個ずつ試験サンプルとした。そして、３０個の試験サンプルに対して、ＰＣＴ試験を行なった。なお、ＰＣＴ試験の条件は、全ての半導体装置について同じ（１２１℃／１００％ＲＨ（相対湿度））とした。
【0719】
ＰＣＴ試験では、試験開始後１００時間、３００時間、５００時間、７００時間および１０００時間のそれぞれ経過時に、ＰＣＴ試験に付されている半導体装置を解析し、パッド−ワイヤ間で電気的オープンが発生している半導体装置については試験を継続せずに、不良品と判断した。ＰＣＴ試験の経過に伴うパッド−ワイヤ間での電気的オープンの発生個数（不良個数）および累積発生率（不良率）を、下記表９および図２１３に示す。
【0720】
【表8】
[この文献は図面を表示できません]
【0721】
【表9】
[この文献は図面を表示できません]
表８および表９の評価欄の分数は、（分子／分母）＝（各試験時間経過時の解析により不良品と判断された個数／各試験時間経過時に試験に付されている半導体装置の個数）であることを表している。たとえば、表８の実施例２の５００時間経過時の２／９という分数は、５００時間経過時に９個の半導体装置がＨＡＳＴ試験に付されていて、それら９個中２個が、５００時間経過時の解析により不良品であると判断されたことを表している。
【0722】
また、各試験経過時の解析により良品であると判断された半導体装置が継続して試験に付されるので、表８および表９の評価欄の分数の分母は、原則として左隣の列の分数の分母と分子との差（分母−分子）に一致する。しかし、たとえば、表８の実施例２の５００時間経過時の２／９という分数の分母９は、左隣の列（３００時間経過時）の０／１０という分数の分母１０と分子０との差（１０−０＝１０）に一致せず、１個の差がある。この差は、３００時間経過時に半導体装置を１個抜き取って良品解析をしたために生じたものであり、その他の評価欄の分数の分母が左隣の列の（分母−分子）に一致しない場合についても同様である。
【0723】
表８〜２および図２１２〜図２１３によると、樹脂パッケージのｐＨが４．５以下の半導体装置（比較例１）では、ＨＡＳＴ試験において、遅くとも１００時間経過したときからパッド−ワイヤ接合の電気的オープンが発生し始め、５００時間経過時には、全ての半導体装置において電気的オープンが発生していることが確認された。また、ＰＣＴ試験では、遅くとも５００時間経過したときから電気的オープンが発生し始め、１０００時間経過時には、ほぼ全ての半導体装置において電気的オープンが発生していることが確認された。
【0724】
これに対し、樹脂パッケージのｐＨが４．５を超える半導体装置（実施例１〜３）では、ＨＡＳＴ試験において、実用上必要とされる３００時間経過時に、いずれの半導体装置にも電気的オープンが発生しなかった。また、ＰＣＴ試験では、１０００時間経過時においても、電気的オープンが全く発生しなかった。＜第１８実施形態 図２１４〜図２３０＞
この第１８実施形態による開示により、前述の「発明が解決しようとする課題」に記載した課題のほか、下記に示す第１８の背景技術に対する第１８の課題を解決することもできる。
（１）第１８の背景技術 典型的な半導体装置では、半導体チップがダイパッド上に配置され、半導体チップとダイパッドの周囲に配置されたリードとがＡｕ（金）からなるワイヤ（金ワイヤ）により接続されている。具体的には、半導体チップの表面に、Ａｌ（アルミニウム）からなるアルミパッドが配置されている。そして、そのパッドの表面とリードの表面との間に、金ワイヤがアーチ状のループを描いて架設されている。
【0725】
最近、市場で半導体装置の価格競争が激化しており、半導体装置のコストのさらなる低減が要求されている。コスト低減策の１つとして、高価な金ワイヤから安価なＣｕ（銅）からなるワイヤ（銅ワイヤ）への代替が検討されている。（２）第１８の課題
しかしながら、現在のところ、金ワイヤから銅ワイヤへの積極的な代替には至っていない。なぜなら、半導体チップおよび銅ワイヤを樹脂パッケージで封止した後の耐湿性試験（たとえば、超加速寿命試験（ＨＡＳＴ：Highly Accelerated Stress Test）や飽和蒸気加圧試験（ＰＣＴ：Pressure Cooker Test）など）において、銅ワイヤとアルミパッドとの間で導通不良を生じる場合があるからである。
【0726】
すなわち、この第１８実施形態に係る発明は、アルミニウムを含有する材料からなる第１部材と銅からなる第２部材との間での導通不良の発生を防止することができる、半導体装置を提供することを第１８の目的としている。（３）具体的な実施形態の開示
＜半導体装置の構造＞
図２１４は、本発明の第１８実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。
【0727】
半導体装置１Ｓは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置であり、半導体チップ２Ｓをダイパッド３Ｓ、リード４Ｓおよび銅ワイヤ５Ｓとともに樹脂パッケージ６Ｓで封止した構造を有している。半導体装置１Ｓ（樹脂パッケージ６Ｓ）の外形は、扁平な直方体形状である。半導体チップ２Ｓは、たとえば、平面視で正方形状をなしている。半導体チップ２Ｓの表面の周縁部には、複数のアルミパッド７Ｓが配置されている。各アルミパッド７Ｓは、半導体チップ２Ｓに作り込まれた回路と電気的に接続されている。半導体チップ２Ｓの裏面には、Ａｕ、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｇ（銀）などの金属層からなる裏メタル８Ｓが形成されている。
【0728】
ダイパッド３Ｓおよびリード４Ｓは、金属薄板（たとえば、銅薄板）を打ち抜くことにより形成される。ダイパッド３Ｓおよびリード４Ｓの表面には、Ａｇからなるめっき層９Ｓが形成されている。ダイパッド３Ｓは、各側面が半導体装置１Ｓの側面と平行をなすように半導体装置１Ｓの中央部に配置されている。
【0729】
ダイパッド３Ｓの裏面の周縁部には、裏面側からの潰し加工により、その全周にわたって、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｓが入り込んでいる。これにより、ダイパッド３Ｓの周縁部がその上下から樹脂パッケージ６Ｓで挟まれ、ダイパッド３Ｓの樹脂パッケージ６Ｓからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0730】
また、ダイパッド３Ｓの裏面は、その周縁部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｓの裏面から露出している。リード４Ｓは、ダイパッド３Ｓの各側面と対向する位置に、同数（たとえば、９本）ずつ設けられている。ダイパッド３Ｓの側面に対向する各位置において、リード４Ｓは、その対向する側面と直交する方向に延び、当該側面と平行な方向に等間隔を空けて配置されている。
【0731】
リード４Ｓの裏面のダイパッド３Ｓ側の端部には、裏面側からの潰し加工により、断面略１／４楕円形状の窪みが形成されている。そして、その窪みには、樹脂パッケージ６Ｓが入り込んでいる。これにより、リード４Ｓのダイパッド３Ｓ側の端部がその上下から樹脂パッケージ６Ｓで挟まれ、リード４Ｓの樹脂パッケージ６Ｓからの脱落が防止（抜け止め）されている。
【0732】
リード４Ｓの裏面は、ダイパッド３Ｓ側の端部（断面略１／４楕円形状に窪んだ部分）を除いて、樹脂パッケージ６Ｓの裏面から露出している。また、リード４Ｓのダイパッド３Ｓ側と反対側の側面は、樹脂パッケージ６Ｓの側面から露出している。ダイパッド３Ｓおよびリード４Ｓの裏面における樹脂パッケージ６Ｓから露出する部分には、半田からなるめっき層１０Ｓが形成されている。
【0733】
そして、半導体チップ２Ｓは、アルミパッド７Ｓが配置されている表面を上方に向けた状態で、その裏面が接合材１１Ｓを介して、ダイパッド３Ｓの表面（めっき層９Ｓ）に接合されている。接合材１１Ｓには、たとえば、半田ペーストが用いられる。なお、半導体チップ２Ｓとダイパッド３Ｓとの電気的な接続が不要な場合には、裏メタル８Ｓが省略されて、半導体チップ２Ｓの裏面がダイパッド３Ｓの表面に銀ペーストなどの絶縁性ペーストからなる接合材を介して接合されてもよい。また、ダイパッド３Ｓの表面上のめっき層９Ｓが省略されてもよい。
【0734】
銅ワイヤ５Ｓは、たとえば、純度が９９．９９％以上の銅からなる。銅ワイヤ５Ｓの一端は、半導体チップ２Ｓのアルミパッド７Ｓに接合されている。銅ワイヤ５Ｓの他端は、リード４Ｓの表面に接合されている。そして、銅ワイヤ５Ｓは、半導体チップ２Ｓとリード４Ｓとの間に、アーチ状のループを描いて架設されている。そして、この半導体装置１Ｓでは、前述の第１実施形態と同様に、半導体チップ２Ｓの表面および側面全体、ダイパッド３Ｓの表面および側面全体、リード４Ｓの表面全体、ならびに銅ワイヤ５Ｓ全体が一体的な水分不透過絶縁膜２５Ｓで被覆されている。
【0735】
樹脂パッケージ６Ｓは、エポキシ樹脂を主成分とし、そのエポキシ樹脂中のＣｌ−を捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が添加された材料からなる。イオン捕獲成分としては、たとえば、水酸基を有する物質、具体的には、ハイドロタルサイト、アンチモン−ビスマス系含水酸化物を例示することができる。図２１５は、パッドと銅ワイヤとの接合部分（図２１４に示す破線で囲まれる部分）の模式的な断面図である。
【0736】
アルミパッド７Ｓは、Ａｌを含有する金属からなり、半導体チップ２Ｓの最上層の層間絶縁膜１２Ｓ上に形成されている。層間絶縁膜１２Ｓは、たとえば、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる。層間絶縁膜１２Ｓ上には、表面保護膜１３Ｓが形成されている。表面保護膜１３Ｓは、たとえば、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。アルミパッド７Ｓは、その周縁部が表面保護膜１３Ｓに覆われ、中央部が表面保護膜１３Ｓに形成されたパッド開口１４Ｓを介して露出している。
【0737】
銅ワイヤ５Ｓは、表面保護膜１３Ｓから露出するアルミパッド７Ｓの中央部に接合されている。銅ワイヤ５Ｓは、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢがアルミパッド７Ｓに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、銅ワイヤ５Ｓの先端には、鏡餅形状のファーストボール部１５Ｓが形成される。＜銅ワイヤとアルミパッドとの間での導通不良の発生のメカニズムの解明＞
１．構成元素の分析
本願発明者らは、銅ワイヤとアルミパッドとの間での導通不良が発生するメカニズムを解明すべく、図２１４に示す半導体装置１Ｓと樹脂パッケージ６Ｓの材料が異なる点以外で同じ構造を有する半導体装置を試料として作製した。この試料の樹脂パッケージの材料には、エポキシ樹脂を主成分とし、イオン捕獲成分が添加されていない材料を用いた。
【0738】
そして、試料におけるファーストボール部の周縁部とアルミパッドとの接合部分（接合界面付近）を、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope：透過型電子顕微鏡）により観察した。図２１６は、そのときのＴＥＭ画像である。また、図２１６のＴＥＭ画像中に示す４箇所Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を対象とし、エネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザを用いて、各箇所Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３における構成元素を分析した。各箇所Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の分析結果を、それぞれ図２１７，２１８，２１９，２２０に示す。
【0739】
図２１７〜図２２０に示す分析結果から、ファーストボール部の周縁部とアルミパッドとの接合部分の構成元素には、Ｃｌ（塩素）が含まれていないことが判明した。次に、試料におけるファーストボール部の中央部とアルミパッドとの接合部分（接合界面付近）を、ＴＥＭにより観察した。図２２１は、そのときのＴＥＭ画像である。
また、図２２１のＴＥＭ画像中に示す５箇所Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を対象とし、エネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザを用いて、各箇所Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に含まれる元素を分析した。各箇所Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の分析結果を、それぞれ図２２２，２２３，２２４，２２５，２２６に示す。
【0740】
図２２２〜図２２６に示す分析結果から、箇所Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２における構成元素には、Ｃｌが含まれていることが判明した。２．時間経過に伴う状態の遷移
図２２７Ａ，２２７Ｂ，２２７Ｃは、銅ワイヤとアルミパッドとの接合部分を図解的に示す断面図である。図２２７Ａ〜２２７Ｃの各図では、各部へのハッチングの付与を省略している。
【0741】
さらに、本願発明者らは、いくつかの試料について、時間をずらして、ファーストボール部とアルミパッドとの接合部分を調べた。図２２７Ａに示すように、銅ワイヤとアルミパッドとの接合の直後は、ファーストボール部とアルミパッドとの接合部分に、ＡｌＣｕ合金が生じていた。このＡｌＣｕ合金は、銅ワイヤ寄りの部分でＣｕ９Ａｌ４の組成をなし、アルミパッド寄りの部分でＣｕＡｌ２の組成をなしている。また、アルミパッドの周縁部（ファーストボール部が接合されていない部分）の表面には、自然酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）が生じていた。
【0742】
銅ワイヤおよびアルミパッドが樹脂パッケージに封止されてから適当な第１時間が経過した後、樹脂パッケージを除去して、ファーストボール部とアルミパッドとの接合部分を調べると、図２２７Ｂに示すように、アルミパッドの周縁部の表面の一部に比較的小さい孔食（腐食による凹部）が生じていた。銅ワイヤおよびアルミパッドが樹脂パッケージに封止されてから第１時間よりも長い第２時間が経過した後、樹脂パッケージを除去して、ファーストボール部とアルミパッドとの接合部分を調べると、図２２７Ｃに示すように、孔食がファーストボール部とアルミパッドとの接合部分にまで進行していた。また、Ｃｕ９Ａｌ４の組成をなすＡｌＣｕ合金の周縁部がＡｌ２Ｏ３に変質していた。
３．導通不良の発生のメカニズム
Ｃｌは、接合前の銅ワイヤおよびアルミパッドの各構成元素には含まれず、樹脂パッケージの材料中に存在している。したがって、ファーストボール部の中央部とアルミパッドとの接合部分に存在するＣｌは、銅ワイヤとアルミパッドとの接合後に、ファーストボール部の周縁部と中央部との接合部分から次第にファーストボール部の中央部とアルミパッドとの接合部分へと拡散したと考えられる。
【0743】
その一方、ファーストボール部の周縁部とアルミパッドとの接合部分には、Ｃｌが存在せず、時間の経過に伴って、Ｃｕ９Ａｌ４の組成をなすＡｌＣｕ合金の周縁部がＡｌ２Ｏ３に変質する。以上の考察から、本願発明者らは、銅ワイヤとアルミパッドとの間で導通不良が発生するメカニズムは、次のとおりではないかと考えた。
【0744】
アルミパッドの表面の孔食がファーストボール部の周縁部とアルミパッドとの接合部分にまで進行すると、その接合部分に樹脂パッケージ中にイオンの状態で存在するＣｌ（Ｃｌ−）が達し、次の式（１），（２）の反応が生じる。Ｃｕ９Ａｌ４＋１２Ｃｌ→４ＡｌＣｌ３＋９Ｃｕ ・・・（１）
２ＡｌＣｌ３＋３Ｏ→Ａｌ２Ｏ３＋６Ｃｌ ・・・（２）
この反応の結果、ファーストボール部の周縁部とアルミパッドとの接合部分に、Ａｌ２Ｏ３が生成される。式（２）の反応では、Ａｌ２Ｏ３とともにＣｌが生成される。そのため、式（１），（２）の反応が一度生じた後は、式（２）の反応で生成されるＣｌが、ファーストボール部の中央部とアルミパッドとの接合部分に向けて進行し、式（１）の反応に使用される。すなわち、式（１），（２）の反応は、一度生じた後は、連鎖的に生じる。その結果、Ａｌ２Ｏ３がファーストボール部の中央部とアルミパッドとの接合部分に向けて急速に広がる。
【0745】
そして、ファーストボール部とアルミパッドとの接合部分の全域にＡｌ２Ｏ３が生成されると、ファーストボール部とアルミパッドとがＡｌ２Ｏ３により絶縁分離され、銅ワイヤ（ファーストボール部）とアルミパッドとの間で導通不良が発生する。図２１６に示すファーストボール部の周縁部とアルミパッドとの接合部分にＣｌが存在しなかったのは、その部分では、すでに式（１），（２）の反応が終了していたためであり、図２２１に示すファーストボール部の中央部とアルミパッドとの接合部分にＣｌが存在したのは、その部分では、式（１），（２）の反応が生じている途中であったためであると考えられる。
＜作用効果＞
以上のように、本願発明者らは、銅ワイヤとアルミパッドとの間での導通不良の発生のメカニズムを解明したうえで、樹脂パッケージの材料に、Ｃｌ−を捕獲する性質を有するイオン捕獲成分を添加することを考えた。これにより、銅ワイヤ５Ｓとアルミパッド７Ｓとの接合部分において、ＡｌＣｕ合金（Ｃｕ９Ａｌ４）とＣｌ−との反応を抑制することができ、その反応生成物であるＡｌ２Ｏ３の生成を防止することができる。その結果、銅ワイヤ５Ｓとアルミパッド７ＳとがＡｌ２Ｏ３により絶縁分離されることを防止できる。すなわち、銅ワイヤ５Ｓとアルミパッド７Ｓとの間での導通不良の発生を防止することができる。
＜変形例＞
以上、本発明の第１８実施形態について説明したが、この第１８実施形態は、以下のように変更されていてもよい。
【0746】
たとえば、本発明は、アルミニウムを含有する金属からなるワイヤと銅からなるパッドとが接合された構造を有するものや、銅からなるダイパッドまたはリードとアルミニウムを含有する金属からなるワイヤとが接合された構造を有するものに適用することができる。また、半導体装置１Ｓでは、ＱＦＮが適用されているが、本発明は、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）など、他の種類のノンリードパッケージが適用された半導体装置の製造に適用することもできる。
【0747】
さらにまた、ノンリードパッケージに限らず、ＱＦＰ（Quad Flat Package）など、樹脂パッケージからリードが突出することによるアウターリードを有するパッケージが適用された半導体装置の製造に本発明を適用することもできる。また、前述の実施形態では、銅ワイヤ５Ｓが水分不透過絶縁膜２５Ｓで被覆されている態様を例示したが、前述の第１８の課題を解決するための第１８の目的を少なくとも達成するのであれば、図２２８に示すように、水分不透過絶縁膜２５Ｓが設けられていなくてもよい。
【0748】
次に、この第１８実施形態に関して実験を行なった。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。実施例に係る半導体装置として、図２１４に示す半導体装置１Ｓと同じ構造（本発明の実施形態に係る構造）を有する半導体装置を４０個作製した。
比較例に係る半導体装置として、図２１４に示す半導体装置１Ｓと樹脂パッケージ６Ｓの材料が異なる点以外で同じ構造を有する半導体装置を４０個作製した。比較例に係る半導体装置の樹脂パッケージの材料には、エポキシ樹脂を主成分とし、イオン捕獲成分が添加されていない材料を用いた。
【0749】
そして、実施例に係る半導体装置および比較例に係る各１０個の半導体装置について、温度条件１３０℃および湿度条件８５％での超加速寿命試験（ＨＡＳＴ）を行い、試験開始から１００時間（１００ｈ）、２００時間（２００ｈ）、３００時間（３００ｈ）、５００時間（５００ｈ）、７００時間（７００ｈ）および１０００時間（１０００ｈ）の経過後に、銅ワイヤとアルミパッドとの導通状態を調べた。その結果を、図２２９に示す。
【0750】
また、実施例に係る半導体装置および比較例に係る各３０個の半導体装置について、温度条件１２１℃および湿度条件１００％での飽和蒸気加圧試験（ＰＣＴ）を行い、試験開始から１００時間（１００ｈ）、３００時間（３００ｈ）、５００時間（５００ｈ）、７００時間（７００ｈ）および１０００時間（１０００ｈ）の経過後に、銅ワイヤとアルミパッドとの導通状態を調べた。その結果を、図２３０に示す。
【0751】
図２２９に示すように、超加速寿命試験では、試験開始から１００時間が経過した時点で、比較例に係る半導体装置の１０個中の５個に不良が生じ、５００時間が経過した時点で、比較例に係る半導体装置のすべてに不良が生じた。これに対し、実施例に係る半導体装置には、試験開始から３００時間が経過した時点で不良が生じず、５００時間が経過した時点においても、その９個中の２個に不良が生じただけであった。
【0752】
なお、超加速寿命試験の開始から３００時間が経過した時点で、実施例に係る半導体装置および比較例に係る半導体装置をそれぞれ１個ずつ超加速寿命試験の試験対象から外したので、それ以降は、超加速寿命試験の対象となる実施例に係る半導体装置および比較例に係る半導体装置の個数が１個ずつ減少している。図２３０に示すように、飽和蒸気加圧試験では、試験開始から３００時間が経過した時点で、比較例に係る半導体装置の３０個中の６個に不良が生じたのに対し、試験開始から５００時間が経過しても、実施例に係る半導体装置には不良が発生しなかった。
【0753】
超加速寿命試験および飽和蒸気加圧試験の結果から、実施例に係る半導体装置、つまりエポキシ樹脂にイオン捕獲成分が添加された材料からなる樹脂パッケージを有する半導体装置では、銅ワイヤとアルミパッドとの間での導通不良が生じにくいことが確認され、本発明の効果が確認されるとともに、その導通不良の発生のメカニズムが正しいことが確認された。＜第１９実施形態 図２３１〜図２３９＞
この第１９実施形態は、前述の第３〜第５、第７、第１２、第１７および第１８の課題を解決するための実施形態である。
【0754】
図２３１は、第１９実施形態に係る半導体装置の模式底面図である。図２３２は、第１９実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。半導体装置１Ｔは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ｔは、半導体チップ２Ｔと、半導体チップ２Ｔを支持するダイパッド３Ｔと、半導体チップ２Ｔの周囲に配置された複数の電極リード４Ｔと、半導体チップ２Ｔと電極リード４Ｔとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｔと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｔとを備えている。
【0755】
半導体チップ２Ｔは、平面視四角状であり、複数の配線が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造を有している。半導体チップ２Ｔの多層配線構造は、図２３３および図２３５を参照して、後に詳述する。半導体チップ２Ｔの厚さは、たとえば、２２０〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。半導体チップ２Ｔの表面２１Ｔ（厚さ方向一方面）は、後述する表面保護膜７Ｔ（図２３３参照）で覆われている。
【0756】
半導体チップ２Ｔの表面２１Ｔには、多層配線構造の配線の一部（後述する第３配線２８Ｔ）が、後述するパッド開口８Ｔから電極パッド９Ｔとして露出している。一方、半導体チップ２Ｔの裏面２２Ｔ（厚さ方向他方面）には、たとえば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇなどを含む裏面メタル１０Ｔが形成されている。
ダイパッド３Ｔは、たとえば、金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉを含む合金）からなり、平面視で半導体チップ２Ｔよりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）である。また、ダイパッド３Ｔの厚さは、たとえば、１９０〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。ダイパッド３Ｔの表面３１Ｔ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むパッドめっき層１１Ｔが形成されている。
【0757】
そして、半導体チップ２Ｔおよびダイパッド３Ｔは、半導体チップ２Ｔの裏面２２Ｔおよびダイパッド３Ｔの表面３１Ｔが接合面として互いに対向した状態で、裏面２２Ｔと表面３１Ｔとの間に接合材１２Ｔを介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２Ｔは、表面２１Ｔを上方に向けた姿勢でダイパッド３Ｔに支持されている。
【0758】
接合材１２Ｔは、たとえば、半田ペーストなどの導電性ペーストからなる。なお、接合材１２Ｔとして、たとえば、銀ペースト、アルミナペーストなどの絶縁性ペーストを適用でき、その場合には、裏面メタル１０Ｔおよび／またはパッドめっき層１１Ｔは省略されてもよい。また、半導体チップ２Ｔとダイパッド３Ｔとが接合された状態において、接合材１２Ｔの厚さは、たとえば、１０〜２０μｍである。
【0759】
ダイパッド３Ｔの裏面３２Ｔ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｔから露出されている。露出した他方面には、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１３Ｔが形成されている。電極リード４Ｔは、たとえば、ダイパッド３Ｔと同じ金属薄板（たとえば、Ｃｕ、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉなどを含む）からなる。電極リード４Ｔは、ダイパッド３Ｔの各側面と直交する各方向における両側に、半導体チップ２Ｔの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｔの各側面に対向する電極リード４Ｔは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｔのダイパッド３Ｔとの対向方向における長さは、たとえば、２４０〜２６０μｍ（好ましくは、２５０μｍ程度）である。電極リード４Ｔの表面４１Ｔ（厚さ方向一方面）には、Ａｇなどを含むリードめっき層１４Ｔが形成されている。
【0760】
一方、電極リード４Ｔの裏面４２Ｔ（厚さ方向他方面）は、樹脂パッケージ６Ｔから露出されている。露出した裏面４２Ｔには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる半田めっき層１５Ｔが形成されている。ボンディングワイヤ５Ｔは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５Ｔは、線状に延びる円柱状の本体部５１Ｔと、本体部５１Ｔの両端に形成され、電極パッド９Ｔおよび電極リード４Ｔにそれぞれ接合されたパッド接合部５２Ｔおよびリード接合部５３Ｔとを有している。
【0761】
本体部５１Ｔは、電極パッド９Ｔ側の一端から半導体チップ２Ｔの外側に上方へ膨らむ放物線状に湾曲し、他端において電極リード４Ｔの表面４１Ｔへ向かって鋭角に入射している。リード接合部５３Ｔは、本体部５１Ｔに近い一端側が相対的に厚く、本体部５１Ｔに遠い他端側に至るに従って相対的に薄くなる断面視くさび状である。
【0762】
樹脂パッケージ６Ｔは、エポキシ樹脂を主成分とし、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤、離型剤、ｐＨ調整剤などを含有し、さらに、当該エポキシ樹脂中のＣｌ−を捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が添加された材料からなる。イオン捕獲成分としては、たとえば、水酸基を有する物質、具体的には、ハイドロタルサイト、アンチモン−ビスマス系含水酸化物を例示することができる。
【0763】
含有されるエポキシ樹脂としては、樹脂パッケージ用エポキシ樹脂として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂（トリフェニルメタン型エポキシ樹脂）、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物、ビフェニレン型エポキシ樹脂、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂、テルペン変性エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0764】
含有される硬化剤としては、樹脂パッケージ用硬化剤として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、ノボラック型フェノール樹脂、たとえば、フェノール・アラルキル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂、ビフェニル・アラルキル樹脂などのアラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0765】
含有される硬化促進剤としては、樹脂パッケージ用硬化促進剤と使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン、５、６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などのシクロアミジン化合物およびこれらの化合物に無水マレイン酸、１，４−ベンゾキノン、２，５−トルキノン、１，４−ナフトキノン、２，３−ジメチルベンゾキノン、２，６−ジメチルベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−５−メチル−１，４−ベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノンなどのキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂などのπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの３級アミン類およびこれらの誘導体、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類およびこれらの誘導体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（４−メチルフェニル）ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなどのホスフィン化合物およびこれらのホスフィン化合物に無水マレイン酸、上記キノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂などのπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩およびこれらの誘導体などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0766】
含有されるカップリング剤としては、樹脂パッケージ用カップリング剤として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、１級、２級および３級アミノ基の少なくとも１つを有するシラン化合物、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランなどの各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0767】
含有される離型剤としては、樹脂パッケージ用離型剤として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、カルナバワックス、モンタン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、モンタン酸エステルなどのエステル系ワックス、酸化ポリエチレン、非酸化ポリエチレンなどのポリオレフィン系ワックスなどが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0768】
含有されるｐＨ調整剤としては、たとえば、ワラストナイト（ケイ酸カルシウム）、タルク（ケイ酸マグネシウム）、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどの無機充填材が挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。なお、樹脂パッケージ６Ｔは、必要に応じて、希釈剤、着色剤、難燃剤、レベリング剤、消泡剤などの添加物を含有していてもよい。
【0769】
上記組成の樹脂パッケージ６ＴのｐＨは、４．５を超えており、好ましくは、樹脂パッケージ６ＴのｐＨを酸性に保持する必要から、４．５を超えて７．０未満であり、さらに好ましくは、６．０以上７．０未満である。また、樹脂パッケージ６Ｔは、半導体装置１Ｔの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｔの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．８５ｍｍ程度である。
【0770】
そして、半導体装置１Ｔでは、半導体チップ２Ｔの表面２１Ｔと樹脂パッケージ６Ｔの表面（上面）との間隔Ｌ１が、半導体チップ２Ｔの側面と樹脂パッケージ６Ｔの側面との最短距離Ｗよりも小さい。具体的には、間隔Ｌ１が、たとえば、３７５〜４２５μｍ、好ましくは、４００μｍ程度であり、最短距離Ｗが、たとえば、８００〜１０００μｍ、好ましくは、９００μｍ程度である。
【0771】
また、間隔Ｌ１は、半導体チップ２Ｔの表面２１Ｔと樹脂パッケージ６Ｔの裏面（ダイパッド３Ｔの裏面３２Ｔ）との距離Ｌ２（たとえば、４２５〜４７５μｍ、好ましくは、４５０μｍ程度）以下である。図２３３は、図２３２の破線円で囲まれる部分の拡大図である。図２３４は、パッド接合部の体積を求めるための概念図である。図２３５は、図２３３に示す電極パッドの平面図である。
【0772】
半導体チップ２Ｔは、半導体基板１６Ｔと、半導体基板１６Ｔ上に順に積層された第１〜第３層間絶縁膜１７Ｔ〜１９Ｔと、第１〜第３層間絶縁膜１７Ｔ〜１９Ｔのそれぞれの表面に形成された第１〜第３バリア層２３Ｔ〜２５Ｔと、半導体チップ２Ｔの表面２１Ｔを被覆する表面保護膜７Ｔとを備えている。半導体基板１６Ｔは、たとえば、シリコンからなる。
【0773】
第１〜第３層間絶縁膜１７Ｔ〜１９Ｔは、たとえば、酸化シリコンからなる。第１層間絶縁膜１７Ｔ上には、第１バリア層２３Ｔを介して、第１配線２６Ｔが形成されている。また、第２層間絶縁膜１８Ｔ上には、第２バリア層２４Ｔを介して、第２配線２７Ｔが形成されている。また、第３層間絶縁膜１９Ｔ上には、第３バリア層２５Ｔを介して、第３配線２８Ｔが形成されている。
【0774】
第１〜第３配線２６Ｔ〜２８Ｔは、第１〜第３バリア層２３Ｔ〜２５Ｔの材料よりも軟らかい金属材料、具体的には、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。第３配線２８Ｔは、表面保護膜７Ｔに被覆されることにより、最上層の層間絶縁膜（第３層間絶縁膜１９Ｔ）と表面保護膜７Ｔとの間に形成されている。第３配線２８Ｔは、平面視四角形状（たとえば、１２０μｍ×１２０μｍの四角形状）である。また、第３配線２８Ｔの厚さは、たとえば、５０００Å以上、好ましくは、７０００〜２８０００Åである。
【0775】
第３配線２８Ｔを被覆する表面保護膜７Ｔには、第３配線２８Ｔを電極パッド９Ｔとして露出させるためのパッド開口８Ｔが形成されている。第２配線２７Ｔは、第３層間絶縁膜１９Ｔに被覆されることにより、第２層間絶縁膜１８Ｔと第３層間絶縁膜１９Ｔとの間に形成されている。第２配線２７Ｔは、所定パターンで形成されている。たとえば、平面視において、電極パッド９Ｔと重ならないようなパターンで形成されている。また、第２配線２７Ｔの厚さは、たとえば、３０００〜９０００Åである。
【0776】
第１配線２６Ｔは、第２層間絶縁膜１８Ｔに被覆されることにより、第１層間絶縁膜１７Ｔと第２層間絶縁膜１８Ｔとの間に形成されている。第１配線２６Ｔは、所定パターンで形成されている。たとえば、電極パッド９Ｔの直下においては、第１配線２６Ｔは、互いに平行に延びる複数の直線部２９Ｔと、隣接する直線部２９Ｔの一端部同士および他端部同士を交互に連絡する連絡部３０Ｔとを備え、略Ｓ字状に折れ曲がる葛折パターンで形成されている。これにより、１つの電極パッド９Ｔ（第３配線２８Ｔ）は、複数の直線部２９Ｔと、第２層間絶縁膜１８Ｔにおける直線部２９Ｔ間に挟まれる挟部２０Ｔとに対向している。
【0777】
隣接する直線部２９Ｔ同士の間隔（直線部２９ＴのピッチＷ）は、たとえば、全て等しく、具体的には、２〜１０μｍである。また、第１配線２６Ｔの厚さは、たとえば、３０００〜９０００Åである。なお、第１〜第３配線２６Ｔ〜２８Ｔのパターンは、半導体チップ２Ｔのデザインルールなどに合わせて適宜変更することが可能であり、上記したパターンに限られない。
【0778】
第１〜第３バリア層２３Ｔ〜２５Ｔは、たとえば、チタン（ＴｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＴｉＷ）およびこれらの積層構造などからなる。第１〜第３バリア層２３Ｔ〜２５Ｔの厚さは、第１〜第３配線２６Ｔ〜２８Ｔの厚さよりも小さく、たとえば、５００〜２０００Åである。電極パッド９Ｔに接合されたボンディングワイヤ５Ｔのパッド接合部５２Ｔは、平面視で電極パッド９Ｔよりも小さい。パッド接合部５２Ｔは、厚さ方向他方側が電極パッド９Ｔの表面に接触する略円柱状のベース部５４Ｔと、ベース部５４Ｔの一方側から突出し、先端が本体部５１Ｔの一端に繋がる略傘状の突出部５５Ｔとを一体的に有する断面視凸状である。
【0779】
ボンディングワイヤ５Ｔは、後述するように、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢが電極パッド９Ｔに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、ボンディングワイヤ５Ｔにおける電極パッド９Ｔとの接合部分には、断面視凸状のパッド接合部５２Ｔが形成される。また、パッド接合部５２Ｔの周囲に、パッド接合部５２Ｔの下方から電極パッド９Ｔの材料が徐々に迫り出すことにより、迫り出し部３４Ｔが電極パッド９Ｔの表面から大きく浮き上がらずに形成される。
【0780】
また、ボンディングワイヤ５Ｔにおいて、本体部５１Ｔの線径Ｄｗ（本体部５１Ｔの直径）の３乗に対するパッド接合部５２Ｔの体積Ｖの比（Ｖ／（Ｄｗ）３）は、１．８〜５．６である。このパッド接合部５２Ｔの体積Ｖは、たとえば、略円柱状のベース部５４Ｔの体積Ｖｂおよび略傘状の突出部５５Ｔの体積Ｖｐを近似値として求め、それら近似値を足すことにより求めることができる。
【0781】
ベース部５４Ｔの体積Ｖｂは、図２３４に示すように、ベース部５４Ｔを概念的に直径Ｄｂ、高さＨｂの円柱とし、その円柱の体積に基づいて近似値として求めることができる。したがって、Ｖｂ≒π（Ｄｂ／２）２・Ｈｂと表わすことができる。一方、突出部５５Ｔの体積Ｖｐは、突出部５５Ｔが円錐をベースとして、円錐の頂部を高さ方向が軸となる円柱状に形成してなる略傘状であることから、図２３４に示すように、突出部５５Ｔを概念的に直径Ｄｐ、高さＨｐの円錐とし、その円錐の体積に基づいて近似値として求めることができる。したがって、Ｖｐ≒π・（Ｄｐ／２）２・Ｈｐ／３と表わすことができる。
【0782】
また、この半導体装置１Ｔでは、平面視において、ボンディングワイヤ５Ｔと電極パッド９Ｔとの接合領域３３Ｔに重なる第１配線２６Ｔの面積（図２３５の斜線部分の面積）が、接合領域３３Ｔの面積Ｓの２６．８％以下であり、好ましくは、０〜２５％である。接合領域３３Ｔは、電極パッド９Ｔの表面に対してパッド接合部５２Ｔのベース部５４Ｔが接触する平面視円形の領域であり、その面積Ｓは、ベース部５４Ｔの直径Ｄｂを用いて、式：Ｓ＝π（Ｄｂ／２）２により求めることができる。
【0783】
図２３６Ａ〜図２３６Ｄは、図２３２の半導体装置の製造方法を工程順に説明するための模式的な断面図である。上記した半導体装置１Ｔを製造するには、たとえば、まず、ダイパッド３Ｔおよび電極リード４Ｔとを一体的に有するユニットを複数備えるリードフレーム７０Ｔが用意される。なお、図２３６Ａ〜図２３６Ｄでは、リードフレーム７０Ｔの全体図は省略し、半導体チップ２Ｔを１つ搭載するのに必要な１ユニット分のダイパッド３Ｔおよび電極リード４Ｔのみを示す。
【0784】
次いで、めっき法により、リードフレーム７０Ｔの表面にＡｇなどの金属めっきが施される。これにより、パッドめっき層１１Ｔおよびリードめっき層１４Ｔが同時に形成される。次いで、図２３６Ａに示すように、接合材１２Ｔを介して、リードフレーム７０Ｔ上の全てのダイパッド３Ｔに、半導体チップ２Ｔがダイボンディングされる。
【0785】
続いて、キャピラリＣを備えるワイヤボンダ（図示せず）により、ボンディングワイヤ５Ｔのボンディングが行なわれる。キャピラリＣは、図２３６Ａに示すように、ワイヤ挿通孔６１Ｔが中心軸線上に形成された略円筒形状をなしている。ボンディングワイヤ５Ｔは、ワイヤ挿通孔６１Ｔに挿通されて、ワイヤ挿通孔６１Ｔの先端（下端）から送り出される。また、キャピラリＣは、熱伝導率が、１５〜４５Ｗ／ｍ・Ｋ、好ましくは、１７〜４３Ｗ／ｍ・Ｋの材料からなる。具体的には、多結晶ルビー（熱伝導率が、たとえば、１７〜１９Ｗ／ｍ・Ｋ程度）や、単結晶ルビー（熱伝導率が、たとえば、４１〜４３Ｗ／ｍ・Ｋ程度）からなる。
【0786】
キャピラリＣの先端部には、ワイヤ挿通孔６１Ｔの下方に、ワイヤ挿通孔６１Ｔと連通する円錐台形状のチャンファ６２Ｔが形成されている。また、キャピラリＣの先端部は、チャンファ６２Ｔの下端縁に連続し、ボンディングワイヤ５Ｔと電極パッド９Ｔおよび電極リード４Ｔとの接合時（ワイヤボンディング時）に電極パッド９Ｔおよび電極リード４Ｔと対向する面であるフェイス６３Ｔを有している。フェイス６３Ｔは、キャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対して外側が上がるように緩やかに傾斜している。
【0787】
まず、図２３６Ａに示すように、キャピラリＣが電極パッド９Ｔの直上に移動される。次に、チャンファ６２Ｔにボンディングワイヤ５Ｔの先端が位置する状態で、ボンディングワイヤ５Ｔの先端部に電流が印加されることにより、その先端部にＦＡＢ６４が形成される。電流の値および印加時間は、ボンディングワイヤ５Ｔの線径およびＦＡＢ６４の狙い直径（ＦＡＢ６４の設計上の直径）に応じて適宜設定される。
【0788】
たとえば、電流の値Ｉは、ボンディングワイヤ５Ｔの本体部５１Ｔの線径Ｄｗが大きいほど、大きな値に設定され、たとえば、Ｄｗ＝２５μｍのときがＩ＝４０ｍＡであり、Ｄｗ＝３０μｍのときがＩ＝６０ｍＡであり、Ｄｗ＝３８μｍのときがＩ＝１２０ｍＡである。なお、電流の印加時間は、ＦＡＢ６４の直径Ｄｆに応じて、適切な長さに設定される。
【0789】
このようにして形成されるＦＡＢ６４の体積Ｖｆは、ＦＡＢ６４の直径Ｄｆを用いて、Ｖｆ＝４／３・π・（Ｄｆ／２）３と表わすことができる。また、ＦＡＢ６４の一部は、チャンファ６２Ｔからその下方にはみ出ている。その後、図２３６Ｂに示すように、キャピラリＣが電極パッド９Ｔに向かって下降され、キャピラリＣにより、ＦＡＢ６４が電極パッド９Ｔに押し付けられる。このとき、キャピラリＣによりＦＡＢ６４に荷重が加えられるとともに、キャピラリＣに設けられた超音波振動子（図示せず）から発振された超音波振動がＦＡＢ６４に付与される。
【0790】
図２３７は、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。たとえば、図２３７に示すように、ＦＡＢ６４が電極パッド９Ｔに当接した時刻Ｔ１から所定時間（たとえば、３ｍｓｅｃ）が経過する時刻Ｔ２までの間は、キャピラリＣからＦＡＢ６４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。時刻Ｔ２以後は、キャピラリＣからＦＡＢ６４に加えられる荷重が下げられ、ＦＡＢ６４に相対的に小さい荷重Ｐ２（たとえば、３０ｇ）が加えられる。この荷重Ｐ２は、キャピラリＣが上昇される時刻Ｔ４になるまで加え続けられる。
【0791】
なお、初期荷重Ｐ１は、電極パッド９Ｔに対するパッド接合部５２Ｔの狙い接合面積（電極パッド９Ｔに対するパッド接合部５２Ｔの設計上の接合面積Ｓ＝π（Ｄｂ／２）２）に一定の係数（初期荷重Ｐ１の単位がｇであり、接合面積の単位がｍｍ２である場合、たとえば、２８７８６）を乗じた値に基づいて設定される。本実施形態では、電極パッド９Ｔに対するパッド接合部５２Ｔの狙い接合面積Ｓを０．００４３０ｍｍ２として、初期荷重Ｐ１が１３０ｇに設定される。
【0792】
キャピラリＣとして、スタンダードタイプキャピラリが用いられる場合、超音波振動子には、ＦＡＢ６４が電極パッド９Ｔに当接する時刻Ｔ１より前から相対的に小さい値Ｕ１の駆動電流が印加される。駆動電流値Ｕ１は、たとえば、１５ｍＡである。そして、ＦＡＢ６４が電極パッド９Ｔに当接すると、そのときの時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間に、超音波振動子に印加される駆動電流の値が値Ｕ１から値Ｕ２まで一定の変化率で（単調に）上げられる。この変化率は、２１ｍＡ／ｍｓｅｃ以下に設定される。また、超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値Ｕ２は、その値Ｕ２をパッド接合部５２Ｔの狙い接合面積で除した値が０．０１９７ｍＡ／μｍ２以下となるように設定される。この実施形態では、駆動電流値Ｕ２は、たとえば、９０ｍＡである。さらに、ＦＡＢ４４に初期荷重が加えられる所定時間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値が１４６ｍＡ・ｍｓｅｃ以下となるように、駆動電流値Ｕ１，Ｕ２が設定される。時刻Ｔ３以後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕ２の駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。
【0793】
スタンダードタイプキャピラリは、図２３８に示すような形状をなし、次のような寸法を有している。チャンファ６２Ｔの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイス６３Ｔの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面（図２３８に示す断面）において、チャンファ６２Ｔの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイス６３ＴがキャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角ＦＡは、８°である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリＣの側面のフェイス６３Ｔの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度ＣＡは、２０°である。
【0794】
一方、キャピラリＣとして、ボトルネックタイプキャピラリが用いられる場合、図２３７に示すように、超音波振動子には、ＦＡＢ６４が電極パッド９Ｔに当接する時刻Ｔ１より前から値Ｕ１の１．４倍の値の駆動電流が印加される。そして、ＦＡＢ６４が電極パッド９Ｔに当接すると、そのときの時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間に、超音波振動子に印加される駆動電流の値が値Ｕ１から値Ｕ２の１．４倍の値まで一定の変化率で（単調に）上げられる。時刻Ｔ３以後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕ２の１．４倍の値の駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。
【0795】
ボトルネックタイプキャピラリは、図２３９に示すような形状をなし、次のような寸法を有している。チャンファ６２Ｔの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイス６３Ｔの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面（図２３９に示す断面）において、チャンファ６２Ｔの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイス６３ＴがキャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角ＦＡは、８°である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリＣの側面のフェイス６３Ｔの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度ＣＡは、１０°である。
【0796】
その結果、ＦＡＢ６４がキャピラリＣのチャンファ６２Ｔおよびフェイス６３Ｔの形状に沿って変形し、図２３６Ｂに示すように、電極パッド９Ｔ上に、鏡餅形状のパッド接合部５２Ｔが形成されるとともに、その周囲に迫り出し部３４Ｔが形成される。これにより、電極パッド９Ｔに対するボンディングワイヤ５Ｔの接合（ファーストボンディング）が達成される。
【0797】
時刻Ｔ１から予め定める接合時間が経過し、時刻Ｔ４になると、キャピラリＣが電極パッド９Ｔの上方に離間される。その後、キャピラリＣは、電極リード４Ｔの表面に向けて斜め下方に移動される。そして、図２３６Ｃに示すように、超音波振動子に駆動電流が印加され、キャピラリＣに超音波振動が付与されつつ、キャピラリＣにより、ボンディングワイヤ５Ｔが電極リード４Ｔの表面に押し付けられ、さらに引きちぎられる。これにより、電極リード４Ｔの表面上に、ボンディングワイヤ５Ｔの他端部からなる側面視楔状のステッチ部（リード接合部５３Ｔ）が形成され、銅ワイヤの電極リード４Ｔに対する接合（セカンドボンディング）が達成される。
【0798】
その後は、他の電極パッド９Ｔおよびこれに対応する電極リード４Ｔを対象として、図２３６Ａ〜図２３６Ｃに示す工程が行われる。そして、図２３６Ａ〜図２３６Ｃに示す工程が繰り返されることにより、図２３６Ｄに示すように、半導体チップ２Ｔのすべての電極パッド９Ｔと電極リード４Ｔとの間にボンディングワイヤ５Ｔが架設される。全てのワイヤボンディング終了後、リードフレーム７０Ｔが成形金型にセットされ、全ての半導体チップ２Ｔがリードフレーム７０Ｔとともに、樹脂パッケージ６Ｔにより一括して封止される。そして、樹脂パッケージ６Ｔから露出するダイパッド３Ｔの裏面３２Ｔおよび電極リード４Ｔの裏面４２Ｔに半田めっき層１３Ｔ，１５Ｔが形成される。最後に、ダイシングソーを用いて、リードフレーム７０Ｔが樹脂パッケージ６Ｔとともに各半導体装置１Ｔのサイズに切断されることにより、図２３２に示す半導体装置１Ｔの個片が得られる。
【0799】
なお、この第１９実施形態は、前述第３、第５、第７、第１２、第１７および第１８実施形態に対応しており、これらの実施形態の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。すなわち、この第１９実施形態によれば、前述した第３〜第５、第７、第１２、第１７および第１８実施形態と同様の作用・効果を達成することができる。＜第２０実施形態 図２４０〜図２４９＞
この第２０実施形態は、前述の第３〜第５、第７、第１１、第１２、第１７および第１８の課題を解決するための実施形態である。
【0800】
図２４０は、第２０実施形態に係る半導体装置の模式底面図である。図２４１は、第２０実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。図２４２は、図２４１の破線円Ａで囲まれる部分の要部拡大図である。図２４３は、図２４１の破線円Ｂで囲まれる部分の要部拡大図である。図２４４は、パッド接合部の体積を求めるための概念図である。図２４５は、図２４４に示す電極パッドの平面図である。
【0801】
半導体装置１Ｕは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１Ｕは、半導体チップ２Ｕと、半導体チップ２Ｕが搭載されるダイパッド３Ｕと、ダイパッド３Ｕの周囲に配置された複数の電極リード４Ｕと、半導体チップ２Ｕと電極リード４Ｕとを電気的に接続するボンディングワイヤ５Ｕと、これらを封止する樹脂パッケージ６Ｕとを備えている。
【0802】
以下では、便宜的に、半導体チップ２Ｕとダイパッド３Ｕとの対向方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向として本実施形態を説明する。半導体チップ２Ｕは、平面視四角状のＳｉ基板７Ｕを備えている。
Ｓｉ基板７Ｕの厚さは、たとえば、２２０〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。Ｓｉ基板７Ｕの表面７１Ｕには、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造（図２４３参照）が形成されており、その多層配線構造の最表面は、表面保護膜１６Ｕ（後述）で覆われている。
【0803】
電極パッド８Ｕとして露出する最上の配線層は、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。一方、Ｓｉ基板７Ｕの裏面７２Ｕ（ダイパッド３Ｕとの対向面）には、裏メタル９Ｕが形成されている。
【0804】
裏メタル９Ｕは、図２４２に示すように、Ｓｉ基板７Ｕの側から順に、Ａｕ層９１Ｕ、Ｎｉ層９２ＵおよびＣｕ層９３Ｕが積層された３層構造を有している。Ａｕ層９１Ｕは、Ｓｉ半導体に対して通電可能なオーミック接触であり、Ｓｉ基板７Ｕの裏面７２Ｕに接触している。Ｎｉ層９２Ｕは、裏メタル９Ｕの最表面をなすＣｕ層９３ＵよりもＳｉ基板７Ｕ側に形成されており、Ｓｉ基板７Ｕ中のＳｉが裏メタル９Ｕの最表面に析出するＳｉノジュールを防止するための層である。
【0805】
ダイパッド３Ｕおよび複数の電極リード４Ｕは、同一の金属薄板からなるリードフレーム１０Ｕとして形成されている。リードフレーム１０Ｕを構成する金属薄板は、Ｃｕを主として含有するＣｕ系素材からなり、具体的には、たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅、Ｃｕと異種金属との合金（たとえば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金など）からなる。なお、金属薄板は、たとえば、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）などのＦｅ系素材などであってもよい。また、リードフレーム１０Ｕ（金属薄板）の厚さは、たとえば、１９０〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。
【0806】
ダイパッド３Ｕは、平面視で半導体チップ２Ｕよりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）である。ダイパッド３Ｕの表面３１Ｕ（半導体チップ２Ｕとの対向面）は、めっきやスパッタなどの処理による金属薄膜により被覆されていない非被覆面であり、リードフレーム１０Ｕを構成するＣｕ系素材が表面３１Ｕ全体に露出している。ダイパッド３Ｕの表面３１Ｕ上には、複数のＣｕスタッドバンプ１８Ｕが設けられている。Ｃｕスタッドバンプ１８Ｕは、平面視において、ダイパッド３Ｕの各角に一つずつ配置され、合計４つ設けられている。各Ｃｕスタッドバンプ１８Ｕは、公知のワイヤボンディング法により形成されており、表面３１Ｕに接触する相対的に大径のベース部１８１Ｕと、ベース部１８１Ｕから半導体チップ２Ｕ側へ突出する相対的に小径の先端部１８２Ｕとを一体的に有する断面視凸状である。
【0807】
そして、半導体チップ２Ｕは、裏メタル９ＵがＣｕスタッドバンプ１８Ｕの先端部１８２Ｕに接触するように、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｕに支持された状態で、Ｓｉ基板７Ｕの裏面７２Ｕとダイパッド３Ｕの表面３１Ｕとの間に接合層１１Ｕを介在させることによって、ダイパッド３Ｕに接合されている。接合層１１Ｕは、相対的に厚い主層としてのＢｉ系材料層１１１Ｕと、相対的に薄い副層としてのＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ，１１３Ｕ，１１４Ｕとを備えている。
【0808】
Ｂｉ系材料層１１１Ｕは、主成分としてＢｉを含有しており、副成分として、Ｂｉの物性に影響を与えることのない程度の量のＳｎ、Ｚｎなどが含有されていてもよい。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ，１１３Ｕ，１１４Ｕは、Ｃｕと、Ｃｕとは異なる異種金属であるＳｎとの合金からなり、Ｃｕが主成分として含有されている。
半導体チップ２Ｕ側のＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕは、接合層１１Ｕにおける裏メタル９ＵのＣｕ層９３Ｕとの界面近傍において、その全域にわたって形成されている。これにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕは、裏メタル９ＵのＣｕ層９３Ｕに接触している。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕは、たとえば、Ｚ方向において、Ｂｉ系材料層１１１Ｕの側から半導体チップ２Ｕ側へ向かって、Ｃｕ６Ｓｎ５／Ｃｕ３Ｓｎで表される積層構造を有している。
【0809】
一方、ダイパッド３Ｕ側のＣｕ−Ｓｎ合金層１１３Ｕは、接合層１１Ｕにおけるダイパッド３Ｕの表面３１Ｕとの界面近傍において、その全域にわたって形成されている。これにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１３Ｕは、ダイパッド３Ｕの表面３１Ｕに接触している。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１３Ｕは、たとえば、Ｚ方向において、Ｂｉ系材料層１１１Ｕの側からダイパッド３Ｕ側へ向かって、Ｃｕ６Ｓｎ５／Ｃｕ３Ｓｎで表される積層構造を有している。
【0810】
なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ，１１３Ｕは、接合層１１Ｕにおけるダイパッド３Ｕの表面３１Ｕとの界面近傍および接合層１１Ｕにおける裏メタル９ＵのＣｕ層９３Ｕとの界面近傍のそれぞれにおいて、それら部分的に形成されていてもよい。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１４Ｕは、Ｃｕスタッドバンプ１８Ｕを被覆するように形成されている。
【0811】
そして、Ｂｉ系材料層１１１ＵおよびＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ，１１３Ｕは、ダイパッド３Ｕの表面３１Ｕと裏メタル９ＵのＣｕ層９３Ｕとの間において、Ｂｉ系材料層１１１ＵをＺ方向の両側から、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ，１１３Ｕで挟み込んだ３層構造（Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ／Ｂｉ系材料層１１１Ｕ／Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１３Ｕ）をなしている。
【0812】
上記のような接合層１１Ｕの融点は、たとえば、２６０〜２８０℃、好ましくは、２６５〜２７５℃である。また、半導体チップ２Ｕとダイパッド３Ｕとが接合された状態において、接合層１１Ｕの総厚さ（Ｂｉ系材料層１１１Ｕの厚さとＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ，１１３Ｕの厚さとの合計）Ｔは、たとえば、３０．５〜５３μｍである。各層の厚さは、たとえば、Ｂｉ系材料層１１１Ｕの厚さが３０〜５０μｍであり、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ，１１３Ｕの厚さが０．５〜３μｍである。
【0813】
ダイパッド３Ｕの裏面３２Ｕ（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６Ｕから露出されている。露出した裏面３２Ｕには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる裏面めっき層１２Ｕが形成されている。電極リード４Ｕは、ダイパッド３Ｕの各側面と直交する各方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられることにより、ダイパッド３Ｕの周囲に配置されている。ダイパッド３Ｕの各側面に対向する電極リード４Ｕは、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４Ｕのダイパッド３Ｕとの対向方向における長さは、たとえば、４４０〜４６０μｍ（好ましくは、４５０μｍ程度）である。電極リード４Ｕの表面４１Ｕ（ボンディングワイヤ５Ｕの接続面）は、めっきやスパッタなどの処理による金属薄膜により被覆されていない非被覆面であり、リードフレーム１０Ｕを構成するＣｕ系素材が表面４１Ｕ全体に露出している。
【0814】
一方、電極リード４Ｕの裏面４２Ｕ（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６Ｕから露出されている。露出した裏面４２Ｕには、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなる裏面めっき層１３Ｕが形成されている。ボンディングワイヤ５Ｕは、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５Ｕは、線状に延びる円柱状の本体部５１Ｕと、本体部５１Ｕの両端に形成され、電極パッド８Ｕおよび電極リード４Ｕにそれぞれ接合されたパッド接合部５２Ｕおよびリード接合部５３Ｕとを有している。
【0815】
本体部５１Ｕは、電極パッド８Ｕ側の一端から半導体チップ２Ｕの外側に上方へ膨らむ放物線状に湾曲し、他端において電極リード４Ｕの表面４１Ｕへ向かって鋭角に入射している。リード接合部５３Ｕは、本体部５１Ｕに近い一端側が相対的に厚く、本体部５１Ｕに遠い他端側に至るに従って相対的に薄くなる断面視くさび状である。
【0816】
樹脂パッケージ６Ｕは、エポキシ樹脂を主成分とし、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤、離型剤、ｐＨ調整剤などを含有し、さらに、当該エポキシ樹脂中のＣｌ−を捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が添加された材料からなる。イオン捕獲成分としては、たとえば、水酸基を有する物質、具体的には、ハイドロタルサイト、アンチモン−ビスマス系含水酸化物を例示することができる。
【0817】
含有されるエポキシ樹脂としては、樹脂パッケージ用エポキシ樹脂として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂（トリフェニルメタン型エポキシ樹脂）、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物、ビフェニレン型エポキシ樹脂、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂、テルペン変性エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0818】
含有される硬化剤としては、樹脂パッケージ用硬化剤として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、ノボラック型フェノール樹脂、たとえば、フェノール・アラルキル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂、ビフェニル・アラルキル樹脂などのアラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0819】
含有される硬化促進剤としては、樹脂パッケージ用硬化促進剤と使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン、５、６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などのシクロアミジン化合物およびこれらの化合物に無水マレイン酸、１，４−ベンゾキノン、２，５−トルキノン、１，４−ナフトキノン、２，３−ジメチルベンゾキノン、２，６−ジメチルベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−５−メチル−１，４−ベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノンなどのキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂などのπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの３級アミン類およびこれらの誘導体、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類およびこれらの誘導体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（４−メチルフェニル）ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなどのホスフィン化合物およびこれらのホスフィン化合物に無水マレイン酸、上記キノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂などのπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩およびこれらの誘導体などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0820】
含有されるカップリング剤としては、樹脂パッケージ用カップリング剤として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、１級、２級および３級アミノ基の少なくとも１つを有するシラン化合物、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランなどの各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物などが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0821】
含有される離型剤としては、樹脂パッケージ用離型剤として使用されるものであれば特に制限されず、たとえば、カルナバワックス、モンタン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、モンタン酸エステルなどのエステル系ワックス、酸化ポリエチレン、非酸化ポリエチレンなどのポリオレフィン系ワックスなどが挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。
【0822】
含有されるｐＨ調整剤としては、たとえば、ワラストナイト（ケイ酸カルシウム）、タルク（ケイ酸マグネシウム）、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどの無機充填材が挙げられる。これらは単独使用または２種以上併用することができる。なお、樹脂パッケージ６Ｕは、必要に応じて、希釈剤、着色剤、難燃剤、レベリング剤、消泡剤などの添加物を含有していてもよい。
【0823】
上記組成の樹脂パッケージ６ＵのｐＨは、４．５を超えており、好ましくは、樹脂パッケージ６ＵのｐＨを酸性に保持する必要から、４．５を超えて７．０未満であり、さらに好ましくは、６．０以上７．０未満である。また、樹脂パッケージ６Ｕは、半導体装置１Ｕの外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６Ｕの大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．８５ｍｍ程度である。
【0824】
そして、半導体装置１Ｕでは、半導体チップ２Ｕの表面と樹脂パッケージ６Ｕの表面（上面）との間隔Ｌ１が、半導体チップ２Ｕの側面と樹脂パッケージ６Ｕの側面との最短距離Ｗよりも小さい。具体的には、間隔Ｌ１が、たとえば、３７５〜４２５μｍ、好ましくは、４００μｍ程度であり、最短距離Ｗが、たとえば、８００〜１０００μｍ、好ましくは、９００μｍ程度である。
【0825】
また、間隔Ｌ１は、半導体チップ２Ｕの表面と樹脂パッケージ６Ｕの裏面（ダイパッド３Ｕの裏面３２Ｕ）との距離Ｌ２（たとえば、４２５〜４７５μｍ、好ましくは、４５０μｍ程度）以下である。Ｓｉ基板７Ｕ上には第１〜第３層間絶縁膜３７Ｕ〜３９Ｕが順に積層されている。第１〜第３層間絶縁膜３７Ｕ〜３９Ｕのそれぞれの表面には、第１〜第３バリア層２３Ｕ〜２５Ｕと、半導体チップ２Ｕの表面を被覆する表面保護膜１６Ｕとが形成されている。
【0826】
第１〜第３層間絶縁膜３７Ｕ〜３９Ｕは、たとえば、酸化シリコンからなる。第１層間絶縁膜３７Ｕ上には、第１バリア層２３Ｕを介して、第１配線２６Ｕが形成されている。また、第２層間絶縁膜３８Ｕ上には、第２バリア層２４Ｕを介して、第２配線２７Ｕが形成されている。また、第３層間絶縁膜３９Ｕ上には、第３バリア層２５Ｕを介して、第３配線２８Ｕが形成されている。
【0827】
第１〜第３配線２６Ｕ〜２８Ｕは、第１〜第３バリア層２３Ｕ〜２５Ｕの材料よりも軟らかい金属材料、具体的には、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。第３配線２８Ｕは、表面保護膜１６Ｕに被覆されることにより、最上層の層間絶縁膜（第３層間絶縁膜３９Ｕ）と表面保護膜１６Ｕとの間に形成されている。第３配線２８Ｕは、平面視四角形状（たとえば、１２０μｍ×１２０μｍの四角形状）である。また、第３配線２８Ｕの厚さは、たとえば、５０００Å以上、好ましくは、７０００〜２８０００Åである。
【0828】
第３配線２８Ｕを被覆する表面保護膜１６Ｕには、第３配線２８Ｕを電極パッド８Ｕとして露出させるためのパッド開口２１Ｕが形成されている。第２配線２７Ｕは、第３層間絶縁膜３９Ｕに被覆されることにより、第２層間絶縁膜３８Ｕと第３層間絶縁膜３９Ｕとの間に形成されている。第２配線２７Ｕは、所定パターンで形成されている。たとえば、平面視において、電極パッド８Ｕと重ならないようなパターンで形成されている。また、第２配線２７Ｕの厚さは、たとえば、３０００〜９０００Åである。
【0829】
第１配線２６Ｕは、第２層間絶縁膜３８Ｕに被覆されることにより、第１層間絶縁膜３７Ｕと第２層間絶縁膜３８Ｕとの間に形成されている。第１配線２６Ｕは、所定パターンで形成されている。たとえば、電極パッド８Ｕの直下においては、第１配線２６Ｕは、互いに平行に延びる複数の直線部２９Ｕと、隣接する直線部２９Ｕの一端部同士および他端部同士を交互に連絡する連絡部３０Ｕとを備え、略Ｓ字状に折れ曲がる葛折パターンで形成されている。これにより、１つの電極パッド８Ｕ（第３配線２８Ｕ）は、複数の直線部２９Ｕと、第２層間絶縁膜３８Ｕにおける直線部２９Ｕ間に挟まれる挟部２０Ｕとに対向している。
【0830】
隣接する直線部２９Ｕ同士の間隔（直線部２９ＵのピッチＷ）は、たとえば、全て等しく、具体的には、２〜１０μｍである。また、第１配線２６Ｕの厚さは、たとえば、３０００〜９０００Åである。なお、第１〜第３配線２６Ｕ〜２８Ｕのパターンは、半導体チップ２Ｕのデザインルールなどに合わせて適宜変更することが可能であり、上記したパターンに限られない。
【0831】
第１〜第３バリア層２３Ｕ〜２５Ｕは、たとえば、チタン（ＴｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＴｉＷ）およびこれらの積層構造などからなる。第１〜第３バリア層２３Ｕ〜２５Ｕの厚さは、第１〜第３配線２６Ｕ〜２８Ｕの厚さよりも小さく、たとえば、５００〜２０００Åである。電極パッド８Ｕに接合されたボンディングワイヤ５Ｕのパッド接合部５２Ｕは、平面視で電極パッド８Ｕよりも小さい。パッド接合部５２Ｕは、厚さ方向他方側が電極パッド８Ｕの表面に接触する略円柱状のベース部５４Ｕと、ベース部５４Ｕの一方側から突出し、先端が本体部５１Ｕの一端に繋がる略傘状の突出部５５Ｕとを一体的に有する断面視凸状である。
【0832】
ボンディングワイヤ５Ｕは、後述するように、その先端にＦＡＢが形成され、ＦＡＢが電極パッド８Ｕに押し付けられることにより接合される。このとき、ＦＡＢが変形することにより、ボンディングワイヤ５Ｕにおける電極パッド８Ｕとの接合部分には、断面視凸状のパッド接合部５２Ｕが形成される。また、パッド接合部５２Ｕの周囲に、パッド接合部５２Ｕの下方から電極パッド８Ｕの材料が徐々に迫り出すことにより、迫り出し部３４Ｕが電極パッド８Ｕの表面から大きく浮き上がらずに形成される。
【0833】
また、ボンディングワイヤ５Ｕにおいて、本体部５１Ｕの線径Ｄｗ（本体部５１Ｕの直径）の３乗に対するパッド接合部５２Ｕの体積Ｖの比（Ｖ／（Ｄｗ）３）は、１．８〜５．６である。このパッド接合部５２Ｕの体積Ｖは、たとえば、略円柱状のベース部５４Ｕの体積Ｖｂおよび略傘状の突出部５５Ｕの体積Ｖｐを近似値として求め、それら近似値を足すことにより求めることができる。
【0834】
ベース部５４Ｕの体積Ｖｂは、図２３４に示すように、ベース部５４Ｕを概念的に直径Ｄｂ、高さＨｂの円柱とし、その円柱の体積に基づいて近似値として求めることができる。したがって、Ｖｂ≒π（Ｄｂ／２）２・Ｈｂと表わすことができる。一方、突出部５５Ｕの体積Ｖｐは、突出部５５Ｕが円錐をベースとして、円錐の頂部を高さ方向が軸となる円柱状に形成してなる略傘状であることから、図２４４に示すように、突出部５５Ｕを概念的に直径Ｄｐ、高さＨｐの円錐とし、その円錐の体積に基づいて近似値として求めることができる。したがって、Ｖｐ≒π・（Ｄｐ／２）２・Ｈｐ／３と表わすことができる。
【0835】
また、この半導体装置１Ｕでは、平面視において、ボンディングワイヤ５Ｕと電極パッド８Ｕとの接合領域３３Ｕに重なる第１配線２６Ｕの面積（図２４５の斜線部分の面積）が、接合領域３３Ｕの面積Ｓの２６．８％以下であり、好ましくは、０〜２５％である。接合領域３３Ｕは、電極パッド８Ｕの表面に対してパッド接合部５２Ｕのベース部５４Ｕが接触する平面視円形の領域であり、その面積Ｓは、ベース部５４Ｕの直径Ｄｂを用いて、式：Ｓ＝π（Ｄｂ／２）２により求めることができる。
【0836】
図２４６Ａ〜図２４６Ｈは、図２４１に示す半導体装置の製造工程を工程順に示す模式的な断面図である。上記した半導体装置１Ｕを製造するには、たとえば、図２４６Ａに示すように、めっき法、スパッタ法などにより、半導体チップ２ＵのＳｉ基板７Ｕの裏面７２ＵにＡｕ層９１Ｕ、Ｎｉ層９２ＵおよびＣｕ層９３Ｕが順に積層されることにより、裏メタル９Ｕが形成される。
【0837】
一方、図２４６Ａに示すように、ダイパッド３Ｕおよび電極リード４Ｕとを一体的に有するユニットを複数備えるリードフレーム１０Ｕが用意される。なお、図２４６Ａ〜図２４６Ｈでは、リードフレーム１０Ｕの全体図は省略し、半導体チップ２Ｕを１つ搭載するのに必要な１ユニット分のダイパッド３Ｕおよび電極リード４Ｕのみを示す。次いで、図２４６Ｂに示すように、公知のワイヤボンディング法により、ダイパッド３Ｕの表面３１Ｕに複数のＣｕスタッドバンプ１８Ｕが形成される。続いて、Ｓｎを含有するＢｉ系材料からなる接合ペースト１４Ｕが、ダイパッド３Ｕの表面３１Ｕに塗布される。
【0838】
接合ペースト１４ＵにおけるＳｎの含有量は、たとえば、裏メタル９ＵのＣｕ層９３Ｕおよびダイパッド３Ｕの表面３１ＵのＣｕに対して全量が拡散できる量であることが好ましく、たとえば、４ｗｔ％以下、好ましくは、１〜３ｗｔ％、さらに好ましくは、１．５〜２．５ｗｔ％である。接合ペースト１４Ｕの塗布後、図２４６Ｃに示すように、裏メタル９ＵのＣｕ層９３ＵがＣｕスタッドバンプ１８Ｕの先端部１８２Ｕおよび接合ペースト１４Ｕに接触するにように、半導体チップ２Ｕおよびダイパッド３Ｕによって接合ペースト１４Ｕを挟み込む。続いて、たとえば、２５０〜２６０℃でリフロー（熱処理）が実行される。
【0839】
これにより、図２４６Ｄに示すように、裏メタル９ＵのＣｕ層９３Ｕ、ダイパッド３Ｕの表面３１ＵのＣｕおよびＣｕスタッドバンプ１８ＵのＣｕのそれぞれと、接合ペースト１４Ｕ中のＳｎとが反応して、Ｃｕ層９３Ｕおよび表面３１Ｕ近傍にＣｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ，１１３Ｕが形成される。また、Ｃｕスタッドバンプ１８ＵがＣｕ−Ｓｎ合金層１１４Ｕに被覆される。一方、接合ペースト１４Ｕ中のＢｉは、Ｃｕとほとんど反応しないので、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１１２Ｕ，１１３Ｕの間に、これらに挟まれたＢｉ系材料層１１１Ｕとして残存することとなる。
【0840】
続いて、図２４６Ｅに示すように、キャピラリＣを備えるワイヤボンダ（図示せず）により、ボンディングワイヤ５Ｕのボンディングが行なわれる。キャピラリＣは、図２４６Ｅに示すように、ワイヤ挿通孔６１Ｕが中心軸線上に形成された略円筒形状をなしている。ボンディングワイヤ５Ｕは、ワイヤ挿通孔６１Ｕに挿通されて、ワイヤ挿通孔６１Ｕの先端（下端）から送り出される。また、キャピラリＣは、熱伝導率が、１５〜４５Ｗ／ｍ・Ｋ、好ましくは、１７〜４３Ｗ／ｍ・Ｋの材料からなる。具体的には、多結晶ルビー（熱伝導率が、たとえば、１７〜１９Ｗ／ｍ・Ｋ程度）や、単結晶ルビー（熱伝導率が、たとえば、４１〜４３Ｗ／ｍ・Ｋ程度）からなる。
【0841】
キャピラリＣの先端部には、ワイヤ挿通孔６１Ｕの下方に、ワイヤ挿通孔６１Ｕと連通する円錐台形状のチャンファ６２Ｕが形成されている。また、キャピラリＣの先端部は、チャンファ６２Ｕの下端縁に連続し、ボンディングワイヤ５Ｕと電極パッド８Ｕおよび電極リード４Ｕとの接合時（ワイヤボンディング時）に電極パッド８Ｕおよび電極リード４Ｕと対向する面であるフェイス６３Ｕを有している。フェイス６３Ｕは、キャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対して外側が上がるように緩やかに傾斜している。
【0842】
まず、図２４６Ｅに示すように、キャピラリＣが電極パッド８Ｕの直上に移動される。次に、チャンファ６２Ｕにボンディングワイヤ５Ｕの先端が位置する状態で、ボンディングワイヤ５Ｕの先端部に電流が印加されることにより、その先端部にＦＡＢ６４が形成される。電流の値および印加時間は、ボンディングワイヤ５Ｕの線径およびＦＡＢ６４の狙い直径（ＦＡＢ６４の設計上の直径）に応じて適宜設定される。
【0843】
たとえば、電流の値Ｉは、ボンディングワイヤ５Ｕの本体部５１Ｕの線径Ｄｗが大きいほど、大きな値に設定され、たとえば、Ｄｗ＝２５μｍのときがＩ＝４０ｍＡであり、Ｄｗ＝３０μｍのときがＩ＝６０ｍＡであり、Ｄｗ＝３８μｍのときがＩ＝１２０ｍＡである。なお、電流の印加時間は、ＦＡＢ６４の直径Ｄｆに応じて、適切な長さに設定される。
【0844】
このようにして形成されるＦＡＢ６４の体積Ｖｆは、ＦＡＢ６４の直径Ｄｆを用いて、Ｖｆ＝４／３・π・（Ｄｆ／２）３と表わすことができる。また、ＦＡＢ６４の一部は、チャンファ６２Ｕからその下方にはみ出ている。その後、図２４６Ｆに示すように、キャピラリＣが電極パッド８Ｕに向かって下降され、キャピラリＣにより、ＦＡＢ６４が電極パッド８Ｕに押し付けられる。このとき、キャピラリＣによりＦＡＢ６４に荷重が加えられるとともに、キャピラリＣに設けられた超音波振動子（図示せず）から発振された超音波振動がＦＡＢ６４に付与される。
【0845】
図２４７は、パッドに対するＦＡＢの接合時にＦＡＢに加えられる荷重および超音波振動子に印加される駆動電流の時間変化を示すグラフである。たとえば、図２４７に示すように、ＦＡＢ６４が電極パッド８Ｕに当接した時刻Ｔ１から所定時間（たとえば、３ｍｓｅｃ）が経過する時刻Ｔ２までの間は、キャピラリＣからＦＡＢ６４に相対的に大きい初期荷重Ｐ１が加えられる。時刻Ｔ２以後は、キャピラリＣからＦＡＢ６４に加えられる荷重が下げられ、ＦＡＢ６４に相対的に小さい荷重Ｐ２（たとえば、３０ｇ）が加えられる。この荷重Ｐ２は、キャピラリＣが上昇される時刻Ｔ４になるまで加え続けられる。
【0846】
なお、初期荷重Ｐ１は、電極パッド８Ｕに対するパッド接合部５２Ｕの狙い接合面積（電極パッド８Ｕに対するパッド接合部５２Ｕの設計上の接合面積Ｓ＝π（Ｄｂ／２）２）に一定の係数（初期荷重Ｐ１の単位がｇであり、接合面積の単位がｍｍ２である場合、たとえば、２８７８６）を乗じた値に基づいて設定される。本実施形態では、電極パッド８Ｕに対するパッド接合部５２Ｕの狙い接合面積Ｓを０．００４３０ｍｍ２として、初期荷重Ｐ１が１３０ｇに設定される。
【0847】
キャピラリＣとして、スタンダードタイプキャピラリが用いられる場合、超音波振動子には、ＦＡＢ６４が電極パッド８Ｕに当接する時刻Ｔ１より前から相対的に小さい値Ｕ１の駆動電流が印加される。駆動電流値Ｕ１は、たとえば、１５ｍＡである。そして、ＦＡＢ６４が電極パッド８Ｕに当接すると、そのときの時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間に、超音波振動子に印加される駆動電流の値が値Ｕ１から値Ｕ２まで一定の変化率で（単調に）上げられる。この変化率は、２１ｍＡ／ｍｓｅｃ以下に設定される。また、超音波振動子に最終的に印加される駆動電流の値Ｕ２は、その値Ｕ２をパッド接合部５２Ｕの狙い接合面積で除した値が０．０１９７ｍＡ／μｍ２以下となるように設定される。この実施形態では、駆動電流値Ｕ２は、たとえば、９０ｍＡである。さらに、ＦＡＢ４４に初期荷重が加えられる所定時間に超音波振動子に印加される駆動電流の積分値が１４６ｍＡ・ｍｓｅｃ以下となるように、駆動電流値Ｕ１，Ｕ２が設定される。時刻Ｔ３以後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕ２の駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。
【0848】
スタンダードタイプキャピラリは、図２４８に示すような形状をなし、次のような寸法を有している。チャンファ６２Ｕの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイス６３Ｕの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面（図２４８に示す断面）において、チャンファ６２Ｕの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイス６３ＵがキャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角ＦＡは、８°である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリＣの側面のフェイス６３Ｕの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度ＣＡは、２０°である。
【0849】
一方、キャピラリＣとして、ボトルネックタイプキャピラリが用いられる場合、図２４７に示すように、超音波振動子には、ＦＡＢ６４が電極パッド８Ｕに当接する時刻Ｔ１より前から値Ｕ１の１．４倍の値の駆動電流が印加される。そして、ＦＡＢ６４が電極パッド８Ｕに当接すると、そのときの時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間に、超音波振動子に印加される駆動電流の値が値Ｕ１から値Ｕ２の１．４倍の値まで一定の変化率で（単調に）上げられる。時刻Ｔ３以後は、時刻Ｔ４になるまで、値Ｕ２の１．４倍の値の駆動電流が超音波振動子に印加し続けられる。
【0850】
ボトルネックタイプキャピラリは、図２４９に示すような形状をなし、次のような寸法を有している。チャンファ６２Ｕの下端縁の直径であるＣＤ寸法は、６６μｍ（０．０６６ｍｍ）である。フェイス６３Ｕの外径であるＴ寸法は、１７８μｍ（０．１７８ｍｍ）である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面（図２４９に示す断面）において、チャンファ６２Ｕの側面に沿って延びる２本の直線がなす角度であるチャンファ角は、９０°である。フェイス６３ＵがキャピラリＣの中心軸線と直交する平面に対してなす角度であるフェイス角ＦＡは、８°である。キャピラリＣを中心軸線を含む平面で切断した断面において、キャピラリＣの側面のフェイス６３Ｕの上端からさらに上方に延びる部分と中心軸線とがなす角度ＣＡは、１０°である。
【0851】
その結果、ＦＡＢ６４がキャピラリＣのチャンファ６２Ｕおよびフェイス６３Ｕの形状に沿って変形し、図２４６Ｆに示すように、電極パッド８Ｕ上に、鏡餅形状のパッド接合部５２Ｕが形成されるとともに、その周囲に迫り出し部３４Ｕが形成される。これにより、電極パッド８Ｕに対するボンディングワイヤ５Ｕの接合（ファーストボンディング）が達成される。
【0852】
時刻Ｔ１から予め定める接合時間が経過し、時刻Ｔ４になると、キャピラリＣが電極パッド８Ｕの上方に離間される。その後、キャピラリＣは、電極リード４Ｕの表面に向けて斜め下方に移動される。そして、図２４６Ｇに示すように、超音波振動子に駆動電流が印加され、キャピラリＣに超音波振動が付与されつつ、キャピラリＣにより、ボンディングワイヤ５Ｕが電極リード４Ｕの表面に押し付けられ、さらに引きちぎられる。これにより、電極リード４Ｕの表面上に、ボンディングワイヤ５Ｕの他端部からなる側面視楔状のステッチ部（リード接合部５３Ｕ）が形成され、銅ワイヤの電極リード４Ｕに対する接合（セカンドボンディング）が達成される。
【0853】
その後は、他の電極パッド８Ｕおよびこれに対応する電極リード４Ｕを対象として、図２４６Ｅ〜図２４６Ｇに示す工程が行われる。そして、図２４６Ｅ〜図２４６Ｇに示す工程が繰り返されることにより、図２４６Ｈに示すように、半導体チップ２Ｕのすべての電極パッド８Ｕと電極リード４Ｕとの間にボンディングワイヤ５Ｕが架設される。全てのワイヤボンディング終了後、リードフレーム１０Ｕが成形金型にセットされ、全ての半導体チップ２Ｕがリードフレーム１０Ｕとともに、樹脂パッケージ６Ｕにより一括して封止される。そして、樹脂パッケージ６Ｕから露出するダイパッド３Ｕの裏面３２Ｕおよび電極リード４Ｕの裏面４２Ｕに裏面めっき層１２Ｕ，１３Ｕが形成される。最後に、ダイシングソーを用いて、リードフレーム１０Ｕが樹脂パッケージ６Ｕとともに各半導体装置１Ｕのサイズに切断されることにより、図２４１に示す半導体装置１Ｕの個片が得られる。
【0854】
なお、この第２０実施形態は、前述第３、第５、第７、第１１、第１２、第１７および第１８実施形態に対応しており、これらの実施形態の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。すなわち、この第２０実施形態によれば、前述した第３〜第５、第７、第１１、第１２、第１７および第１８実施形態と同様の作用・効果を達成することができる。また、前述した第３〜第５、第７、第１１、第１２、第１７および第１８実施形態の変形例も、本実施形態に適用することができる。
【0855】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の精神および範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。また、本発明の半導体装置では、前記電極リードの表面および前記リード接合部全体が、前記水分不透過膜で一体的に被覆されていることが好ましい。
【0856】
この構成では、電極リードの表面およびリード接合部全体が水分不透過膜で一体的に被覆されている。これにより、電極リードとリード接合部との接合界面（リード接合界面）の周縁は、露出することなく、水分不透過膜で被覆されている。そのため、樹脂パッケージ内部に水分が浸入しても、その水分を水分不透過膜により塞き止めることができるので、リード接合界面と水分との接触を抑制することができる。その結果、リード−ワイヤ間における接続信頼性を保持することができる。
【0857】
また、前記半導体装置では、前記水分不透過膜が絶縁膜であり、前記半導体チップの表面全体および前記ボンディングワイヤ全体が、前記絶縁膜で被覆されていてもよい。この構成では、水分不透過膜が絶縁膜であり、その絶縁膜が半導体チップの表面全体およびボンディングワイヤ全体を一体的に被覆している。これにより、半導体チップの表面に電極パッドを除く金属部分が露出していても、当該金属部分がチップ表面全体を覆う絶縁膜によって被覆される。そのため、当該金属部分と樹脂パッケージ内部の浸入水分との接触を抑制することができる。その結果、当該金属部分の腐食を抑制することができる。また、当該金属部分、電極パッドおよびボンディングワイヤなどの金属部材相互の電気的絶縁性を確保することができる。
【0858】
なお、絶縁膜としては、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを適用することができる。また、前記半導体装置では、前記水分不透過膜が金属膜であり、前記電極パッド全体および前記ボンディングワイヤ全体が、前記金属膜で被覆されていてもよい。
この構成では、水分不透過膜が金属膜であり、その金属膜が電極パッド全体およびボンディングワイヤ全体を一体的に被覆している。これにより、電極パッドおよび／またはボンディングワイヤと金属膜との界面に合金が形成され得るので、金属膜の被膜性を高めることができる。
【0859】
なお、金属膜としては、たとえば、ニッケル膜、パラジウム膜などを適用することができる。また、前記半導体装置では、前記半導体チップの表面と前記樹脂パッケージの表面との間隔が、前記半導体チップの側面と前記樹脂パッケージの側面との最短距離よりも小さくてもよい。また、前記半導体チップの表面と前記樹脂パッケージの表面との間隔が、前記半導体チップの表面と前記樹脂パッケージの裏面との距離よりも小さくてもよい。
【0860】
この構成のように、半導体チップの表面と樹脂パッケージの表面との間隔が比較的小さい薄型パッケージの半導体装置では、パッド接合部が、樹脂パッケージの表面からパッケージ内部に浸入する水分に晒されるおそれがある。しかし、パッド接合部の全体が水分不透過膜で被覆されているため、そのような薄型パッケージの半導体装置においても、半導体装置の接続信頼性を効果的に向上させることができる。
【0861】
また、前記半導体装置では、前記水分不透過膜が、０．５μｍ〜３μｍ厚であってもよい。また、前記半導体装置では、前記パッド接合部は、前記電極パッドに接触するベース部と、前記ベース部上に形成された中間部と、前記中間部から突出し、前記中間部を介して前記ベース部に連続する突出部とを有し、前記本体部よりも大径な断面視凸状であり、前記中間部は、前記電極パッドに対して垂直に切断したときの断面形状が非直線状である側面を有することが好ましい。
【0862】
この構成では、ボンディングワイヤの接合時、超音波の印加方向に沿って中間部にかかる応力を、中間部の特定箇所に集中させることなく、非直線状の側面に分散させることができる。これにより、電極パッドにかかる応力を緩和することができる。その結果、電極パッド下方での損傷の発生を抑制することができる。また、前記半導体装置では、非直線状の前記側面が、前記パッド接合部の内方へ湾曲する湾曲面であってもよい。非直線状の前記側面の断面形状が、曲線波形であってもよい。また、非直線状の前記側面の断面形状が、直線波形であってもよい。
【0863】
また、前記半導体装置では、非直線状の前記側面が、前記パッド接合部の全周にわたって形成されていることが好ましい。この構成では、非直線状の側面が全周にわたって形成されているので、中間部にかかる応力を、中間部の側面全体に効率よく分散させることができる。そのため、電極パッドにかかる応力を一層緩和することができる。
【0864】
また、前記半導体装置では、前記本体部の線径の３乗に対する前記パッド接合部の体積の比が、１．８〜５．６であることが好ましい。この構成によれば、パッド接合部は、ボンディングワイヤの本体部の線径の３乗に対して１．８〜５．６倍の体積を有する。すなわち、ボンディングワイヤの本体部の線径の３乗に対する接合部の体積の比（体積／（線径）３）が、１．８〜５．６となる。 したがって、電極パッドのピッチの大きさによらず、比較的太いボンディングワイヤを用いることができるため、ボンディングワイヤの熱伝導率および電気伝導率を向上させることができる。また、銅ワイヤが用いられているので、金ワイヤを用いる場合よりも、コストを低減することができる。
【0865】
また、前記半導体装置では、前記半導体チップは、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された配線と、前記配線を被覆する絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたバリア層とを含んでいてもよい。その場合、前記電極パッドは、前記バリア層上において、前記配線の一部と対向する位置に形成されており、平面視において、前記ボンディングワイヤと前記電極パッドとの接合領域に重なる前記配線の面積が、前記接合領域の面積の２６．８％以下であることが好ましい。
【0866】
平面視において接合領域に重なる配線の面積（配線の重なり面積）が接合領域の面積の２６．８％以下であるため、電極パッド直下のバリア層と配線との対向面積が比較的小さくなる。そのため、たとえば、ボンディングワイヤと電極パッドとの接合時に、バリア層が配線側に押圧されても、その押圧による配線および絶縁層の変形が生じにくく、そのような変形によるバリア層への応力の集中を防止することができる。その結果、バリア層におけるクラックの発生を防止することができるので、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【0867】
前記絶縁層は、第１の層間絶縁膜と、第１の層間絶縁膜上に積層された第２の層間絶縁膜とを含んでいてもよく、その場合、配線は、第１の層間絶縁膜に被覆され、第１の層間絶縁膜と第２の層間絶縁膜との間に別の配線が存在していなくてもよい。また、前記半導体装置は、半導体基板上に積層された下側層間絶縁膜と、下側層間絶縁膜上に積層された上側層間絶縁膜とをさらに含んでいてもよく、その場合、配線は、上側層間絶縁膜と絶縁層との間に形成され、上側層間絶縁膜と下側層間絶縁膜との間に別の配線が存在していなくてもよい。
【0868】
また、前記配線は、互いに間隔を空けて複数設けられていてもよく、その場合、電極パッドは、少なくとも１つの配線と、絶縁層における配線間に挟まれる部分とに対向していることが好ましい。配線が互いに間隔を空けて複数設けられている構成では、複数の配線の重なり面積は、各配線の重なり面積の合計であり、その合計が、接合領域の面積の２６．８％以下である。したがって、各配線の重なり面積は全て、接合領域の面積の２６．８％未満である。
【0869】
そして、電極パッドが、少なくとも１つの配線と、絶縁層における配線間に挟まれる部分とに対向している。これにより、それぞれの重なり面積が接合領域の面積の２６．８％に満たない複数の配線は、電極パッドにおける接合領域に対して、分散して対向することとなる。そのため、バリア層が配線側に押圧されたときに、その押圧による配線および絶縁層の変形量を小さく抑えることができる。その結果、バリア層における特定箇所への応力集中を抑制することができる。よって、バリア層におけるクラックの発生を一層防止することができる。
【0870】
また、前記半導体装置では、前記ボンディングワイヤの前記パッド接合部に、Ｚｎが含まれていることが好ましい。この構成によれば、パッド接合部にＺｎが含まれている。言い換えれば、銅ワイヤのパッド接合部がＣｕとＺｎとの合金（黄銅）からなる。そのため、パッド接合部が酸化しにくい。よって、酸化に起因するパッド接合部のパッドからの剥がれの発生を防止することができる。 前記電極パッドは、少なくとも表層部にＺｎからなるＺｎ層を有していれば、たとえば、ＡｌからなるＡｌ層とＺｎ層との積層体であってもよい。
【0871】
ただし、電極パッドがＡｌ層およびＺｎ層からなる場合、それらが直に接触すると、ＡｌとＺｎとが共晶結合する。Ａｌの融点が６６０℃であり、Ｚｎの融点が４１９℃であるのに対し、ＡｌとＺｎとが共晶結合したＺｎ−Ａｌ合金の融点は低く、たとえば、７８Ｚｎ−２２Ａｌ合金の融点は２７５℃である。そのため、電極パッドがＺｎ−Ａｌ合金を有していると、熱処理時にパッドが溶融するおそれがある。
【0872】
そこで、Ａｌ層とＺｎ層との間には、ＴｉからなるＴｉ層およびＴｉＮからなるＴｉＮ層をＡｌ層側からこの順に積層した構造を有するバリア膜が介在されることが好ましい。
このバリア膜が介在されることにより、Ａｌ層に含まれるＡｌとＺｎ層に含まれるＺｎとの共晶結合を防止することができる。
また、前記半導体装置では、銅ワイヤの全体にＺｎが含まれていてもよい。すなわち、銅ワイヤは、純銅からなるワイヤであってもよいし、黄銅からなるワイヤであってもよい。銅ワイヤが黄銅からなるワイヤであれば、電極パッドがＺｎ層を有していなくても、パッド接合部が黄銅からなり、パッド接続部の酸化によるパッドからの剥がれの発生を防止することができる。
【0873】
また、前記半導体装置では、前記半導体チップが接合されるダイパッドと、前記ダイパッドの周囲に配置されたリードとをさらに含み、前記ボンディングワイヤは、前記半導体チップと前記リードとに跨って設けられており、金属材料からなり、前記半導体チップと前記ダイパッドおよび前記リードとの電気的な接続に寄与しない非電気接続部材をさらに含むことが好ましい。
【0874】
この構成によれば、ダイパッドに接合された半導体チップとダイパッドの周囲に配置されたリードとの間に、ボンディングワイヤが架設されている。このボンディングワイヤにより、半導体チップとリードとが電気的に接続されている。また、半導体装置には、半導体チップとダイパッドおよびリードとの電気的な接続に寄与しない非電気接続部材が設けられている。非電気接続部材は、金属材料からなる。 半導体装置の動作時において、半導体チップからの発熱は、ダイパッド、リードおよび非電気接続部材に伝達される。そして、伝達された熱は、樹脂パッケージ中を伝播し、その樹脂パッケージの表面から放出（放熱）される。そのため、非電気接続部材が設けられていることにより、非電気接続部材が設けられていない構成と比較して、樹脂パッケージへの熱伝達効率を向上させることができ、半導体装置の放熱性の向上を図ることができる。
【0875】
また、非電気接続部材は、半導体チップとダイパッドおよびリードとの電気的な接続に寄与しない。そのため、非電気接続部材同士の接触を考慮する必要がなく、その配置に制約を受けないので、非電気接続部材を物理的に可能な限り密に配置することができる。その結果、半導体装置の放熱性のさらなる向上を図ることができる。また、前記非電気接続部材は、前記ダイパッドまたは前記リードのいずれか一方にその両端部が接合されたループ状の金属ワイヤであってもよい。
【0876】
非電気接続部材がループ状の金属ワイヤである場合、ワイヤボンダを用いて、非電気接続部材を形成することができる。そのため、非電気接続部材を形成するための装置の追加を回避することができる。また、金属ワイヤ同士の接触を考慮することなく、非電気接続部材を配置することができるので、ワイヤボンダを用いて形成可能な限りの小さな間隔で非電気接続部材を形成することができる。
【0877】
また、前記非電気接続部材は、前記ダイパッドまたは前記リードのいずれか一方上に配置されたスタッドバンプであってもよい。非電気接続部材がスタッドバンプである場合、ワイヤボンダを用いて、非電気接続部材を形成することができる。そのため、非電気接続部材を形成するための装置の追加を回避することができる。また、スタッドバンプ同士の接触を考慮することなく、非電気接続部材を配置することができるので、ワイヤボンダを用いて形成可能な限りの小さな間隔で非電気接続部材を形成することができる。 さらに、非電気接続部材は、ループ状の金属ワイヤとスタッドバンプとを組み合わせたものであってもよい。この場合、金属ワイヤのループ部分の隙間にスタッドバンプを配置することができるので、非電気接続部材の配置密度をさらに高くすることができ、半導体装置の放熱性のさらなる向上を図ることができる。
【0878】
また、前記スタッドバンプは、複数積み重ねて設けられていてもよい。これにより、スタッドバンプの高さを半導体装置内のデッドスペースに合わせて変更することができるので、非電気接続部材の表面積をさらに大きくすることができる。その結果、半導体装置の放熱性のさらなる向上を図ることができる。
また、前記非電気接続部材は、銅からなることが好ましい。銅は、安価であるため、非電気接続部材の材料コストを低減することができる。また、銅は、熱伝導率が高いので、半導体装置の放熱量を向上させることができる。
【0879】
また、非電気接続部材が銅からなる場合、ダイパッドおよび／またはリードにおける非電気接続部材の接合部分には、銀めっきが施されていてもよい。また、前記半導体装置は、前記半導体チップの裏面に対向して配置されるアイランドと、前記アイランドと前記半導体チップの裏面との間に介在される絶縁性の接合材と、前記アイランドの側方に、前記アイランドと離間して配置されるリードとをさらに含み、前記電極パッドと前記リードとの間に架設され、前記電極パッドと前記リードとを電気的に接続する前記ボンディングワイヤとしての表面ワイヤと、前記半導体チップの裏面と前記アイランドとの間に架設され、前記半導体チップの裏面と前記アイランドとを電気的に接続する裏面ワイヤとを備えることが好ましい。
【0880】
この構成によれば、半導体チップは、その裏面が絶縁性の接合材によりアイランドに接合されている。アイランドの側方には、リードがアイランドと離間して配置される。半導体チップの表面に形成されたパッドとリードとの間には、表面ワイヤが架設されている。これにより、パッドとリードとが電気的に接続されている。また、半導体チップの裏面とアイランドとの間には、半導体チップとアイランドとを電気的に接続する裏面ワイヤが架設されている。これにより、接合材が絶縁性であっても、裏面ワイヤを介して、半導体チップの裏面とアイランドとを電気的に接続することができる。すなわち、はんだ以外の接合材を用いても、その接合材の電気的な特性にかかわらず、半導体チップの裏面とアイランドとの電気的な接続を達成することができる。
【0881】
また、前記裏面ワイヤは、銅からなることが好ましい。銅は、ワイヤの材料として広く用いられる金と比較して安価であるため、裏面ワイヤの材料コストを低減することができる。また、銅は、電気伝導率が高いので、半導体チップとアイランドとの間での電気抵抗を低減することができる。また、銅からなる裏面ワイヤは、放熱性が良好であるため、放熱性の観点からは、銅からなる裏面ワイヤを多数設けることは有効である。この場合、表面ワイヤ（ボンディングワイヤ）および裏面ワイヤが同一材料であるため、ワイヤボンダにセットされる材料を変更することなく、そのワイヤボンダにより、表面ワイヤおよび裏面ワイヤを形成することができる。そのため、半導体装置の製造工程を簡素化することができる。
【0882】
また、前記アイランドには、貫通孔がその厚さ方向に貫通して形成されており、前記裏面ワイヤは、前記貫通孔を通して、前記半導体チップの裏面と前記アイランドとの間に架設されていてもよい。 これにより、半導体チップの裏面が貫通孔から露出し、その露出した部分に裏面ワイヤが接続されることによって、半導体チップの裏面とアイランドとの電気的な接続を達成することができる。この場合、アイランドにおける半導体チップの裏面と対向する部分の面積は、必然的に、半導体チップの裏面の面積よりも小さくなり、半導体チップとアイランドとの対向部分にのみ絶縁性の接合材が介在されていればよいので、接合材の使用量を低減することができる。その結果、半導体装置の材料コストを低減することができる。
【0883】
また、前記裏面ワイヤは、複数設けられているのが好ましい。これにより、半導体チップとアイランドとの電気的な接続の確実性を向上させることができる。 また、前記アイランドにおける前記半導体チップの裏面と対向する部分の面積は、前記半導体チップの裏面の面積よりも小さくてもよい。また、前記半導体装置は、前記半導体チップが接合されるリードフレームと、前記リードフレームと前記半導体チップとの間に介在され、Ｂｉ系材料からなる接合材と、Ｃｕからなり、前記リードフレームにおける前記半導体チップと対向する面上に設けられたスペーサとをさらに含んでいてもよい。
【0884】
この構成によれば、リードフレームと半導体チップとを接合する接合材が、Ｂｉ系材料からなるので、接合材の鉛フリー化を達成することができる。また、リードフレームと半導体チップとの間にスペーサが設けられているため、リードフレームと半導体チップとの距離を、少なくともスペーサの高さに維持することができる。したがって、スペーサの高さを適当に調節することにより、リードフレームと半導体チップとの間に、十分な厚さを有する接合材を介在させることができる。その結果、リードフレームの反りに起因する応力が接合材に発生しても、その応力を十分緩和することができる。そのため、半導体チップの反り量を低減することができる。よって、半導体チップにおけるクラックの発生を防止することができる。また、半導体チップおよびリードフレームの厚さを大きくする必要がないので、半導体装置のパッケージ本体が大型化することもない。
【0885】
さらに、スペーサがＣｕからなり、Ｃｕの熱伝導率（約３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）はＢｉの熱伝導率（約９Ｗ／ｍ・Ｋ）比べて非常に大きいので、リードフレームと半導体チップとの間の熱伝導性を向上させることができる。そのため、半導体チップで発生する熱を、Ｃｕスペーサを介してリードフレームに逃がすことができる。したがって、半導体チップの放熱性を十分に確保することができる。
【0886】
また、スペーサがＡｕ、Ａｇ、Ｎｉなどの金属元素などからなる場合、接合材中のＢｉがスペーサと反応し、上記金属元素と化合物を形成したり、共晶組成を形成したりするかもしれない。そして、Ｂｉと上記金属元素との金属間化合物は、硬くて脆いため、半導体装置の温度サイクル試験（ＴＣＹ試験）時に、破壊の起点になるおそれがある。また、Ｂｉと上記金属元素との共晶組成物の融点は、Ｂｉ単体の融点よりも低い。たとえば、Ｂｉ単体の融点が約２７１℃であるのに対し、ＢｉとＡｕとの共晶組成物の融点は約２４１℃であり、ＢｉとＡｇとの共晶組成物の融点は約２６２℃である。そのため、半導体装置を実装するときのリフロー（ピーク温度が約２６０℃）時に、接合材が再溶融するおそれがある。
【0887】
これに対し、ＣｕはＢｉとほとんど反応しないので、スペーサがＣｕからなるこの半導体装置では、接合材の融点低下や耐温度サイクル性の低下を抑制することができる。また、前記リードフレームは、Ｃｕからなっていてもよい。
リードフレームの材料としては、Ｃｕ以外に、たとえば、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）などのＦｅ系素材が知られている。４２アロイの熱膨張係数は、約４．４〜７．０×１０−６／℃である。４２アロイからなるリードフレームでは、Ｃｕ（熱膨張係数が約１６．７×１０−６／℃）からなるリードフレームよりも、熱膨張量が小さくなって、それによりリードフレームの反り量を小さくできるかもしれない。しかし、４２アロイを使用する場合、Ｃｕを使用する場合よりもコストがかかり、また、放熱性が低下する。
【0888】
これに対し、上記の半導体装置では、リードフレームがＣｕからなる場合でも、リードフレームの反りに起因する応力を、接合材で十分緩和することができる。そのため、リードフレームの材料としてＣｕを問題なく使用でき、コストや放熱性を維持することができる。なお、リードフレームの材料として使用されるＣｕは、Ｃｕを主として含有するＣｕ系素材であり、たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅、Ｃｕと異種金属との合金（たとえば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金など）などを包含している。
【0889】
また、前記半導体装置では、前記半導体チップが、Ｓｉ基板からなっていてもよい。その場合、前記Ｓｉ基板が、前記スペーサに支持されることとなる。この構成では、Ｓｉ基板がスペーサに支持されているので、Ｓｉ基板とリードフレームとがスペーサを介して熱交換可能に接続される。したがって、リードフレームが熱膨張するとき、リードフレームの熱がＳｉ基板へ伝達される。そのため、半導体装置を実装するときのリフロー時において、リードフレームから伝達される熱により、Ｓｉ基板を熱膨張させることができる。その結果、リードフレームの熱膨張量とＳｉ基板の熱膨張量との差を小さくすることができるので、Ｓｉ基板の反り量を低減することができる。
【0890】
また、前記半導体装置では、前記半導体チップにおける前記リードフレームとの対向面に、Ｃｕ層が形成されていることが好ましい。この構成では、半導体装置において、接合材はＣｕ層に接合されることとなる。上記したように、ＣｕはＢｉとほとんど反応しないので、接合材の融点低下や耐温度サイクル性の低下を抑制することができる。また、半導体チップとスペーサとが接触する場合、その接触が、Ｃｕ層とＣｕスペーサとの同種金属同士の接触となるので、半導体チップとスペーサとの接触による影響（たとえば、Ｃｕスペーサの高抵抗化、Ｃｕスペーサの侵食など）を低減することができる。
【0891】
また、前記接合材が、ＳｎまたはＺｎを含有していることが好ましい。この構成では、接合材が、ＳｎまたはＺｎを含有しているので、リードフレームおよび半導体チップに対する接合材の濡れ性を向上させることができる。
たとえば、上記のように、半導体チップにおけるリードフレームとの対向面にＣｕ層が形成されている場合、接合材におけるＣｕ層との界面付近に、Ｃｕ−Ｓｎ合金やＣｕ−Ｚｎ合金からなる部分を形成することができる。そのため、当該合金部分によって、半導体チップと接合材との接合強度を向上させることができる。
【0892】
また、Ｓｎの熱伝導率は約７３Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｚｎの熱伝導率は約１２０Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｂｉの熱伝導率（約９Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べて高い。そのため、接合材がＢｉのみからなる場合に比べて、接合材の熱伝導率を向上させることができる。その結果、半導体チップの放熱性を一層向上させることができる。また、前記スペーサは、ワイヤボンディング法により形成されていてもよい。
【0893】
この構成では、リードフレーム上へのスペーサの形成に際して、従来から実績のあるワイヤボンディング法が利用される。そのため、スペーサを簡単に形成することができる。ワイヤボンディング方により形成されるスペーサは、たとえば、スタッドバンプ、ワイヤリングなどである。また、前記スペーサは、３つ以上設けられていることが好ましい。
【0894】
この構成では、スペーサが３つ以上設けられているので、半導体チップを少なくとも３点で支持することができる。これにより、リードフレームの表面に対して傾かないように、半導体チップをスペーサ上で安定させることができる。そのため、リードフレームと半導体チップとの距離をほぼ均等な大きさにすることができる。その結果、リードフレームと半導体チップとの対向方向（縦方向）における接合材の線膨張係数が均一になるため、接合材における応力の偏りを抑制することができ、応力を全体的に緩和することができる。また、半導体チップで発生する熱を、３つ以上のＣｕスペーサを利用して放散できるので、半導体チップの放熱性を一層向上させることができる。 また、前記半導体装置では、前記樹脂パッケージのｐＨが４．５を超えていることが好ましい。
【0895】
本発明者らは、パッド−ワイヤ間における電気的オープンの要因について、鋭意検討したところ、要因は樹脂パッケージのｐＨであることを見出した。 具体的には、パッケージ内部に水分が浸入すると、その水分により銅が酸化し、ワイヤ表面が酸化第一銅（ＣｕＯ２）および酸化第二銅（ＣｕＯ）からなる皮膜で被覆される。このような表面皮膜は、樹脂パッケージのｐＨが比較的低い（たとえば、ｐＨ＝４．２〜４．５）低ｐＨ環境下では、銅の酸化が促進され、酸化第二銅の体積割合が増加する。酸化第二銅の体積割合が増加すると、銅ワイヤと樹脂パッケージとが剥離する場合がある。そして、銅ワイヤと樹脂パッケージとの剥離により生じる隙間が水分の移動経路となるため、電極パッドと銅ワイヤとの接合界面に水分が入り込みやすくなる。そのため、ＨＡＳＴ試験中などにおいて、当該接合界面に入り込んだ水分によりアルミニウムパッド（電極パッド）の腐食が進行し、電気的オープンが生じる。
【0896】
これに対し、この構成によれば、樹脂パッケージのｐＨが４．５を超えているため、ボンディングワイヤが低ｐＨ環境（たとえば、ｐＨが４．５以下の環境）よりも高いｐＨ環境下に置かれる。そのため、酸化第二銅の形成を抑制することができるので、酸化第二銅の体積増加を抑制することができる。その結果、銅ワイヤと樹脂パッケージとの間における剥離の発生を抑制することができる。
【0897】
したがって、ＰＣＴ（Pressure Cooker Test）やＨＡＳＴ（Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test）など試験など、パッケージ内部に水分が浸入しやすい状況に半導体装置が置かれても、銅ワイヤと樹脂パッケージとの間に水分の移動経路がないため、電極パッドと銅ワイヤとの接合界面への水分の浸入を抑制することができる。そのため、当該接合界面と水分との接触を抑制することができる。その結果、電極パッド（アルミニウムパッド）の腐食の進行を抑制することができるので、パッド−ワイヤ間での電気的オープンを抑制することができる。よって、半導体装置の接続信頼性を向上させることができる。
【0898】
また、前記樹脂パッケージのｐＨは、４．５を超えて７．０未満であることが好ましく、６．０以上７．０未満であることがさらに好ましい。樹脂パッケージのｐＨが上記このような範囲であれば、銅ワイヤと樹脂パッケージとの間における剥離の発生を一層抑制することができる。また、前記半導体装置は、前記半導体チップが搭載されるダイパッドと、前記ダイパッドの周囲に配置された複数の電極リードとを有するリードフレームを含んでいてもよい。その場合、前記リードフレームが、Ｃｕを主として含有するＣｕ系素材からなることが好ましい。
【0899】
この構成では、電極リードとボンディングワイヤとの接合が同種金属同士の接合（Ｃｕ−Ｃｕ接合）となるため、電極リードとボンディングワイヤとの界面において酸化第二銅（ＣｕＯ）の形成を抑制することができる。そのため、酸化第二銅の体積増加を抑制することができる。その結果、ボンディングワイヤと樹脂パッケージとの接合界面における剥離の発生を抑制することができる。
【0900】
また、前記半導体装置では、前記樹脂パッケージの材料に、塩素イオンを捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が含有されていることが好ましい。この構成によれば、電極パッドとボンディングワイヤとの接合部分において、ＡｌＣｕ合金（Ｃｕ９Ａｌ４）とＣｌ−との反応を抑制することができ、その反応生成物であるＡｌ２Ｏ３（アルミナ）の生成を防止することができる。その結果、電極パッドとボンディングワイヤとがＡｌ２Ｏ３により絶縁分離されることを防止できる。すなわち、電極パッドとボンディングワイヤとの間での導通不良の発生を防止することができる。
【0901】
イオン捕獲成分は、水酸基を有していることが好ましい。この場合、水酸基とＣｌ−との陰イオン交換反応により、イオン捕獲成分がＣｌ−を良好に捕獲することができる。また、請求の範囲に記載した特徴のほか、本願による開示から把握されるべき他の特徴を例示すれば次のとおりである。
＜第２実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第２実施形態の開示からは、下記（１）〜（７）の発明を把握することができる。
【0902】
（１）の発明は、半導体チップと、前記半導体チップ上に形成された電極パッドと、線状に延びる本体部と、前記本体部の一端に形成され、前記電極パッドに接合された、前記本体部よりも大径の接合部とを有するボンディングワイヤとを含み、前記接合部は、前記電極パッドに接触するベース部と、前記ベース部上に形成された中間部と、前記中間部から突出し、前記中間部を介して前記ベース部に連続する突出部とを有する断面視凸状であり、前記中間部は、前記電極パッドに対して垂直に切断したときの断面形状が非直線状である側面を有する、半導体装置である。
【0903】
（１）の半導体装置は、たとえば、（７）の発明、すなわち、（７）ボンディングワイヤが挿通されるストレート孔が形成されたキャピラリで保持されたボンディングワイヤの先端部に、金属ボールを形成するボール形成工程と、半導体チップ上に形成された電極パッドに、前記キャピラリにより、前記金属ボールを押し付けつつ超音波振動させることにより、前記金属ボールを前記電極パッドに接合する接合工程とを含み、前記キャピラリは、前記ストレート孔の軸方向に沿って切断したときの断面形状が非直線状である側面を有するチャンファ部を備え、前記接合工程では、非直線状の前記側面に対して交差する方向に沿って、前記金属ボールを超音波振動させる、半導体装置の製造方法により製造することができる。
【0904】
この方法によれば、ボンディングワイヤは、金属ボールが、電極パッドに押し付けられつつ、チャンファ部の非直線状の側面に対して交差する方向に沿って超音波振動されることにより、電極パッドに接合される。そして、超音波の印加により、金属ボールの一部がキャピラリの下方に広がってベース部が形成されるとともに、他の一部がストレート孔内に押し込まれて突出部が形成される。そして、チャンファ部内に残存した残りの部分により中間部が形成される。
【0905】
上記のようなキャピラリを用いて形成される接合部では、中間部がチャンファ部の側面の形状に応じて形成される。そのため、中間部は、超音波が印加された方向に沿って、電極パッドに対して垂直に切断したときの断面形状が非直線状である側面を有することとなる。そのため、ボンディングワイヤの接合時、超音波の印加方向に沿って中間部にかかる応力を、中間部の特定箇所に集中させることなく、非直線状の側面に分散させることができる。これにより、電極パッドにかかる応力を緩和することができる。その結果、電極パッド下方での損傷の発生を抑制することができる。
【0906】
非直線状の側面は、たとえば、下記（２）〜（４）の発明の態様であってもよい。（２）の発明は、非直線状の前記側面が、前記接合部の内方へ湾曲する湾曲面である、（１）の半導体装置である。（３）の発明は、非直線状の前記側面の断面形状が、曲線波形である、（１）の半導体装置である。（４）の発明は、非直線状の前記側面の断面形状が、直線波形である、（１）の半導体装置である。
【0907】
また、（５）の発明は、非直線状の前記側面が、前記接合部の全周にわたって形成されている、（１）〜（４）のいずれか一つの半導体装置である。この構成では、非直線状の側面が全周にわたって形成されているので、中間部にかかる応力を、中間部の側面全体に効率よく分散させることができる。そのため、電極パッドにかかる応力を一層緩和することができる。
【0908】
また、（６）の発明は、前記ボンディングワイヤが、銅からなる、（１）〜（５）のいずれか一つの半導体装置である。銅は金よりも硬くて変形し難いので、１ｓｔ接合の形成にあたっては、荷重および超音波を、金ワイヤの場合よりも大きくする必要がある。そのため、接合部の中間部にかかる応力が、金ワイヤを用いた場合よりも大きくなり、その大きな応力が電極パッドにかかると、電極パッド下方において、半導体チップにクラックが入るなど、大きな損傷が発生するおそれがある。
【0909】
しかし、上記のような中間部の形状であれば、大きな応力がかかっても、その応力を効果的に緩和することができる。そのため、電極パッド下方における損傷を効果的に抑制することができる。＜第３実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第３実施形態の開示からは、下記（１）〜（５）の発明を把握することができる。
【0910】
（１）の発明は、半導体チップと、前記半導体チップ上に形成された電極パッドと、線状に延びる本体部と、前記本体部の一端に形成され、前記電極パッドに接合された接合部とを有するボンディングワイヤとを含み、前記ボンディングワイヤは、銅からなり、前記本体部の線径の３乗に対する前記接合部の体積の比が、１．８〜５．６である、半導体装置である。
【0911】
また、（２）の発明は、熱伝導率が１５〜４５Ｗ／ｍ・Ｋの材料からなるキャピラリで保持された、銅からなるボンディングワイヤの先端部を熱溶融させることにより、前記ボンディングワイヤの先端部に金属ボールを形成するボール形成工程と、半導体チップ上に形成された電極パッドに、前記キャピラリにより、前記金属ボールを押し付けつつ超音波振動させることにより、前記金属ボールを前記電極パッドに接合する接合工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
【0912】
この方法によれば、銅からなるボンディングワイヤにおける金属ボールの形成に際して、熱伝導率が１５〜４５Ｗ／ｍ・Ｋの材料からなるキャピラリが用いられる。これにより、ボンディングワイヤの本体部の線径に対する径の大きさが１．５〜２．２倍といった、比較的小さな径の金属ボールを安定して形成することができる。このような径のＦＡＢの体積は、ボンディングワイヤの本体部の線径の３乗に対して、１．８〜５．６倍である。
【0913】
そのため、上記した径の金属ボールがキャピラリにより押し付けつつ超音波振動されることにより形成されるボンディングワイヤの接合部は、（１）の半導体装置のように、ボンディングワイヤの本体部の線径の３乗に対して１．８〜５．６倍の体積を有する。すなわち、ボンディングワイヤの本体部の線径の３乗に対する接合部の体積の比（体積／（線径）３）が、１．８〜５．６となる。
【0914】
したがって、電極パッドのピッチの大きさによらず、比較的太いボンディングワイヤを用いることができるため、ボンディングワイヤの熱伝導率および電気伝導率を向上させることができる。また、銅ワイヤが用いられているので、金ワイヤを用いる場合よりも、コストを低減することができる。また、（３）の発明は、前記キャピラリが、多結晶ルビーからなる、（２）の半導体装置の製造方法である。（４）の発明は、前記キャピラリが、単結晶ルビーからなる、（２）の半導体装置の製造方法である。
【0915】
すなわち、キャピラリの材料としては、たとえば、（３）の多結晶ルビー（熱伝導率が、たとえば、１７〜１９Ｗ／ｍ・Ｋ程度）や、（４）の単結晶ルビー（熱伝導率が、たとえば、４１〜４３Ｗ／ｍ・Ｋ程度）を用いることができる。また、（５）の発明は、前記ボール形成工程では、前記ボンディングワイヤの線径が大きいほど、前記ボンディングワイヤに印加する電流を大きくする、（２）〜（４）のいずれか一つの半導体装置の製造方法である。
【0916】
この方法では、ワイヤ線径が大きいほど、金属ボール形成時にワイヤに印加される電流が大きくなるので、より真球に近い金属ボールを効率よく形成することができる。＜第４実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第４実施形態の開示からは、下記（１）〜（４）の発明を把握することができる。
【0917】
（１）の発明は、キャピラリで保持された銅からなるボンディングワイヤの先端部を熱溶融させることにより、前記ボンディングワイヤの先端部に金属ボールを形成するボール形成工程と、半導体チップ上に形成された金属製の電極パッドに、前記キャピラリにより、前記金属ボールを押し付けつつ超音波振動させることにより、前記金属ボールを前記電極パッドに接合する接合工程とを含み、前記接合工程では、前記キャピラリにより前記金属ボールに対して、押し付け初期に相対的に大きな荷重を瞬時にかけ、その後、相対的に小さな荷重をかける、ワイヤボンディング方法である。
【0918】
また、（３）の発明は、半導体チップと、前記半導体チップ上に形成された金属製の電極パッドと、線状に延びる本体部と、前記本体部の一端に形成され、前記電極パッドに接合された接合部とを有するボンディングワイヤとを含み、前記ボンディングワイヤは、銅からなり、前記電極パッドにおける前記接合部との接合領域からその接合時にはみ出した前記電極パッドの材料のはみ出し部分が、前記電極パッドの表面に接している、半導体装置である。
【0919】
（１）のワイヤボンディング方法によれば、銅からなるボンディングワイヤの先端部に金属ボールが形成された後、電極パッドに金属ボールを押し付けつつ超音波振動させることにより、金属ボールが電極パッドに接合される。金属ボールの接合時、金属ボールには、一定の荷重および超音波が同時間印加されるのではなく、超音波が印加されつつ、押し付け初期に相対的に大きな荷重がかけられ、その後、相対的に小さな荷重がかけられる。
【0920】
このようなワイヤボンディング方法によれば、金属ボールの押し付け初期には、瞬時にかけられる相対的に大きな荷重によって、金属ボールを効果的に変形させることができる。一方、押し付け初期後は、金属ボールにかけられる荷重が相対的に小さくされるため、相対的に小さい荷重と共に印加される超音波により、電極パッドに対してボンディングワイヤを優れた強度で接合することができる。
【0921】
ところで、金よりも硬くて変形し難い銅ワイヤの１ｓｔ接合の形成にあたって、荷重および超音波を金ワイヤの条件よりも大きくすると、金属ボールにより押し広げられたパッドの材料が、電極パッドの表面から浮き上がって外方へ大きくはみ出す、いわゆる過度のスプラッシュが生じる場合がある。また、電極パッドの直下に大きな負荷がかかり、その結果、半導体チップ本体にクラックが発生するおそれがある。
【0922】
しかし、（１）の方法では、押し付け初期後に荷重が小さくされるため、超音波が印加された金属ボールによる、電極パッドの押し広げを抑制することができる。そのため、電極パッドにおける過度のスプラッシュの発生を抑制することができる。また、電極パッドに対して相対的に大きな荷重がかかる期間が押し付け初期のみであるため、電極パッドの直下に大きな負荷がかかることを抑制することができる。その結果、半導体チップにおけるクラックの発生を抑制することができる。
【0923】
そして、この方法を利用して作製された半導体装置では、たとえば、（３）の半導体装置のように、ボンディングワイヤの接合時に電極パッドの接合領域からはみ出すパッド材料のはみ出し部分を、電極パッドの表面から浮き上がらせることなく、電極パッドの表面に接触させることができる。また、（４）の発明は、前記電極パッドが、アルミニウムを含む金属材料からなる、（３）の半導体装置である。（４）の半導体装置のように、電極パッドがアルミニウムを含む金属材料からなる半導体装置では、銅ワイヤを用いた場合に過度のスプラッシュが生じやすい。しかし、このような半導体装置においても、上記のワイヤボンディング方法を利用すれば、過度のスプラッシュを効果的に抑制することができる。 また、（２）の発明は、前記接合工程では、前記金属ボールが前記電極パッドに接触してからの第１時間、相対的に大きな荷重をかけ、その後、前記第１時間よりも長い第２時間、相対的に小さな荷重をかける、（１）のワイヤボンディング方法である。
【0924】
この方法では、金属ボールに相対的に大きな荷重をかける第１時間よりも、相対的に小さな荷重をかける第２時間を長くすることにより、電極パッドに対するボンディングワイヤの接合強度を向上させることができる。＜第５実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第５実施形態の開示からは、下記（１）〜（４）の発明を把握することができる。
【0925】
（１）の発明は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された配線と、前記配線を被覆する絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたバリア層と、前記バリア層上において、前記配線の一部と対向する位置に形成された電極パッドと、銅からなり、前記電極パッドに接合されたボンディングワイヤとを含み、平面視において、前記ボンディングワイヤと前記電極パッドとの接合領域に重なる前記配線の面積が、前記接合領域の面積の２６．８％以下である半導体装置である。
【0926】
平面視において接合領域に重なる配線の面積（配線の重なり面積）が接合領域の面積の２６．８％以下であるため、電極パッド直下のバリア層と配線との対向面積が比較的小さくなる。そのため、たとえば、ボンディングワイヤと電極パッドとの接合時に、バリア層が配線側に押圧されても、その押圧による配線および絶縁層の変形が生じにくく、そのような変形によるバリア層への応力の集中を防止することができる。その結果、バリア層におけるクラックの発生を防止することができるので、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【0927】
また、（２）の発明は、前記絶縁層は、第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に積層された第２の層間絶縁膜とを含み、前記配線は、前記第１の層間絶縁膜に被覆されている、（１）の半導体装置である。すなわち、絶縁層は、第１の層間絶縁膜と、第１の層間絶縁膜上に積層された第２の層間絶縁膜とを含んでいてもよく、その場合、配線は、第１の層間絶縁膜に被覆され、第１の層間絶縁膜と第２の層間絶縁膜との間に別の配線が存在していなくてもよい。
【0928】
また、（３）の発明は、前記半導体基板上に積層された下側層間絶縁膜と、前記下側層間絶縁膜上に積層された上側層間絶縁膜とをさらに含み、前記配線は、前記上側層間絶縁膜と前記絶縁層との間に形成されている、（１）の半導体装置である。すなわち、半導体装置は、半導体基板上に積層された下側層間絶縁膜と、下側層間絶縁膜上に積層された上側層間絶縁膜とをさらに含んでいてもよく、その場合、配線は、上側層間絶縁膜と絶縁層との間に形成され、上側層間絶縁膜と下側層間絶縁膜との間に別の配線が存在していなくてもよい。
【0929】
また、（４）の発明は、前記配線は、互いに間隔を空けて複数設けられており、前記電極パッドは、少なくとも１つの前記配線と、前記絶縁層における前記配線間に挟まれる部分とに対向している、（１）〜（３）のいずれか一つの半導体装置である。すなわち、配線は、互いに間隔を空けて複数設けられていてもよく、その場合、電極パッドは、少なくとも１つの配線と、絶縁層における配線間に挟まれる部分とに対向していることが好ましい。
【0930】
配線が互いに間隔を空けて複数設けられている構成では、複数の配線の重なり面積は、各配線の重なり面積の合計であり、その合計が、接合領域の面積の２６．８％以下である。したがって、各配線の重なり面積は全て、接合領域の面積の２６．８％未満である。そして、電極パッドが、少なくとも１つの配線と、絶縁層における配線間に挟まれる部分とに対向している。これにより、それぞれの重なり面積が接合領域の面積の２６．８％に満たない複数の配線は、電極パッドにおける接合領域に対して、分散して対向することとなる。そのため、バリア層が配線側に押圧されたときに、その押圧による配線および絶縁層の変形量を小さく抑えることができる。その結果、バリア層における特定箇所への応力集中を抑制することができる。よって、バリア層におけるクラックの発生を一層防止することができる。
＜第６実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第６実施形態の開示からは、下記（１）〜（４）の発明を把握することができる。
【0931】
（１）の発明は、複数の接合対象物にボンディングワイヤを接続して、半導体装置を製造する方法であって、キャピラリで保持された銅からなるボンディングワイヤの先端部に放電エネルギを与えることにより、前記先端部を溶融させて金属ボールを形成するボール形成工程と、前記金属ボールを、金属材料からなる前記接合対象物に接合する接合工程と、前記金属ボールから延びる前記ボンディングワイヤを、前記キャピラリから切り離す切断工程とを含み、前記ボール形成工程、前記接合工程および前記切断工程をこの順に複数回繰り返して、各前記接合対象物に前記ボンディングワイヤを順次接続する場合に、１サイクル目における前記ボール形成工程時の第１放電エネルギを、２サイクル目以降における前記ボール形成工程時の第２放電エネルギよりも高くする、半導体装置の製造方法である。
【0932】
１サイクル目のボール形成工程時にボンディングワイヤに与えられる第１放電エネルギが、２サイクル目以降のボール形成工程時にボンディングワイヤに与えられる第２放電エネルギよりも高くされる。そのため、１サイクル目において、ボンディングワイヤの周囲の温度環境を安定化させることができる。その結果、１サイクル目において比較的大きな金属ボールを形成することができる。
【0933】
したがって、第１放電エネルギを適宜調整することにより、１サイクル目の金属ボールの大きさと、２サイクル目以降の金属ボールの大きさとをほぼ同じにすることができる。その結果、全サイクルを通して金属ボールの大きさのばらつきを抑制することができる。また、ボール形成工程、接合工程および切断工程が一連の工程で実行されるので、作製された金属ボールは、しばらく放置されることなく、速やかに接合対象物に接合される。そのため、金属ボールの酸化を抑制することができるので、接合対象物に対するボンディングワイヤの接続不良を抑制することができる。
【0934】
また、（２）の発明は、前記第１放電エネルギを、前記第２放電エネルギの１０５〜１１５％にする、（１）の半導体装置の製造方法である。すなわち、前記半導体装置の製造方法では、前記第１放電エネルギを、前記第２放電エネルギの１０５〜１１５％にすることが好ましい。第１放電エネルギが上記した範囲であれば、金属ボールの大きさのばらつきを一層抑制することができる。 そして、前記半導体装置の製造方法により、例えば、（３）の半導体装置を製造することができる。すなわち、（３）の発明は、半導体チップと、前記半導体チップ上に形成された複数の電極パッドと、銅からなり、複数の前記電極パッドのそれぞれに１本ずつ接続され、前記電極パッドに接合されたパッド接合部を有する複数のボンディングワイヤとを含み、全ての前記ボンディングワイヤの前記接合部分の体積の平均に対する、各前記接合部分の体積のばらつきが、±１５％以内である、半導体装置である。
【0935】
また、（４）の発明は、全ての前記ボンディングワイヤの前記接合部分の体積の平均に対する、各前記接合部分の体積のばらつきが、±１０％以内である、（３）の半導体装置である。すなわち、この半導体装置では、全てのボンディングワイヤの接合部分の体積の平均に対する、各接合部分の体積のばらつきが、±１０％以内であることが好ましい。＜第７実施形態の開示から把握されるべき特徴＞たとえば、第７実施形態の開示からは、下記（１）〜（５）の発明を把握することができる。
【0936】
（１）の発明は、キャピラリに保持された銅ワイヤの先端にＦＡＢを形成する工程と、前記キャピラリを半導体チップの表面に形成されたパッドに接近させて、前記ＦＡＢを前記パッドに当接させる工程と、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに荷重を加える工程と、前記キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加する工程とを含む、ワイヤボンディング方法である。
【0937】
このワイヤボンディング方法では、銅ワイヤの先端に形成されたＦＡＢがパッドに当接した後、キャピラリによりＦＡＢに荷重が加えられる。また、ＦＡＢに荷重が加えられている期間と一部重複して、キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流が印加される。そのため、荷重によりＦＡＢが変形しつつ、超音波振動子から伝搬する超音波振動によりＦＡＢがパッドに擦りつけられる。その結果、ＦＡＢとパッドとの接合が達成される。
【0938】
そして、キャピラリとしてボトルネックタイプキャピラリを用いる場合には、超音波振動子に印加される駆動電流の値を、キャピラリとしてスタンダードタイプキャピラリが用いられる場合における駆動電流の値の１．３倍以上１．５倍以下の範囲内に設定する。具体的には、下記（２）の発明のように駆動電流の値の１．４倍に設定してもよい。すなわち、（２）の発明は、前記キャピラリとしてボトルネックタイプキャピラリが用いられる場合における前記駆動電流の値が、前記キャピラリとしてスタンダードタイプキャピラリが用いられる場合における前記駆動電流の値の１．４倍に設定される、（１）のワイヤボンディング方法である。
【0939】
これにより、ワイヤボンディングに用いられるキャピラリがスタンダードタイプキャピラリからボトルネックタイプキャピラリに変更されても、ＦＡＢに加えられる荷重およびキャピラリに設けられた超音波振動子の駆動電流の大きさを簡単に設定することができ、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を達成することができる。また、（３）の発明は、前記超音波振動子に印加される駆動電流の値は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、所定値まで漸増される、（１）または（２）のワイヤボンディング方法である。
【0940】
（３）のワイヤボンディング方法のように、ＦＡＢのパッドへの当接後は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が漸増される一方で、ＦＡＢに荷重が加えられることにより、ＦＡＢが押し潰されるように変形し、ＦＡＢとパッドとの当接部分の面積が漸増する。これにより、超音波振動子からＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギが漸増し、また、パッドに擦りつけられるＦＡＢの面積が漸増する。その結果、接合完了後のＦＡＢ（ファーストボール部）の中央部の下方において、ＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギの急増によるダメージがパッドおよびパッドの下層に生じることを抑制しつつ、ファーストボール部のパッドとの接合面の周縁部までパッドに良好に接合された状態を得ることができる。
【0941】
また、（４）の発明は、前記超音波振動子に印加される駆動電流の値は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、一定の変化率で前記所定値まで増加される、（３）のワイヤボンディング方法である。また、（５）の発明は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接前から、前記超音波振動子に駆動電流が印加されている、（１）〜（４）のいずれか一つのワイヤボンディング方法でる。
【0942】
この場合、ＦＡＢがパッドに当接した瞬間から、ＦＡＢとパッドとの当接部分に超音波振動が伝搬し、その当接部分がパッドに擦りつけられる。その結果、ファーストボール部のパッドとの接合面の中央部（ＦＡＢとパッドとが初めて当接する部分）がパッドに良好に接合された状態を得ることができる。＜第８実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第８実施形態の開示からは、下記（１）〜（６）の発明を把握することができる。
【0943】
（１）の発明は、表面にパッドが設けられた半導体チップと、一端が前記パッドに接続され、少なくとも当該パッドとの接合部にＺｎ（亜鉛）が含まれる銅ワイヤとを備えている、半導体装置である。銅ワイヤには、少なくとも半導体チップのパッドとの接合部（以下、この項において「パッド接合部」という。）にＺｎが含まれている。言い換えれば、銅ワイヤのパッド接合部がＣｕとＺｎとの合金（黄銅）からなる。そのため、パッド接合部が酸化しにくい。よって、酸化に起因するパッド接合部のパッドからの剥がれの発生を防止することができる。
【0944】
また、（２）の発明は、前記パッドは、少なくとも表層部にＺｎからなるＺｎ層を有している、（１）の半導体装置である。また、（３）の発明は、前記パッドは、前記Ｚｎ層の単一層からなる、（２）の半導体装置である。また、（４）の発明は、前記パッドは、ＡｌからなるＡｌ層をさらに有し、前記Ｚｎ層は、前記Ａｌ層上に形成されている、（２）の半導体装置である。
【0945】
すなわち、パッドは、少なくとも表層部にＺｎからなるＺｎ層を有していれば、そのＺｎ層の単一層で構成されてもよく、ＡｌからなるＡｌ層とＺｎ層との積層体であってもよい。ただし、パッドがＡｌ層およびＺｎ層からなる場合、それらが直に接触すると、ＡｌとＺｎとが共晶結合する。Ａｌの融点が６６０℃であり、Ｚｎの融点が４１９℃であるのに対し、ＡｌとＺｎとが共晶結合したＺｎ−Ａｌ合金の融点は低く、たとえば、７８Ｚｎ−２２Ａｌ合金の融点は２７５℃である。そのため、パッドがＺｎ−Ａｌ合金を有していると、熱処理時にパッドが溶融するおそれがある。
【0946】
そこで、（５）の発明は、前記Ａｌ層と前記Ｚｎ層との間に介在され、ＴｉからなるＴｉ層およびＴｉＮからなるＴｉＮ層を前記Ａｌ層側からこの順に積層した構造を有するバリア膜をさらに含む、（４）の半導体装置である。バリア膜が介在されることにより、Ａｌ層に含まれるＡｌとＺｎ層に含まれるＺｎとの共晶結合を防止することができる。
【0947】
また、（６）の発明は、前記銅ワイヤの全体にＺｎが含まれる、（１）〜（５）のいずれか一つの半導体装置である。すなわち、銅ワイヤは、純銅からなるワイヤであってもよいし、黄銅からなるワイヤであってもよい。銅ワイヤが黄銅からなるワイヤであれば、パッドがＺｎ層を有していなくても、パッド接合部が黄銅からなり、パッド接続部の酸化によるパッドからの剥がれの発生を防止することができる。
＜第９実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第９実施形態の開示からは、下記（１）〜（７）の発明を把握することができる。
【0948】
（１）の発明は、半導体チップと、前記半導体チップが接合されるダイパッドと、前記ダイパッドの周囲に配置されたリードと、金属材料からなり、前記半導体チップと前記リードとに跨って設けられ、前記半導体チップと前記リードとを電気的に接続するボンディングワイヤと、金属材料からなり、前記半導体チップと前記ダイパッドおよび前記リードとの電気的な接続に寄与しない非電気接続部材とを含む、半導体装置である。
【0949】
この半導体装置では、ダイパッドに接合された半導体チップとダイパッドの周囲に配置されたリードとの間に、金属材料からなるボンディングワイヤが架設されている。このボンディングワイヤにより、半導体チップとリードとが電気的に接続されている。また、半導体装置には、半導体チップとダイパッドおよびリードとの電気的な接続に寄与しない非電気接続部材が設けられている。非電気接続部材は、金属材料からなる。
【0950】
半導体装置の動作時において、半導体チップからの発熱は、ダイパッド、リードおよび非電気接続部材に伝達される。そして、伝達された熱は、それらを一括して封止する封止樹脂中を伝播し、その封止樹脂の表面から放出（放熱）される。そのため、非電気接続部材が設けられていることにより、非電気接続部材が設けられていない構成と比較して、封止樹脂への熱伝達効率を向上させることができ、半導体装置の放熱性の向上を図ることができる。
【0951】
また、非電気接続部材は、半導体チップとダイパッドおよびリードとの電気的な接続に寄与しない。そのため、非電気接続部材同士の接触を考慮する必要がなく、その配置に制約を受けないので、非電気接続部材を物理的に可能な限り密に配置することができる。その結果、半導体装置の放熱性のさらなる向上を図ることができる。また、（２）の発明は、前記非電気接続部材は、前記ダイパッドまたは前記リードのいずれか一方にその両端部が接合されたループ状の金属ワイヤを含む、（１）の半導体装置である。 非電気接続部材がループ状の金属ワイヤである場合、ワイヤボンダを用いて、非電気接続部材を形成することができる。そのため、非電気接続部材を形成するための装置の追加を回避することができる。また、金属ワイヤ同士の接触を考慮することなく、非電気接続部材を配置することができるので、ワイヤボンダを用いて形成可能な限りの小さな間隔で非電気接続部材を形成することができる。
【0952】
また、（３）の発明は、前記非電気接続部材は、前記ダイパッドまたは前記リードのいずれか一方上に配置されたスタッドバンプを含む、（１）または（２）の半導体装置である。非電気接続部材がスタッドバンプである場合、ワイヤボンダを用いて、非電気接続部材を形成することができる。そのため、非電気接続部材を形成するための装置の追加を回避することができる。また、スタッドバンプ同士の接触を考慮することなく、非電気接続部材を配置することができるので、ワイヤボンダを用いて形成可能な限りの小さな間隔で非電気接続部材を形成することができる。
【0953】
さらに、非電気接続部材は、ループ状の金属ワイヤとスタッドバンプとを組み合わせたものであってもよい。この場合、金属ワイヤのループ部分の隙間にスタッドバンプを配置することができるので、非電気接続部材の配置密度をさらに高くすることができ、半導体装置の放熱性のさらなる向上を図ることができる。また、（４）の発明は、前記スタッドバンプが、複数積み重ねて設けられている、（３）の半導体装置である。 これにより、スタッドバンプの高さを半導体装置内のデッドスペースに合わせて変更することができるので、非電気接続部材の表面積をさらに大きくすることができる。その結果、半導体装置の放熱性のさらなる向上を図ることができる。
【0954】
また、（５）の発明は、前記非電気接続部材は、銅からなる、（１）〜（４）のいずれか一つの半導体装置である。銅は、安価であるため、非電気接続部材の材料コストを低減することができる。また、銅は、熱伝導率が高いので、半導体装置の放熱量を向上させることができる。また、（６）の発明は、前記ダイパッドおよび／または前記リードにおける前記非電気接続部材の接合部分には、銀めっきが施されている、（５）の半導体装置である。
【0955】
また、（７）の発明は、前記ボンディングワイヤは、銅からなる、（１）〜（６）のいずれか一つの半導体装置である。すなわち、ボンディングワイヤは、銅からなることが好ましい。銅は、安価であるため、ボンディングワイヤの材料コストを低減することができる。また、銅は、電気伝導率が高いので、半導体チップとリードとの間での電気抵抗を低減することができる。＜第１０実施形態の開示から把握されるべき特徴＞たとえば、第１０実施形態の開示からは、下記（１）〜（６）の発明を把握することができる。
【0956】
（１）の発明は、半導体チップと、前記半導体チップの裏面に対向して配置されるアイランドと、前記アイランドと前記半導体チップの裏面との間に介在される絶縁性の接合材と、前記アイランドの側方に、前記アイランドと離間して配置されるリードと、前記半導体チップの表面に形成されたパッドと前記リードとの間に架設され、前記パッドと前記リードとを電気的に接続する表面ワイヤと、前記半導体チップの裏面と前記アイランドとの間に架設され、前記半導体チップの裏面と前記アイランドとを電気的に接続する裏面ワイヤとを備えている、半導体装置である。 この半導体装置では、半導体チップは、その裏面が絶縁性の接合材によりアイランドに接合されている。アイランドの側方には、リードがアイランドと離間して配置される。半導体チップの表面に形成されたパッドとリードとの間には、表面ワイヤが架設されている。これにより、パッドとリードとが電気的に接続されている。
【0957】
また、半導体チップの裏面とアイランドとの間には、半導体チップとアイランドとを電気的に接続する裏面ワイヤが架設されている。これにより、接合材が絶縁性であっても、裏面ワイヤを介して、半導体チップの裏面とアイランドとを電気的に接続することができる。すなわち、はんだ以外の接合材を用いても、その接合材の電気的な特性にかかわらず、半導体チップの裏面とアイランドとの電気的な接続を達成することができる。
【0958】
また、（２）の発明は、前記裏面ワイヤは、銅からなる、（１）の半導体装置である。つまり、裏面ワイヤは、銅からなることが好ましい。銅は、ワイヤの材料として広く用いられる金と比較して安価であるため、裏面ワイヤの材料コストを低減することができる。また、銅は、電気伝導率が高いので、半導体チップとアイランドとの間での電気抵抗を低減することができる。また、銅からなる裏面ワイヤは、放熱性が良好であるため、放熱性の観点からは、銅からなる裏面ワイヤを多数設けることは有効である。
【0959】
また、（３）の発明は、前記表面ワイヤおよび前記裏面ワイヤは、同一材料からなる、（１）または（２）の半導体装置である。つまり、表面ワイヤおよび裏面ワイヤは、同一材料からなることが好ましい。表面ワイヤおよび裏面ワイヤが同一材料であれば、ワイヤボンダにセットされる材料を変更することなく、そのワイヤボンダにより、表面ワイヤおよび裏面ワイヤを形成することができる。そのため、半導体装置の製造工程を簡素化することができる。
【0960】
また、（４）の発明は、前記アイランドには、貫通孔がその厚さ方向に貫通して形成されており、前記裏面ワイヤは、前記貫通孔を通して、前記半導体チップの裏面と前記アイランドとの間に架設されている、（１）〜（３）のいずれか一つの半導体装置である。 これにより、半導体チップの裏面が貫通孔から露出し、その露出した部分に裏面ワイヤが接続されることによって、半導体チップの裏面とアイランドとの電気的な接続を達成することができる。この場合、アイランドにおける半導体チップの裏面と対向する部分の面積は、必然的に、半導体チップの裏面の面積よりも小さくなり、半導体チップとアイランドとの対向部分にのみ絶縁性の接合材が介在されていればよいので、接合材の使用量を低減することができる。その結果、半導体装置の材料コストを低減することができる。
【0961】
また、（５）の発明は、前記裏面ワイヤは、複数設けられている、（１）〜（４）のいずれか一つの半導体装置である。これにより、半導体チップとアイランドとの電気的な接続の確実性を向上させることができる。また、（６）の発明は、前記アイランドにおける前記半導体チップの裏面と対向する部分の面積は、前記半導体チップの裏面の面積よりも小さい、（１）〜（５）のいずれか一つの半導体装置である。
＜第１１実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第１１実施形態の開示からは、下記（１）〜（７）の発明を把握することができる。
【0962】
（１）の発明は、リードフレームと、前記リードフレームに接合された半導体チップと、前記リードフレームと前記半導体チップとの間に介在され、Ｂｉ系材料からなる接合材と、Ｃｕからなり、前記リードフレームにおける前記半導体チップと対向する面上に設けられたスペーサとを含む、半導体装置である。この構成によれば、リードフレームと半導体チップとを接合する接合材が、Ｂｉ系材料からなるので、接合材の鉛フリー化を達成することができる。
【0963】
また、リードフレームと半導体チップとの間にスペーサが設けられているため、リードフレームと半導体チップとの距離を、少なくともスペーサの高さに維持することができる。したがって、スペーサの高さを適当に調節することにより、リードフレームと半導体チップとの間に、十分な厚さを有する接合材を介在させることができる。その結果、リードフレームの反りに起因する応力が接合材に発生しても、その応力を十分緩和することができる。そのため、半導体チップの反り量を低減することができる。よって、半導体チップにおけるクラックの発生を防止することができる。また、半導体チップおよびリードフレームの厚さを大きくする必要がないので、半導体装置のパッケージ本体が大型化することもない。
【0964】
さらに、スペーサがＣｕからなり、Ｃｕの熱伝導率（約３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）はＢｉの熱伝導率（約９Ｗ／ｍ・Ｋ）比べて非常に大きいので、リードフレームと半導体チップとの間の熱伝導性を向上させることができる。そのため、半導体チップで発生する熱を、Ｃｕスペーサを介してリードフレームに逃がすことができる。したがって、半導体チップの放熱性を十分に確保することができる。
【0965】
また、スペーサがＡｕ、Ａｇ、Ｎｉなどの金属元素などからなる場合、接合材中のＢｉがスペーサと反応し、上記金属元素と化合物を形成したり、共晶組成を形成したりするかもしれない。そして、Ｂｉと上記金属元素との金属間化合物は、硬くて脆いため、半導体装置の温度サイクル試験（ＴＣＹ試験）時に、破壊の起点になるおそれがある。また、Ｂｉと上記金属元素との共晶組成物の融点は、Ｂｉ単体の融点よりも低い。たとえば、Ｂｉ単体の融点が約２７１℃であるのに対し、ＢｉとＡｕとの共晶組成物の融点は約２４１℃であり、ＢｉとＡｇとの共晶組成物の融点は約２６２℃である。そのため、半導体装置を実装するときのリフロー（ピーク温度が約２６０℃）時に、接合材が再溶融するおそれがある。
【0966】
これに対し、ＣｕはＢｉとほとんど反応しないので、スペーサがＣｕからなるこの半導体装置では、接合材の融点低下や耐温度サイクル性の低下を抑制することができる。また、（２）の発明は、前記リードフレームが、Ｃｕからなる、（１）の半導体装置である。
リードフレームの材料としては、（２）のＣｕ以外に、たとえば、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）などのＦｅ系素材が知られている。４２アロイの熱膨張係数は、約４．４〜７．０×１０−６／℃である。４２アロイからなるリードフレームでは、Ｃｕ（熱膨張係数が約１６．７×１０−６／℃）からなるリードフレームよりも、熱膨張量が小さくなって、それによりリードフレームの反り量を小さくできるかもしれない。しかし、４２アロイを使用する場合、Ｃｕを使用する場合よりもコストがかかり、また、放熱性が低下する。
【0967】
これに対し、上記の半導体装置では、リードフレームがＣｕからなる場合でも、リードフレームの反りに起因する応力を、接合材で十分緩和することができる。そのため、リードフレームの材料としてＣｕを問題なく使用でき、コストや放熱性を維持することができる。なお、リードフレームの材料として使用されるＣｕは、Ｃｕを主として含有するＣｕ系素材であり、たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅、Ｃｕと異種金属との合金（たとえば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金など）などを包含している。
【0968】
また、（３）の発明は、前記半導体チップが、Ｓｉ基板を備え、前記Ｓｉ基板が、前記スペーサに支持されている、（１）または（２）の半導体装置である。この構成では、Ｓｉ基板がスペーサに支持されているので、Ｓｉ基板とリードフレームとがスペーサを介して熱交換可能に接続される。したがって、リードフレームが熱膨張するとき、リードフレームの熱がＳｉ基板へ伝達される。そのため、半導体装置を実装するときのリフロー時において、リードフレームから伝達される熱により、Ｓｉ基板を熱膨張させることができる。その結果、リードフレームの熱膨張量とＳｉ基板の熱膨張量との差を小さくすることができるので、Ｓｉ基板の反り量を低減することができる。
【0969】
また、（４）の発明は、前記半導体チップにおける前記リードフレームとの対向面には、Ｃｕ層が形成されている、（１）〜（３）のいずれか一つの半導体装置である。この構成では、半導体装置において、接合材はＣｕ層に接合されることとなる。上記したように、ＣｕはＢｉとほとんど反応しないので、接合材の融点低下や耐温度サイクル性の低下を抑制することができる。また、半導体チップとスペーサとが接触する場合、その接触が、Ｃｕ層とＣｕスペーサとの同種金属同士の接触となるので、半導体チップとスペーサとの接触による影響（たとえば、Ｃｕスペーサの高抵抗化、Ｃｕスペーサの侵食など）を低減することができる。
【0970】
また、（５）の発明は、前記接合材が、ＳｎまたはＺｎを含有している、（１）〜（４）のいずれか一つの半導体装置である。この構成では、接合材が、ＳｎまたはＺｎを含有しているので、リードフレームおよび半導体チップに対する接合材の濡れ性を向上させることができる。
たとえば、上記のように、半導体チップにおけるリードフレームとの対向面にＣｕ層が形成されている場合、接合材におけるＣｕ層との界面付近に、Ｃｕ−Ｓｎ合金やＣｕ−Ｚｎ合金からなる部分を形成することができる。そのため、当該合金部分によって、半導体チップと接合材との接合強度を向上させることができる。
【0971】
また、Ｓｎの熱伝導率は約７３Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｚｎの熱伝導率は約１２０Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｂｉの熱伝導率（約９Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べて高い。そのため、接合材がＢｉのみからなる場合に比べて、接合材の熱伝導率を向上させることができる。その結果、半導体チップの放熱性を一層向上させることができる。また、（６）の発明は、前記スペーサが、ワイヤボンディング法により形成されている、（１）〜（５）のいずれか一つの半導体装置である。
【0972】
この構成では、リードフレーム上へのスペーサの形成に際して、従来から実績のあるワイヤボンディング法が利用される。そのため、スペーサを簡単に形成することができる。ワイヤボンディング方により形成されるスペーサは、たとえば、スタッドバンプ、ワイヤリングなどである。また、（７）の発明は、前記スペーサが、３つ以上設けられている、（１）〜（６）のいずれか一つの半導体装置である。
【0973】
この構成では、スペーサが３つ以上設けられているので、半導体チップを少なくとも３点で支持することができる。これにより、リードフレームの表面に対して傾かないように、半導体チップをスペーサ上で安定させることができる。そのため、リードフレームと半導体チップとの距離をほぼ均等な大きさにすることができる。その結果、リードフレームと半導体チップとの対向方向（縦方向）における接合材の線膨張係数が均一になるため、接合材における応力の偏りを抑制することができ、応力を全体的に緩和することができる。また、半導体チップで発生する熱を、３つ以上のＣｕスペーサを利用して放散できるので、半導体チップの放熱性を一層向上させることができる。＜第１２実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第１２実施形態の開示からは、下記（１）〜（７）の発明を把握することができる。
【0974】
（１）の発明は、キャピラリに保持された銅ワイヤの先端にＦＡＢを形成する工程と、前記キャピラリを半導体チップの表面に形成されたパッドに接近させて、前記ＦＡＢを前記パッドに当接させる工程と、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに相対的に大きい初期荷重を加え、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接から所定時間の経過後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに相対的に小さな荷重を加える工程と、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接前から、前記キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加し、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、前記超音波振動子に印加される駆動電流の値を所定値まで漸増させる工程とを含む、ワイヤボンディング方法である。
【0975】
このワイヤボンディング方法では、銅ワイヤの先端に形成されたＦＡＢがパッドに当接した後、キャピラリによりＦＡＢに相対的に大きい初期荷重が加えられる。これにより、Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢが良好に変形するので、ＦＡＢに加えられる初期荷重をＦＡＢの変形により適度に減衰しつつＦＡＢとパッドとの接合に寄与させることができる。
【0976】
また、ＦＡＢのパッドへの当接前からキャピラリに設けられた超音波振動子が発振しているので、ＦＡＢがパッドに当接した瞬間から、ＦＡＢとパッドとの当接部分に超音波振動が伝搬し、その当接部分がパッドに擦りつけられる。その結果、接合完了後のＦＡＢ（ファーストボール部）のパッドとの接合面の中央部（ＦＡＢとパッドとが初めて当接する部分）がパッドに良好に接合された状態を得ることができる。
【0977】
ＦＡＢのパッドへの当接後は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が漸増される。その一方で、ＦＡＢが押し潰されるように変形し、ＦＡＢとパッドとの当接部分の面積が漸増する。これにより、超音波振動子からＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギが漸増し、また、パッドに擦りつけられるＦＡＢの面積が漸増する。その結果、ファーストボール部の中央部の下方において、ＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギの急増によるクラックなどのダメージがパッドおよびパッドの下層に生じることを抑制しつつ、ファーストボール部のパッドとの接合面の周縁部までパッドに良好に接合された状態を得ることができる。
【0978】
ＣｕからなるＦＡＢがパッドに当接してから所定時間が経過すると、ＦＡＢがパッドに押しつけられることによるＦＡＢの変形が終了する。すなわち、ＣｕからなるＦＡＢがパッドに当接されてから所定時間が経過すると、ファーストボール部の形状が完成する。そのため、それ以後にＦＡＢに大きい荷重が加えられ続けると、ＦＡＢとパッドとの当接部分に超音波振動が良好に伝搬しないので、ＦＡＢがパッドに当接されてから所定時間の経過後は、ＦＡＢに加えられる荷重が下げられる。これにより、超音波振動をＦＡＢ（ファーストボール部）とパッドとの当接部分に良好に伝搬させることができる。
【0979】
よって、（１）の発明に係るワイヤボンディング方法によれば、パッドおよびパッドの下層にダメージが生じるのを防止しながら、超音波振動により、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合、つまりファーストボール部のパッドとの接合面の全域がパッドと良好に接合された状態を得ることができる。また、（２）の発明は、前記超音波振動子に印加される駆動電流の値は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、一定の変化率で前記所定値まで増加される、（１）のワイヤボンディング方法である。また、（３）の発明は、前記変化率は、２１ｍＡ／ｍｓｅｃ以下である、（２）のワイヤボンディング方法である。 すなわち、超音波振動子に印加される駆動電流の値は、ＦＡＢのパッドへの当接後、一定の変化率で所定値まで増加されてもよい。この場合、変化率は、２１ｍＡ／ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。変化率が２１ｍＡ／ｍｓｅｃ以下であれば、ＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギの急増によるパッドおよびパッドの下層におけるダメージの発生を効果的に防止することができる。
【0980】
なお、パッドに対するＦＡＢの接合の手法として、ＦＡＢがパッドに当接してから、ＦＡＢに一定の荷重を加え続けるとともに、超音波振動子に一定の駆動電流を印加し続けることが考えられる。しかし、この手法では、ＦＡＢに加えられる荷重の大きさおよび超音波振動子に印加される駆動電流の値をどのように設定しても、ＦＡＢがパッドに十分に接合されないか、または、パッドの材料がＦＡＢ（ファーストボール部）の側方に薄い鍔状に大きくはみ出す、いわゆるスプラッシュを生じる。
【0981】
（１）の発明に係るワイヤボンディング方法では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値、および初期荷重の大きさを適切に設定することにより、そのスプラッシュの発生を防止することができる。また、（４）の発明は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接前から前記超音波振動子に印加される前記駆動電流の値は、３０ｍＡ未満である、（１）〜（３）のいずれか一つのワイヤボンディング方法である。 すなわち、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値は、３０ｍＡ未満であることが好ましい。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接直後にＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギが過大となることを防止できる。その結果、スプラッシュの発生、ならびにファーストボール部の中央部の下方でのパッドおよびパッドの下層のダメージの発生を良好に防止することができる。
【0982】
また、（５）の発明は、前記初期荷重の大きさは、前記パッドに対する接合完了後の前記ＦＡＢの狙い接合面積に一定の係数を乗じた値に基づいて設定される、（１）〜（４）のいずれか一つのワイヤボンディング方法である。 銅ワイヤの線径にかかわらず、初期荷重とパッドに対するファーストボール部の接合面積（ファーストボール部とパッドとの接合面積）との間にはほぼ比例関係があるので、初期荷重の大きさは、パッドに対するファーストボール部の狙い接合面積に一定の係数を乗じた値に基づいて設定されることが好ましい。これにより、銅ワイヤの線径にかかわらず、初期荷重の大きさを適切に設定することができる。その結果、スプラッシュの発生、ならびにファーストボール部の中央部の下方でのパッドおよびパッドの下層のダメージの発生を良好に防止しつつ、ＦＡＢの良好な変形を達成することができ、ファーストボール部のパッドとの接合面の中央部がパッドに良好に接合された状態を得ることができる。
【0983】
ＦＡＢの変形は、初期荷重の大きさならびにファーストボール部の狙い直径および厚さにかかわらず、ＦＡＢがパッドに当接してから２ｍｓｅｃ未満では完了しない。一方、ＦＡＢがパッドに当接してから４ｍｓｅｃを超えると、ＦＡＢの変形が確実に完了しており、それ以後に相対的に大きい荷重をＦＡＢに加え続けても無意味である。そのため、ＦＡＢに初期荷重が加えられる期間は、ＦＡＢがパッドに当接してから２ｍｓｅｃ以上４ｓｅｃ以下の範囲内で設定されることが好ましい。初期荷重として通常使用される荷重の大きさでは、３ｍｓｅｃでＦＡＢの変形が完了するので、ＦＡＢがパッドに当接されてから３ｍｓｅｃが経過した時点で、ＦＡＢに加えられる荷重が下げられることがさらに好ましい。
【0984】
また、（６）の発明は、前記所定時間に前記超音波振動子に印加される駆動電流の積分値は、１６５ｍＡ・ｍｓｅｃ未満である、（１）〜（５）のいずれか一つのワイヤボンディング方法である。これにより、ＦＡＢがパッドに当接してからの所定時間内にＦＡＢに適切なエネルギ量の超音波振動が伝搬されるので、ファーストボール部の中央部の下方において、パッドおよびパッドの下層にダメージ生じることを防止しつつ、ファーストボール部のパッドとの接合面の周縁部までパッドに良好に接合された状態を得ることができる。
【0985】
また、（７）の発明は、前記所定値を接合完了後の前記ＦＡＢの狙い接合面積で除した値が０．０１９７ｍＡ／μｍ２以下である、（１）〜（６）のいずれか一つのワイヤボンディング方法である。そのように設定されていれば、ＦＡＢの変形終了後にＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギが過大となることを防止でき、ファーストボール部の周縁部の下方において、パッドおよびパッドの下層にダメージが生じるのを良好に防止することができる。＜第１３実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第１３実施形態の開示からは、下記（１）〜（６）の発明を把握することができる。
【0986】
（１）の発明は、キャピラリに保持された銅ワイヤの先端にＦＡＢを形成する工程と、前記キャピラリを半導体チップの表面に形成されたパッドに接近させて、前記ＦＡＢを前記パッドに当接させる工程と、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに相対的に大きい初期荷重を加え、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接から所定時間の経過後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに相対的に小さな荷重を加える工程と、前記キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加する工程とを含む、ワイヤボンディング方法である。
【0987】
このワイヤボンディング方法では、銅ワイヤの先端に形成されたＦＡＢがパッドに当接した後、キャピラリによりＦＡＢに相対的に大きい初期荷重が加えられる。これにより、Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢが良好に変形するので、ＦＡＢに加えられる初期荷重をＦＡＢの変形により適度に減衰しつつＦＡＢとパッドとの接合に寄与させることができる。
【0988】
また、キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流が印加されるので、超音波振動子からＦＡＢに超音波振動が伝搬し、その超音波振動によりＦＡＢがパッドに擦りつけられる。超音波振動子に印加される駆動電流は、ＦＡＢのパッドへの当接からの所定時間における駆動電流の積分値が１６２ｍＡ・ｍｓｅｃ未満となるように制御される。これにより、ＦＡＢがパッドに当接してからの所定時間内にＦＡＢに適切なエネルギ量の超音波振動が伝搬される。その結果、超音波振動の過剰なエネルギによるパッドおよびパッドの下層のクラックなどのダメージの発生を防止することができながら、超音波振動によりＦＡＢとパッドとの良好に接合することができる。
【0989】
ＣｕからなるＦＡＢがパッドに当接されてから所定時間が経過すると、ＦＡＢがパッドに押しつけられることによるＦＡＢの変形が終了する。すなわち、ＣｕからなるＦＡＢがパッドに当接されてから所定時間が経過すると、接合完了後のＦＡＢ（ファーストボール部）の形状が完成する。そのため、それ以後にＦＡＢに大きい荷重が加えられ続けると、ＦＡＢとパッドとの当接部分に超音波振動が良好に伝搬しないので、ＦＡＢがパッドに当接されてから所定時間の経過後は、ＦＡＢに加えられる荷重が下げられる。これにより、超音波振動をＦＡＢ（ファーストボール部）とパッドとの当接部分に良好に伝搬させることができる。
【0990】
よって、（１）のワイヤボンディング方法によれば、パッドおよびパッドの下層にダメージが生じるのを防止しながら、超音波振動により、パッドに対する銅ワイヤの良好な接合を得ることができる。また、（２）の発明は、前記超音波振動子に印加される駆動電流の値は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、所定値まで漸増される、（１）のワイヤボンディング方法である。すなわち、ＦＡＢのパッドへの当接後は、超音波振動子に印加される駆動電流の値が漸増されることが好ましい。その一方で、ＦＡＢに初期荷重が加えられることにより、ＦＡＢが押し潰されるように変形し、ＦＡＢとパッドとの当接部分の面積が漸増する。これにより、超音波振動子からＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギが漸増し、また、パッドに擦りつけられるＦＡＢの面積が漸増する。その結果、ファーストボール部の中央部の下方において、ＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギの急増によるダメージがパッドおよびパッドの下層に生じることを抑制しつつ、ファーストボール部のパッドとの接合面の周縁部までパッドに良好に接合された状態を得ることができる。
【0991】
また、（３）の発明は、前記超音波振動子に印加される駆動電流の値は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、一定の変化率で前記所定値まで増加される、（２）のワイヤボンディング方法である。すなわち、超音波振動子に印加される駆動電流の値は、ＦＡＢのパッドへの当接後、一定の変化率で所定値まで増加されてもよい。また、（４）の発明は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接前から、前記超音波振動子に駆動電流が印加されている、（１）〜（３）のいずれか一つのワイヤボンディング方法である。この場合、ＦＡＢがパッドに当接した瞬間から、ＦＡＢとパッドとの当接部分に超音波振動が伝搬し、その当接部分がパッドに擦りつけられる。その結果、ファーストボール部のパッドとの接合面の中央部（ＦＡＢとパッドとが初めて当接する部分）がパッドに良好に接合された状態を得ることができる。
【0992】
なお、パッドに対するＦＡＢの接合の手法として、ＦＡＢがパッドに当接されてから、ＦＡＢに一定の荷重を加え続けるとともに、超音波振動子に一定の駆動電流を印加し続けることが考えられる。しかし、この手法では、ＦＡＢに加えられる荷重の大きさおよび超音波振動子に印加される駆動電流の値をどのように設定しても、ＦＡＢがパッドに十分に接合されないか、または、パッドの材料がＦＡＢ（ファーストボール部）の側方に薄い鍔状に大きくはみ出す、いわゆるスプラッシュを生じる。
【0993】
（１）のワイヤボンディング方法では、ＦＡＢのパッドへの当接前から超音波振動子に印加される駆動電流の値、および初期荷重の大きさを適切に設定することにより、そのスプラッシュの発生を防止することができる。また、（５）の発明は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接前から前記超音波振動子に印加される前記駆動電流の値は、３０ｍＡ未満である、（４）のワイヤボンディング方法である。これにより、ＦＡＢのパッドへの当接直後にＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギが過大となることを防止できる。その結果、スプラッシュの発生、ならびにファーストボール部の中央部の下方でのパッドおよびパッドの下層のダメージの発生を良好に防止することができる。
【0994】
また、（６）の発明は、前記初期荷重の大きさは、前記パッドに対する接合完了後の前記ＦＡＢの狙い接合面積に一定の係数を乗じた値に基づいて設定される、（１）〜（５）のいずれか一つのワイヤボンディング方法である。これにより、ファーストボール部の狙い接合面積に応じて、初期荷重の大きさを適切に設定することができる。その結果、スプラッシュの発生、ならびにファーストボール部の中央部の下方でのパッドおよびパッドの下層のダメージの発生を良好に防止しつつ、ＦＡＢの良好な変形を達成することができる。＜第１４実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第１４実施形態の開示からは、下記（１）〜（６）の発明を把握することができる。
【0995】
（１）の発明は、キャピラリに保持された銅ワイヤの先端にＦＡＢ（Free Air Ball）を形成する工程と、前記キャピラリを半導体チップの表面に形成されたパッドに接近させて、前記ＦＡＢを前記パッドに当接させる工程と、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに荷重を加える工程と、前記ＦＡＢに荷重を加える工程と少なくとも一部が重複して、前記キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加する工程とを含む、ワイヤボンディング方法である。
【0996】
このワイヤボンディング方法では、銅ワイヤの先端に形成されたＦＡＢがパッドに当接した後、キャピラリによりＦＡＢに荷重が加えられる。また、ＦＡＢに荷重が加えられている期間と一部重複して、キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流が印加される。そのため、荷重によりＦＡＢが変形しつつ、超音波振動子から伝搬する超音波振動によりＦＡＢがパッドに擦りつけられる。
【0997】
そして、ＦＡＢのパッドへの当接から所定時間が経過した後に超音波振動子に印加される駆動電流の値は、その値をパッドへの接合完了後のＦＡＢ（ファーストボール部）の狙い接合面積で除した値が０．０１９７ｍＡ／μｍ２以下となるように設定されている。これにより、ＦＡＢがパッドに当接してからの所定時間後に過剰なエネルギ量の超音波振動がＦＡＢに付与されることを防止できる。
【0998】
よって、超音波振動の過剰なエネルギによるパッドおよびパッドの下層のクラックなどのダメージの発生を防止することができながら、パッドに対する銅ワイヤ（ＦＡＢ）の良好な接合を得ることができる。荷重によるＦＡＢの変形は、ＦＡＢがパッドに当接してからしばらくすると終了する。すなわち、ＦＡＢがパッドに当接してからしばらくすると、ファーストボール部の形状が完成する。ＦＡＢの変形が終了すると、ＦＡＢに付与される超音波振動がほぼ減衰せずにＦＡＢとパッドとの接合部分に伝搬される。そのため、ＦＡＢの変形の終了後に過剰なエネルギ量の超音波振動がＦＡＢに付与されると、ファーストボール部の周縁部の下方において、パッドまたはパッドの下層にクラックなどのダメージを生じるおそれがある。
【0999】
そこで、（２）の発明は、前記所定時間は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接から前記ＦＡＢの変形がほぼ終了するまでの時間である、（１）のワイヤボンディング方法である。これにより、ファーストボール部の周縁部の下方におけるパッドおよびパッドの下層のダメージの発生を防止することができる。また、ファーストボール部の形状が完成した後に、ファーストボール部に大きい荷重が加えられ続けると、ＦＡＢとパッドとの当接部分に超音波振動が良好に伝搬しない。
【1000】
そこで、（３）の発明は、前記ＦＡＢに荷重を加える工程では、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに相対的に大きい初期荷重が加えられ、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接から前記所定時間の経過後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに相対的に小さい荷重が加えられる、（２）のワイヤボンディング方法である。 ＦＡＢのパッドへの当接後、ＦＡＢに相対的に大きい初期荷重が加えられることにより、Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢを良好に変形させることができる。そして、ＦＡＢのパッドへの当接から所定時間が経過すると、ＦＡＢに加えられる荷重が下げられるので、超音波振動をＦＡＢ（ファーストボール部）とパッドとの当接部分に良好に伝搬させることができる。
【1001】
また、（４）の発明は、前記初期荷重の大きさは、前記パッドに対する接合完了後の前記ＦＡＢの狙い接合面積に一定の係数を乗じた値に基づいて設定される、（３）のワイヤボンディング方法である。これにより、ファーストボール部の狙い接合面積に応じて、初期荷重の大きさを適切に設定することができる。その結果、ファーストボール部の中央部の下方でのパッドおよびパッドの下層のダメージの発生を良好に防止しつつ、ＦＡＢの良好な変形を達成することができる。
【1002】
また、（５）の発明は、前記超音波振動子に印加される駆動電流の値は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、所定値まで漸増される、（１）〜（４）のいずれか一つのワイヤボンディング方法である。その一方で、ＦＡＢに荷重が加えられることにより、ＦＡＢが押し潰されるように変形し、ＦＡＢとパッドとの当接部分の面積が漸増する。これにより、超音波振動子からＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギが漸増し、また、パッドに擦りつけられるＦＡＢの面積が漸増する。その結果、ファーストボール部の中央部の下方において、ＦＡＢに伝搬する超音波振動のエネルギの急増によるダメージがパッドおよびパッドの下層に生じることを抑制しつつ、ファーストボール部のパッドとの接合面の周縁部までパッドに良好に接合された状態を得ることができる。
【1003】
また、（６）の発明は、前記超音波振動子に印加される駆動電流の値は、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、一定の変化率で前記所定値まで増加される、（５）のワイヤボンディング方法である。＜第１５実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第１５実施形態の開示からは、下記（１）〜（３）の発明を把握することができる。
【1004】
（１）の発明は、キャピラリに保持された銅ワイヤの先端にＦＡＢ（Free Air Ball）を形成する工程と、前記キャピラリを半導体チップの表面に形成されたパッドに接近させて、前記ＦＡＢを前記パッドに当接させる工程と、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに荷重を加える工程と、前記ＦＡＢに荷重が加えられることによる前記ＦＡＢの変形の終了後に、前記キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流を印加する工程とを含む、ワイヤボンディング方法である。
【1005】
このワイヤボンディング方法では、銅ワイヤの先端に形成されたＦＡＢがパッドに当接した後、キャピラリによりＦＡＢに荷重が加えられる。これにより、パッドに当接したＦＡＢが変形する。このＦＡＢの変形中に過剰な超音波振動がＦＡＢに付与されると、ＦＡＢとパッドとの当接部分（接合完了後のＦＡＢ（ファーストボール部）の中央部）の下方において、ＦＡＢに付与される超音波振動のエネルギによるクラックなどのダメージがパッドおよび／またはパッドの下層に生じるおそれがある。
【1006】
そこで、ＦＡＢの変形の終了後に、キャピラリに設けられた超音波振動子に駆動電流が印加される。これにより、変形中のＦＡＢに超音波振動が付与されないので、ファーストボール部の中央部の下方でのパッドおよびパッドの下層のダメージの発生を防止することができる。そして、変形終了後のＦＡＢに超音波振動が付与されることにより、ＦＡＢをパッドに擦りつけることができるので、ＦＡＢとパッドとの良好な接合を達成することができる。
【1007】
よって、ファーストボール部の中央部の下方でのパッドおよびパッドの下層のクラックなどのダメージの発生を防止することができながら、パッドに対する銅ワイヤ（ＦＡＢ）の良好な接合を得ることができる。Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢを良好に変形させるためには、ＦＡＢにある程度の大きさの荷重が加えられなければならない。しかし、ＦＡＢの変形が終了した後に、ファーストボール部に大きい荷重が加えられ続けると、ＦＡＢとパッドとの当接部分に超音波振動が良好に伝搬しない。
【1008】
そこで、（２）の発明は、前記ＦＡＢに荷重を加える工程では、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに相対的に大きい初期荷重が加えられ、前記ＦＡＢの前記パッドへの当接から前記所定時間の経過後、前記キャピラリにより前記ＦＡＢに相対的に小さい荷重が加えられる、（１）のワイヤボンディング方法である。 ＦＡＢのパッドへの当接後、ＦＡＢに相対的に大きい初期荷重が加えられることにより、Ａｕよりも硬い金属であるＣｕからなるＦＡＢを良好に変形させることができる。そして、ＦＡＢのパッドへの当接から所定時間が経過すると、ＦＡＢに加えられる荷重が下げられるので、超音波振動をＦＡＢ（ファーストボール部）とパッドとの当接部分に良好に伝搬させることができる。
【1009】
また、（３）の発明は、前記初期荷重の大きさは、前記パッドに対する接合完了後の前記ＦＡＢの狙い接合面積に一定の係数を乗じた値に基づいて設定される、（２）のワイヤボンディング方法である。 これにより、ファーストボール部の狙い接合面積に応じて、初期荷重の大きさを適切に設定することができる。その結果、ファーストボール部の中央部の下方でのパッドおよびパッドの下層のダメージの発生を良好に防止しつつ、ＦＡＢの良好な変形を達成することができる。＜第１６実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第１６実施形態の開示からは、下記（１）〜（５）の発明を把握することができる。
【1010】
（１）の発明は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、銅からなり、前記層間絶縁膜上に形成された最上層配線と、前記最上層配線上に形成され、前記最上層配線の表面を電極パッドとして選択的に露出させるパッド開口を有するパッシベーション膜と、銅からなり、前記電極パッドに直接接合されるボンディングワイヤとを含む、半導体装置である。
【1011】
この構成によれば、最上層配線がＣｕ（銅）からなるので、最上層配線としてＡｌ（アルミニウム）配線が採用される場合よりも、配線抵抗を低減することができる。また、電極パッドとして露出する最上層配線（Ｃｕ配線）にＣｕからなるボンディングワイヤ（Ｃｕワイヤ）が接合されるため、電極パッドとボンディングワイヤとの接続を同種金属同士の接合（Ｃｕ−Ｃｕ接合）とすることができる。そのため、この半導体装置が高温環境下に放置されても、電極パッドとボンディングワイヤとの間でこれらの成分（すなわち、Ｃｕ）が相互に拡散することがなく、電極パッドとボンディングワイヤとの接合を維持することができる。よって、高温放置性および接続信頼性に優れる半導体装置を提供することができる。
【1012】
また、この発明では、Ｃｕワイヤの超音波接合に起因して電極パッドやその直下にある層間絶縁膜に応力がかかっても、その応力をＣｕパッドで緩和することができる。たとえば、配線がめっき法により形成される場合には、Ａｌよりもめっき厚を大きくしやすいＣｕの特性を考慮して、Ｃｕ配線（Ｃｕパッド）のめっき厚を大きくすることにより、Ｃｕパッドの直下にある層間絶縁膜にかかる応力を一層低減することができる。これにより、Ｃｕパッドの直下にある層間絶縁膜でのクラックの発生を抑制することができる。
【1013】
また、（２）の発明は、前記ボンディングワイヤが、前記電極パッドに対して直接スティッチボンディングされている、（１）の半導体装置である。 すなわち、（１）の半導体装置では、前記電極パッドに対して、ボンディングワイヤが直接スティッチボンディングされていてもよい。ボンディングワイヤが電極パッドにスティッチボンディングされるいわゆる逆打ちボンディングの態様では、通常、ボンディングワイヤが電極パッドにボールボンディングされる態様とは異なり、ボンディングワイヤ（ワイヤ本体）は、スタッドバンプを介して電極パッドに接合される。そのため、半導体基板の表面に対するワイヤの高さが、ボールボンディングと同じになる。その結果、ボンディングワイヤが垂れても、その垂れた部分が半導体基板のエッジに接触してエッジショートが発生するおそれがない。
【1014】
しかし、Ａｌよりもめっき厚を大きくしやすいＣｕの特性を考慮して、Ｃｕパッドをめっき法により厚くすれば、Ｃｕパッドに対するボンディングワイヤの接合位置（スティッチボンディング位置）を、半導体基板の表面に対して十分嵩上げすることができる。これにより、あたかもスタッドバンプがあるように半導体基板の表面に対するＣｕワイヤの高さを十分に高くすることができるので、ワイヤ本体を電極パッドに直接スティッチボンディングしても、ワイヤの垂れた部分が半導体基板のエッジに達することがない。すなわち、ボンディングワイヤと半導体基板との接触を防止できるので、エッジショートを防止することができる。
【1015】
すなわち、電極パッドにスティッチボンディングする場合、キャピラリ荷重および超音波の強さを、通常、ボールボンディング（１ｓｔボンディング）の２〜３倍で印加する必要があるが、電極パッドがＣｕパッドであれば、電極パッドの印加部にかかるダメージに耐えることができる。また、構造上のメリットとして、エッジショートを避けつつ、ボンディングワイヤの低ループが可能となるので、装置の小型化を図ることができる。さらに、Ｃｕパッドに対してボールボンディングするよりも、接合に要する時間を大幅に短縮することができる。
【1016】
また、（３）の発明は、前記ボンディングワイヤが、スタッドバンプにより前記電極パッドに接合されている、（１）の半導体装置である。 すなわち、（１）の半導体装置では、前記ボンディングワイヤが、スタッドバンプにより電極パッドに接合されていてもよい。この態様では、Ｃｕパッドにスタッドバンプを形成するにあたって、スタッドバンプを形成するためのボールに強い超音波を印加しても、Ａｌパッドが採用される場合とは異なり、電極パッドがめくれ上がるスプラッシュがほとんど生じない。
【1017】
また、（４）の発明は、前記電極パッドの厚さが、１０μｍ以上である、（１）〜（３）のいずれか一つの半導体装置であり、（５）の発明は、前記電極パッドの厚さが、１０μｍ〜１５μｍである、（１）〜（４）のいずれか一つの半導体装置である。＜第１７実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第１７実施形態の開示からは、下記（１）〜（４）の発明を把握することができる。
【1018】
（１）の発明は、半導体チップと、アルミニウムを含む金属材料からなり、前記半導体チップの表面に形成された電極パッドと、銅からなり、前記電極パッドに接続されたボンディングワイヤと、前記半導体チップおよび前記ボンディングワイヤを封止する樹脂パッケージとを含み、前記樹脂パッケージのｐＨが４．５を超えている、半導体装置である。本発明者らは、上記第１７の目的を達するために、パッド−ワイヤ間における電気的オープンの要因について、鋭意検討したところ、要因は樹脂パッケージのｐＨであることを見出した。
【1019】
具体的には、パッケージ内部に水分が浸入すると、その水分により銅が酸化し、ワイヤ表面が酸化第一銅（ＣｕＯ２）および酸化第二銅（ＣｕＯ）からなる皮膜で被覆される。このような表面皮膜は、樹脂パッケージのｐＨが比較的低い（たとえば、ｐＨ＝４．２〜４．５）低ｐＨ環境下では、銅の酸化が促進され、酸化第二銅の体積割合が増加する。酸化第二銅の体積割合が増加すると、銅ワイヤと樹脂パッケージとが剥離する場合がある。そして、銅ワイヤと樹脂パッケージとの剥離により生じる隙間が水分の移動経路となるため、電極パッドと銅ワイヤとの接合界面に水分が入り込みやすくなる。そのため、ＨＡＳＴ試験中などにおいて、当該接合界面に入り込んだ水分によりアルミニウムパッド（電極パッド）の腐食が進行し、電気的オープンが生じる。
【1020】
これに対し、（１）の半導体装置によれば、樹脂パッケージのｐＨが４．５を超えているため、ボンディングワイヤが低ｐＨ環境（たとえば、ｐＨが４．５以下の環境）よりも高いｐＨ環境下に置かれる。そのため、酸化第二銅の形成を抑制することができるので、酸化第二銅の体積増加を抑制することができる。その結果、銅ワイヤと樹脂パッケージとの間における剥離の発生を抑制することができる。
【1021】
したがって、ＰＣＴ（Pressure Cooker Test）やＨＡＳＴ（Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test）など試験など、パッケージ内部に水分が浸入しやすい状況に半導体装置が置かれても、銅ワイヤと樹脂パッケージとの間に水分の移動経路がないため、電極パッドと銅ワイヤとの接合界面への水分の浸入を抑制することができる。そのため、当該接合界面と水分との接触を抑制することができる。その結果、電極パッド（アルミニウムパッド）の腐食の進行を抑制することができるので、パッド−ワイヤ間での電気的オープンを抑制することができる。よって、半導体装置の接続信頼性を向上させることができる。
【1022】
また、（２）の発明は、前記樹脂パッケージのｐＨが、４．５を超えて７．０未満である、（１）の半導体装置である。また、（３）の発明は、前記樹脂パッケージのｐＨが、６．０以上７．０未満である、（１）または（２）の半導体装置である。つまり、前記樹脂パッケージのｐＨは、（２）の半導体装置のように４．５を超えて７．０未満であることが好ましく、（３）の半導体装置のように６．０以上７．０未満であることがさらに好ましい。樹脂パッケージのｐＨが上記このような範囲であれば、銅ワイヤと樹脂パッケージとの間における剥離の発生を一層抑制することができる。 また、（４）の発明は、前記半導体チップが搭載されるダイパッドと、前記ダイパッドの周囲に配置された複数の電極リードとを有するリードフレームを含み、前記リードフレームが、Ｃｕを主として含有するＣｕ系素材からなる、（１）〜（３）のいずれか一つの半導体装置である。
【1023】
この構成では、電極リードとボンディングワイヤとの接合が同種金属同士の接合（Ｃｕ−Ｃｕ接合）となるため、電極リードとボンディングワイヤとの界面において酸化第二銅（ＣｕＯ）の形成を抑制することができる。そのため、酸化第二銅の体積増加を抑制することができる。その結果、ボンディングワイヤと樹脂パッケージとの接合界面における剥離の発生を抑制することができる。＜第１８実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第１８実施形態の開示からは、下記（１）〜（５）の発明を把握することができる。
【1024】
（１）の発明は、Ａｌを含有する材料からなる第１部材と、Ｃｕからなり、前記第１部材と接合された第２部材と、前記第１部材および前記第２部材を封止する樹脂パッケージとを備えている、半導体装置であって、樹脂パッケージの材料に、Ｃｌ−（塩素イオン）を捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が含有されている。そのため、第１部材と第２部材との接合部分において、ＡｌＣｕ合金（Ｃｕ９Ａｌ４）とＣｌ−との反応を抑制することができ、その反応生成物であるＡｌ２Ｏ３（アルミナ）の生成を防止することができる。その結果、第１部分と第２部分とがＡｌ２Ｏ３により絶縁分離されることを防止できる。すなわち、第１部材と第２部材との間での導通不良の発生を防止することができる。
【1025】
また、（２）の発明は、半導体チップをさらに含み、前記第１部材は、前記半導体チップの表面に設けられたパッドであり、前記第２部材は、前記パッドに一端部が接合されるワイヤである、（１）の半導体装置である。また、（３）の発明は、半導体チップをさらに含み、前記第２部材は、前記半導体チップの表面に設けられたパッドであり、前記第１部材は、前記パッドに一端部が接合されるワイヤである、（１）の半導体装置である。さらに、（４）の発明は、半導体チップをさらに含み、前記第２部材は、前記半導体チップの周囲に設けられるフレームであり、前記第１部材は、前記フレームに一端部が接合されるワイヤである、（１）の半導体装置である。
【1026】
すなわち、第１部材は、半導体チップの表面に設けられたパッドであり、第２部材は、パッドに一端部が接合されるワイヤであってもよい。また、第１部材は、ワイヤであり、第２部材は、半導体チップの表面に設けられ、ワイヤの一端部が接合されるパッドであってもよい。
さらにまた、第１部材は、ワイヤであり、第２部材は、半導体チップの周囲に設けられ、ワイヤの一端部が接合されるフレームであってもよい。フレームは、半導体チップの裏面が接合されるダイパッドであってもよいし、半導体チップの周囲に配置されるリードであってもよい。
【1027】
また、（５）の発明は、前記イオン捕獲成分は、水酸基を有している、（１）〜（４）のいずれか一つの半導体装置である。すなわち、イオン捕獲成分は、水酸基を有していることが好ましい。この場合、水酸基とＣｌ−との陰イオン交換反応により、イオン捕獲成分がＣｌ−を良好に捕獲することができる。
＜第１９および第２０実施形態の開示から把握されるべき特徴＞
たとえば、第１９および第２０実施形態の開示からは、下記（１）〜（１０）の発明を把握することができる。
【1028】
（１）の発明は、アルミニウムを含有する材料からなる第１部材と、銅からなり、前記第１部材と接合された第２部材と、前記第１部材および前記第２部材を封止する樹脂パッケージとを含み、前記樹脂パッケージの材料に、塩素イオンを捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が含有されており、前記樹脂パッケージのｐＨが４．５を超えている、半導体装置である。
【1029】
また、（２）の発明は、半導体チップをさらに含み、前記第１部材は、前記半導体チップの表面に設けられたパッドであり、前記第２部材は、前記パッドに一端部が接合されるワイヤである、（１）の半導体装置である。また、（３）の発明は、半導体チップをさらに含み、前記第２部材は、前記半導体チップの表面に設けられたパッドであり、前記第１部材は、前記パッドに一端部が接合されるワイヤである、（１）の半導体装置である。
【1030】
また、（４）の発明は、半導体チップをさらに含み、前記第２部材は、前記半導体チップの周囲に設けられるフレームであり、前記第１部材は、前記フレームに一端部が接合されるワイヤである、（１）の半導体装置である。また、（５）の発明は、前記半導体チップは、その上に形成された電極パッドを含み、前記ワイヤは、線状に延びる本体部と、前記本体部の一端に形成され、前記電極パッドに接合された接合部とを有しており、前記ワイヤの前記本体部の線径の３乗に対する前記接合部の体積の比が、１．８〜５．６である、（４）の半導体装置である。
【1031】
また、（６）の発明は、前記半導体チップは、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された配線と、前記配線を被覆する絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたバリア層と、前記バリア層上において、前記配線の一部と対向する位置に形成され、前記ワイヤが接合された電極パッドとを含み、平面視において、前記ワイヤと前記電極パッドとの接合領域に重なる前記配線の面積が、前記接合領域の面積の２６．８％以下である、（４）の半導体装置である。
【1032】
また、（７）の発明は、前記フレームは、前記半導体チップを支持するダイパッドを含み、前記ダイパッドと前記半導体チップとの間には、Ｂｉ系材料からなる接合材が介在されており、前記ダイパッドにおける前記半導体チップと対向する面上には、Ｃｕからなるスペーサが設けられている、（４）の半導体装置である。また、（８）の発明は、半導体チップと、前記半導体チップ上に形成された電極パッドと、銅からなり、線状に延びる本体部と、前記本体部の一端に形成され、前記電極パッドに接合された接合部とを有するボンディングワイヤと、前記半導体チップおよび前記ボンディングワイヤを封止する樹脂パッケージとを含み、前記樹脂パッケージの材料に、塩素イオンを捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が含有されており、前記ボンディングワイヤの前記本体部の線径の３乗に対する前記接合部の体積の比が、１．８〜５．６である、半導体装置である。
【1033】
また、（９）の発明は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された配線と、前記配線を被覆する絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたバリア層と、前記バリア層上において、前記配線の一部と対向する位置に形成された電極パッドと、銅からなり、前記電極パッドに接合されたボンディングワイヤと、前記半導体基板および前記ボンディングワイヤを封止する樹脂パッケージとを含み、前記樹脂パッケージの材料に、塩素イオンを捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が含有されており、平面視において、前記ボンディングワイヤと前記電極パッドとの接合領域に重なる前記配線の面積が、前記接合領域の面積の２６．８％以下である、半導体装置である。 また、（１０）の発明は、半導体チップと、前記半導体チップを支持するダイパッドおよび当該ダイパッドを取り囲むリードとを含むリードフレームと、前記半導体チップの電極パッドと前記リードとを接続するボンディングワイヤと、前記ダイパッドと前記半導体チップとの間に介在され、Ｂｉ系材料からなる接合材と、Ｃｕからなり、前記ダイパッドにおける前記半導体チップと対向する面上に設けられたスペーサと、前記半導体チップおよび前記ボンディングワイヤを封止する樹脂パッケージとを含み、前記樹脂パッケージの材料に、塩素イオンを捕獲する性質を有するイオン捕獲成分が含有されている、半導体装置である。
【1034】
なお、前述の第１〜第２０実施形態の開示から把握される上記特徴は、異なる実施形態間でも互いに組み合わせることができる。また、各実施形態において表した構成要素は、本発明の範囲で組み合わせることができる。本出願は、
２００９年６月１８日に日本国特許庁に提出された特願２００９−１４５６３７号
２００９年６月２４日に日本国特許庁に提出された特願２００９−１４９８５６号
２００９年６月２９日に日本国特許庁に提出された特願２００９−１５３９１９号
２００９年１１月１０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２５６８７３号
２００９年９月７日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２０６１３９号
２００９年１０月２０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２４１５４７号
２００９年１１月１０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２５６８７４号
２００９年１０月２０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２４１５４８号
２００９年１１月１０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２５６８７５号
２００９年１０月２０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２４１５４９号
２００９年１０月２０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２４１５９１号
２００９年１１月１０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２５６８７７号
２００９年１１月１０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２５６８７８号
２００９年１１月１０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２５６８７９号
２００９年１１月１０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２５６８８０号
２０１０年２月２５日に日本国特許庁に提出された特願２０１０−０４０３９８号
２００９年１１月２４日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２６６６７８号
２０１０年１月５日に日本国特許庁に提出された特願２０１０−０００５５６号
に対応しており、これらの出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
【符号の説明】
【1035】
１Ａ・・・半導体装置、２Ａ・・・半導体チップ、４Ａ・・・電極リード、５Ａ・・・ボンディングワイヤ、６Ａ・・・樹脂パッケージ、９Ａ・・・電極パッド、１６Ａ・・・水分不透過絶縁膜、２１Ａ・・・（半導体チップの）表面、２８Ａ・・・（半導体チップ）の側面、４１Ａ・・・（電極リードの）表面、４３Ａ・・・水分不透過金属膜、５０Ａ・・・半導体装置、５１Ａ・・・本体部、５２Ａ・・・パッド接合部、５３Ａ・・・リード接合部、６１・・・（樹脂パッケージの）表面、６２Ａ・・・（樹脂パッケージの）裏面、６３Ａ・・・（樹脂パッケージの）側面、７１Ａ・・・電極リード、８０Ａ・・・半導体装置、９０Ａ・・・半導体装置、１Ｂ・・・半導体装置、２Ｂ・・・半導体チップ、５Ｂ・・・ボンディングワイヤ、９Ｂ・・・電極パッド、４３Ｂ・・・（メサ部の）側面、４５Ｂ・・・（メサ部の）側面、４６Ｂ・・・（メサ部の）側面、５１Ｂ・・・本体部、５２Ｂ・・・パッド接合部、５４Ｂ・・・ベース部、５５Ｂ・・・メサ部、５６Ｂ・・・突出部、５８・・・（メサ部の）側面、１Ｃ・・・半導体装置、２Ｃ・・・半導体チップ、５Ｃ・・・ボンディングワイヤ、９Ｃ・・・電極パッド、２３Ｃ・・・キャピラリ、２４Ｃ・・・ＦＡＢ、５１Ｃ・・・本体部、５２Ｃ・・・パッド接合部、１Ｅ・・・半導体装置、９Ｅ・・・電極パッド、１６Ｅ・・・半導体基板、１７Ｅ・・・第１層間絶縁膜、１８Ｅ・・・第２層間絶縁膜、１９Ｅ・・・第３層間絶縁膜、２０Ｅ・・・挟部、２４Ｅ・・・第２バリア層、２５Ｅ・・・第３バリア層、２６Ｅ・・・第１配線、２７Ｅ・・・第２配線、２８Ｅ・・・第３配線、２９Ｅ・・・直線部、３３Ｅ・・・接合領域、３４Ｅ・・・直線部、１Ｈ・・・半導体装置、２Ｈ・・・半導体チップ、５Ｈ・・・銅ワイヤ、２５Ｈ・・・パッド、２９Ｈ・・・接合部、３１Ｈ・・・パッド、３２Ｈ・・・パッド本体部（Ａｌ層）、３３Ｈ・・・Ｚｎ層、３４Ｈ・・・バリア膜、４１Ｈ・・・パッド、１Ｉ・・・半導体装置、２Ｉ・・・半導体チップ、５Ｉ・・・ダイパッド、６Ｉ・・・リード、９Ｉ・・・銀薄膜（銀めっき）、１３Ｉ・・・ボンディングワイヤ、１５Ｉ・・・ダミーワイヤ（非電気接続部材）、１６Ｉ・・・ダミーワイヤ（非電気接続部材）、１７Ｉ・・・ダミーワイヤ（非電気接続部材）、１８Ｉ・・・ダミーワイヤ（非電気接続部材）２１Ｉ・・・半導体装置、２２Ｉ・・・スタッドバンプ（非電気接続部材）、３１Ｉ・・・半導体装置、３２Ｉ・・・ダミーワイヤ（非電気接続部材）、３３Ｉ・・・スタッドバンプ（非電気接続部材）、４１Ｉ・・・半導体装置、４２Ｉ・・・半導体チップ、４５Ｉ・・・ダイパッド、４６Ｉ・・・リード、４７Ｉ・・・銀薄膜（銀めっき）、５０Ｉ・・・ボンディングワイヤ、５１Ｉ・・・ダミーワイヤ（非電気接続部材）、１Ｊ・・・半導体装置、２Ｊ・・・半導体チップ、５Ｊ・・・アイランド、９Ｊ・・・貫通孔、１０Ｊ・・・銀ペースト（接合材）、１４Ｊ・・・裏面ワイヤ、２２Ｊ・・・アイランド、３２Ｊ・・・アイランド、３５Ｊ・・・上面、３６Ｊ・・・裏面、４１Ｊ・・・半導体装置、４２Ｊ・・・半導体チップ、４５Ｊ・・・アイランド、５１Ｊ・・・銀ペースト（接合材）、５５Ｊ・・・裏面ワイヤ、１Ｋ・・・半導体装置、２Ｋ・・・半導体チップ、３Ｋ・・・ダイパッド、４Ｋ・・・電極リード、７Ｋ・・・Ｓｉ基板、１０Ｋ・・・リードフレーム、１１Ｋ・・・接合層、１８Ｋ・・・Ｃｕスタッドバンプ（スペーサ）、１９Ｋ・・・Ｃｕワイヤリング、３１Ｋ・・・（ダイパッドの）表面、７２Ｋ・・・（Ｓｉ基板の）裏面、９３Ｋ・・・Ｃｕ層、１１１Ｋ・・・Ｂｉ系材料層、１１２Ｋ・・・Ｃｕ−Ｓｎ合金層、１１３Ｋ・・・Ｃｕ−Ｓｎ合金層、１Ｒ・・・半導体装置、２Ｒ・・・半導体チップ、５Ｒ・・・ボンディングワイヤ、６Ｒ・・・樹脂パッケージ、９Ｒ・・・電極パッド、１Ｓ・・・半導体装置、２Ｓ・・・半導体チップ、３Ｓ・・・ダイパッド（フレーム）、４Ｓ・・・リード（フレーム）、５Ｓ・・・銅ワイヤ（第２部材）、６Ｓ・・・樹脂パッケージ、７Ｓ・・・アルミパッド（第１部材）
【図1】
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【図2】
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【図3A】
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【図3B】
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【図4A】
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【図4B】
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【図4C】
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【図4D】
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【図4E】
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【図5】
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【図6A】
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【図6B】
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【図7A】
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【図7B】
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【図7C】
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【図7D】
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【図7E】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12A】
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【図12B】
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【図12C】
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【図13A】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22A】
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【図22B】
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【図22C】
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【図22D】
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【図22E】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【図26】
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【図27】
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【図28】
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【図29】
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【図30A】
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【図30D】
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【図31】
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【図32】
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【図33】
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【図34】
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【図35】
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【図40】
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【図41】
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【図43】
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【図45】
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【図46】
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【図47】
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【図48A】
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【図48E】
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【図49】
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【図50A】
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【図50B】
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【図51A】
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【図51B】
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【図52A】
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【図53A】
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【図53B】
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【図54A】
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【図54B】
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【図55】
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【図56】
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【図57】
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【図58】
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【図59A】
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【図59C】
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【図60】
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【図61】
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【図62】
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【図63】
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【図64】
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【図65】
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【図66】
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【図69】
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【図70】
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【図71】
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【図90】
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【図91】
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【図92】
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【図93】
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【図94】
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【図95】
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【図96】
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【図97】
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【図98A】
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【図98B】
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【図98C】
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【図98D】
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【図99】
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【図100】
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【図101A】
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【図101B】
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【図102】
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【図103】
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【図104】
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【図105】
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【図106】
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【図107】
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【図108】
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【図109A】
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【図109B】
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【図110】
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【図111】
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【図118】
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【図120】
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【図121】
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【図122】
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【図123】
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【図124】
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【図127】
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【図141】
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【図160A】
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【図197】
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【図198】
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【図199】
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【図200】
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【図201】
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【図202】
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【図203】
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【図204】
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【図205】
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【図206】
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【図207A】
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【図207B】
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【図207C】
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【図207D】
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【図207E】
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【図207F】
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【図208】
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【図209】
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【図210A】
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【図210B】
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【図211】
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【図212】
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【図213】
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【図214】
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【図215】
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【図216】
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【図217】
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【図218】
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【図219】
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【図220】
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【図221】
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【図222】
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【図223】
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【図224】
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【図225】
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【図226】
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【図227A】
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【図227B】
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【図227C】
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【図228】
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【図229】
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【図230】
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【図231】
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【図232】
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【図233】
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【図234】
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【図235】
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【図236A】
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【図236B】
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【図236C】
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【図236D】
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【図237】
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【図238】
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【図239】
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【図240】
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【図241】
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【図242】
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【図243】
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【図244】
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【図245】
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【図246A】
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【図246B】
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【図246C】
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【図246D】
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【図246E】
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【図246F】
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【図246G】
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【図246H】
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【図247】
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【図248】
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【図249】
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