特許 7293155 半導体装置、及びワイヤボンディング方法

(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】

(24)【登録日】2023-06-09

(45)【発行日】2023-06-19

(54)【発明の名称】半導体装置、及びワイヤボンディング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20230612BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20230612BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20230612BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301A

H01L25/04 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020043135

(22)【出願日】2020-03-12

(65)【公開番号】P2021145051

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2021-12-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】丸山 一哉

(72)【発明者】

【氏名】佐野 努

【審査官】平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３５７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０９４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９２７６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に沿って並ぶ第１パッド及び第２パッドと、
第３パッドと、
前記第１パッドと接する少なくとも１つの第１部分、及び前記第２パッドと接する第２部分、を有する少なくとも１つのワイヤと、
を備え、
前記第１部分の前記第１方向に沿った長さは、前記第２部分の前記第１方向に沿った長さよりも長く、
前記少なくとも１つの第１部分は、２つの第１部分を含み、
前記２つの第１部分は、前記第１方向に沿って並び、
前記第１パッドは、第１領域及び第２領域を含み、
前記第１パッドの前記第１領域、前記第３パッド、前記第１パッドの前記第２領域、及び前記第２パッドは、前記第１方向に沿ってこの順に並び、
前記ワイヤは、前記２つの第１部分のうちの一方において前記第１領域と接し、前記２つの第１部分のうちの他方において前記第２領域と接する、
半導体装置。

【請求項2】

前記ワイヤは、
前記第１パッドと接することなく前記第１部分の第１端に接続される第３部分と、
前記第１パッドと接することなく前記第１部分の第２端に接続される第４部分と、
を有する、
請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１部分が、前記第１方向に沿って、前記第１パッドの第１端から第２端まで連続的に接する、
請求項１記載の半導体装置。

【請求項4】

前記少なくとも１つのワイヤは、前記第１方向と直交する第２方向に沿って並ぶ第１ワイヤ及び第２ワイヤを含み、
前記第１ワイヤの前記第１部分、及び前記第２ワイヤの前記第１部分は、前記第２方向に沿って対向する部分と、前記第２方向に沿って対向しない部分と、を有する、
請求項１記載の半導体装置。

【請求項5】

第１方向に沿って並ぶ第１パッド及び第２パッドと、
前記第１パッドと接する少なくとも１つの第１部分、及び前記第２パッドと接する第２部分、を有する少なくとも１つのワイヤと、
を備え、
前記第１部分の前記第１方向に沿った長さは、前記第２部分の前記第１方向に沿った長さよりも長く、
前記少なくとも１つのワイヤは、前記第１方向と直交する第２方向に沿って並ぶ第１ワイヤ及び第２ワイヤを含み、
前記第１ワイヤの前記第１部分、及び前記第２ワイヤの前記第１部分は、前記第２方向に沿って対向する部分と、前記第２方向に沿って対向しない部分と、を有する、
半導体装置。

【請求項6】

ボンディングツールに設定されたワイヤを第１パッドの第１面上の第１位置に接合することと、
前記ワイヤを繰り出しながら、前記ボンディングツールを前記第１面に平行な第１方向に沿って移動させて、前記ワイヤを前記第１位置から前記第１パッドの前記第１面上の第２位置まで連続的に接合することと、
前記ワイヤを繰り出しながら、前記ボンディングツールを前記第２位置から第２パッド上の第３位置まで移動させて、前記ワイヤを前記第３位置に接合することと、
を備えた、ワイヤボンディング方法。

【請求項7】

前記第２位置まで連続的に接合した後、前記ボンディングツールを前記第３位置まで移動させる前に、
前記ワイヤを繰り出しながら、前記ボンディングツールを、前記第１パッドの前記第１面上の第４位置まで移動させることと、
前記ワイヤを前記第４位置に接合することと、
前記ワイヤを繰り出しながら、前記ボンディングツールを前記第１方向に沿って移動させて、前記ワイヤを前記第４位置から前記第１パッドの前記第１面上の第５位置まで連続的に接合することと、
を更に備えた、
請求項６記載のワイヤボンディング方法。

【請求項8】

前記ワイヤから、前記第１位置から前記第２位置まで接合され、かつ前記第３位置に接合された部分を切断することと、
前記ボンディングツールに設定された前記ワイヤを前記第１面上の第６位置に接合することと、
前記ワイヤを繰り出しながら、前記ボンディングツールを前記第１方向に沿って移動させて、前記ワイヤを前記第６位置から前記第１パッドの前記第１面上の第７位置まで連続的に接合することと、
前記ワイヤを繰り出しながら、前記ボンディングツールを前記第７位置から前記第２パッド上の第８位置まで移動させて、前記ワイヤを前記第８位置に接合することと、
を更に備えた、請求項６記載のワイヤボンディング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、半導体装置、及びワイヤボンディング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電力用の半導体装置において、半導体素子と端子とを接続する様々な手法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１９５４５９号公報

【文献】特開２０１９－１３５７６１号公報

【文献】特許第３８８２７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

歩留まりの低下の抑制や、オン抵抗の増加を抑制する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の半導体装置は、第１方向に沿って並ぶ第１パッド及び第２パッドと、上記第１パッドと接する少なくとも１つの第１部分、及び上記第２パッドと接する第２部分、を有する少なくとも１つのワイヤと、を備える。上記第１部分の上記第１方向に沿った長さは、上記第２部分の上記第１方向に沿った長さよりも長い。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係る半導体装置の平面図。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った半導体装置の断面図。

【図3】実施形態に係る半導体装置のうちの第１接合部を模式的に示す、図１の領域ＩＩＩを拡大した平面図。

【図4】実施形態に係る半導体装置のうちの第１接合部を模式的に示す、図２の領域ＩＶを拡大した断面図。

【図5】実施形態に係る半導体装置のうちの第２接合部を模式的に示す、図１の領域Ｖを拡大した平面図。

【図6】実施形態に係る半導体装置のうちの第２接合部を模式的に示す、図２の領域ＶＩを拡大した断面図。

【図7】実施形態に係る半導体装置の製造におけるワイヤボンディング方法を示すフローチャート。

【図8】実施形態に係る半導体装置の製造におけるワイヤボンディング方法に使用されるボンディングツールの軌跡を示す図。

【図9】実施形態に係る半導体装置の製造におけるワイヤボンディング方法を実行する際のボンディングツール及び半導体装置の断面図。

【図10】第１変形例に係る半導体装置の平面図。

【図11】図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿った半導体装置の断面図。

【図12】第２変形例に係る半導体装置の平面図。

【図13】図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に沿った半導体装置の断面図。

【図14】その他の実施形態に係る半導体装置の平面図。

【図15】図１４のＸＶ－ＸＶ線に沿った半導体装置の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態につき図面を参照して説明する。この説明に際し、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付す。また、以下に示す各実施形態は、この実施形態の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、実施形態の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。実施形態の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

【0008】

１． 実施形態
実施形態に係る半導体装置について説明する。以下では、半導体装置の一例として、半導体素子としてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を有する半導体装置を示す。しかしながら、半導体装置における半導体素子はＭＯＳＦＥＴに限定されるものではない。例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のその他のトランジスタであってもよい。

【0009】

１．１ 構成
まず、実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。

【0010】

１．１．１ 半導体装置の全体構成
図１は、実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す平面図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における半導体装置の断面図である。なお、図示しないが、半導体装置は公知の樹脂等で封止されていてもよい。

【0011】

図１及び図２に示すように、半導体装置１は、ＭＯＳＦＥＴ１０と、ＭＯＳＦＥＴ１０の外部に設けられた端子３０と、当該ＭＯＳＦＥＴ１０及び端子３０間を電気的に接続する複数のワイヤ２０（２０－１、２０－２、２０－３、２０－４、及び２０－５）と、を備える。なお、図１及び図２の例では、複数のワイヤ２０として５本のワイヤ２０－１～２０－５を示したが、本数は５本に限定されるものではない。

【0012】

まず、ＭＯＳＦＥＴ１０の構成について説明する。ＭＯＳＦＥＴ１０は、半導体基板４０、ドレイン電極５０、ソース電極６０、及びゲート電極７０を含む。

【0013】

なお、以下で参照される図面において、半導体基板４０に平行な平面をｘ－ｙ平面、ｘ－ｙ平面に垂直かつ半導体基板４０からソース電極６０に向かう方向をｚ方向（上方向）と定義する。また、ｘ－ｙ平面において、複数のワイヤ２０が並ぶ方向をｘ方向、ｘ方向に垂直であり、ＭＯＳＦＥＴ１０と端子３０とが並ぶ方向をｙ方向と定義する。

【0014】

半導体基板４０は、例えば、Ｓｉ（シリコン）基板、ＳｉＣ（炭化珪素）基板である。なお、半導体基板４０は、ＧａＮ（窒化ガリウム）やＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）やＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）等の窒化物半導体基板、ＧａＯ（酸化ガリウム）基板、ダイヤモンド半導体基板であってもよい。

【0015】

ドレイン電極５０は、半導体基板４０の下方に設けられ、半導体基板４０の下面に電気的に接続される。ドレイン電極５０は、例えば、アルミニウム、銅、銀、又は金を含む板状又は薄膜状の電極である。図２の例では、ドレイン電極５０は、導電性ペースト８０を用いて、半導体基板４０に固定されている。しかし、ドレイン電極５０は、半導体基板４０の下面と電気的に接続されていればよく、その固定方法は特に限定されない。

【0016】

ソース電極６０は、第１パッドの一例であり、半導体基板４０の上面上に設けられて半導体基板４０の上面に電気的に接続される。ソース電極６０は、アルミニウムを含む板状又は薄膜状の電極である。なお、ソース電極６０は、銅、銀、又は金等を含む板状又は薄膜状の電極であってもよい。ソース電極６０の上面上には、複数のワイヤ２０の各々の第１端が接合される。

【0017】

ゲート電極７０は、ゲート絶縁膜を介して半導体基板４０の上方に設けられる。ゲート絶縁膜は、例えば、酸化シリコンで構成される。

【0018】

図１の例では、ソース電極６０は、半導体基板４０の上面のうちの中央領域に設けられ、ゲート電極７０は、中央領域の外側において、ソース電極６０よりも小さい領域に設けられる。このようなＭＯＳＦＥＴ１０は、例えば、スイッチング動作に対する要求が比較的低速である場合に適用され得る。

【0019】

次に、ＭＯＳＦＥＴ１０と接続されている端子３０について説明する。

【0020】

端子３０は、第２パッドの一例であり、ＭＯＳＦＥＴ１０とｙ方向に離れて設けられている。端子３０は、例えば、銅で形成されている。なお、端子３０は、銀、金、パラジウム、ニッケル又は、アルミニウム等で形成されていてもよい。また、端子３０は、例えば、銅等の上面に、銀、金、パラジウム、ニッケル、又はアルミニウム等が被覆されたものであってもよい。端子３０の上面上には、複数のワイヤ２０の各々の第２端が接合される。

【0021】

次に、ソース電極６０と端子３０とを接続している複数のワイヤ２０について説明する。

【0022】

複数のワイヤ２０－１～２０－５は、この順にｘ方向に並び、各々が、上方から見てｙ方向に延伸する。上述の通り、複数のワイヤ２０－１～２０－５は、ソース電極６０に接合された第１端と、端子３０に接合された第２端と、を含む。

【0023】

より具体的には、ワイヤ２０－１は、第１端においてソース電極６０との接合部２０－１ａ、２０－１ｂ、及び２０－１ｃを有し、第２端において端子３０との接合部２０－１ｄを有する。接合部２０－１ｄ、２０－１ｃ、２０－１ｂ、及び２０－１ａは、この順にｙ方向に沿って並ぶ。ワイヤ２０－２は、第１端においてソース電極６０との接合部２０－２ａ、及び２０－２ｂを有し、第２端において端子３０との接合部２０－２ｄを有する。接合部２０－２ｄ、２０－２ｂ、及び２０－２ａは、この順にｙ方向に沿って並ぶ。ワイヤ２０－３は、第１端においてソース電極６０との接合部２０－３ａ、２０－３ｂ、及び２０－３ｃを有し、第２端において端子３０との接合部２０－３ｄを有する。接合部２０－３ｄ、２０－３ｃ、２０－３ｂ、及び２０－３ａは、この順にｙ方向に沿って並ぶ。ワイヤ２０－４は、第１端においてソース電極６０との接合部２０－４ａ、及び２０－４ｂを有し、第２端において端子３０との接合部２０－４ｄを有する。接合部２０－４ｄ、２０－４ｂ、及び２０－４ａは、この順にｙ方向に沿って並ぶ。ワイヤ２０－５は、第１端においてソース電極６０との接合部２０－５ａ、２０－５ｂ、及び２０－５ｃを有し、第２端において端子３０との接合部２０－５ｄを有する。接合部２０－５ｄ、２０－５ｃ、２０－５ｂ、及び２０－５ａは、この順にｙ方向に沿って並ぶ。

【0024】

接合部２０－１ａ、２０－１ｂ、２０－１ｃ、２０－２ａ、２０－２ｂ、２０－３ａ、２０－３ｂ、２０－３ｃ、２０－４ａ、２０－４ｂ、２０－５ａ、２０－５ｂ、及び２０－５ｃの各々は、第１部分の一例であり、以下では、第１接合部Ｊ１と称する場合がある。また、接合部２０－１ｄ、２０－２ｄ、２０－３ｄ、２０－４ｄ、及び２０－５ｄの各々は、第２部分の一例であり、第２接合部Ｊ２と称する場合がある。

【0025】

また、複数のワイヤ２０の各々は、ソース電極６０又は端子３０と接合していないループ部分Ｌ１及びＬ２を有する。ループ部分Ｌ１は、ソース電極６０との接合部同士の間（ワイヤ２０－１の例では、接合部２０－１ａと接合部２０－１ｂとの間、又は接合部２０－１ｂと接合部２０－１ｃとの間）を接続する。ループ部分Ｌ２は、ソース電極６０との接合部、及び端子３０との接合部の間（ワイヤ２０－１の例では、接合部２０－１ｃと接合部２０－１ｄとの間）を接続する。

【0026】

また、複数のワイヤ２０の各々は、第１端の終端において、ソース電極６０と接しない終端部分Ｌ０を有する。すなわち、接合部２０－１ａ、２０－２ａ、２０－３ａ、２０－４ａ、及び２０－５ａは、終端部分Ｌ０と、ループ部分Ｌ１との間に形成される。このように、複数のワイヤ２０の各々は、第１接合部Ｊ１が第１端の終端となるボールボンディングではなく、ソース電極６０と接しない終端部分Ｌ０が第１端の終端となるウェッジボンディングによって、ソース電極６０と接合される。

【0027】

なお、複数のワイヤ２０は、例えば、銅を含有するが、銅に限らず、金、銀、又はアルミニウムを含有していてもよく、銅、金、銀、及びアルミニウム等を含有する芯材がパラジウム等のコーティング材によって被覆されていてもよい。

【0028】

また、複数のワイヤ２０の直径は特に限定されない。上述の通り、本実施形態では、ソース電極６０と複数のワイヤ２０の各々とがウェッジボンディングによって接合される。しかしながら、本実施形態に係る半導体装置は、ワイヤボンダのうち、比較的太い径（例えば１００μｍ以上）を有するワイヤのボンディングに用いられるワイヤボンダ（ウェッジボンダ）のみならず、比較的細い径（例えば１００μｍ未満）を有するワイヤのボンディングに用いられるワイヤボンダ（ボールボンダ）を用いても製造可能である。このため、実施形態に係る半導体装置の複数のワイヤ２０には、直径が１００μｍ以上のワイヤ、及び直径が１００μｍ未満のワイヤのいずれも適用することができる。

【0029】

次に、ソース電極６０と複数のワイヤ２０との接合部の配置について説明する。

【0030】

ワイヤ２０－１の接合部２０－１ａ、２０－１ｂ、及び２０－１ｃは、ワイヤ２０－１と隣り合うワイヤ２０－２の接合部２０－２ａ、及び２０－２ｂのうち少なくともいずれかと、ソース電極面において、ｘ方向に部分的に重なる領域を有する。そのほかのワイヤについても、ワイヤ２０－１と同様に、ソース電極６０との接合部は、各々のワイヤと隣り合うワイヤの接合部と、ｘ方向に部分的に重なる領域を有する。

【0031】

より具体的には、複数の第１接合部Ｊ１は、例えば、千鳥状に配置される。つまり、隣り合う２本のワイヤの一方の第１接合部Ｊ１と他方の第１接合部Ｊ１と（例えば、接合部２０－１ａ～２０－１ｃと、接合部２０－２ａ及び２０－２ｂと）は、ｙ方向に沿ってずらして配置される。本実施形態では、複数のワイヤ２０の各々が有する複数の第１接合部Ｊ１のうちの１つのｙ方向に沿った長さは、ループ部分Ｌ１のｙ方向に沿った長さよりも長い。このため、平面視において、隣り合う２本のワイヤの一方の第１接合部Ｊ１と他方の第１接合部Ｊ１とは、ｘ方向に沿って互いに対向する部分と、対向しない部分と、を有する。

【0032】

複数のループ部分Ｌ１は、上記複数の第１接合部Ｊ１と同様、例えば、千鳥状に配置される。つまり、隣り合う２本のワイヤの一方のループ部分Ｌ１と他方のループ部分Ｌ１と（例えば、ワイヤ２０－１によって形成される複数のループ部分Ｌ１とワイヤ２０－２によって形成される複数のループ部分Ｌ１と）は、ｙ方向に沿ってずらして配置される。加えて、上述の通り、１つの第１接合部Ｊ１のｙ方向に沿った長さは、１つのループ部分Ｌ１のｙ方向に沿った長さより長い。このため、平面視において、隣り合う２本のワイヤの一方のループ部分Ｌ１と他方のループ部分Ｌ１とは、ｘ方向に沿って互いに対向しない。

【0033】

なお、図１における接合部の配置はあくまで一例であり、その配置は種々の変形が可能である。

【0034】

１．１．２ 第１接合部の詳細
次に、第１接合部Ｊ１の詳細について、図３及び図４を用いて説明する。

【0035】

図３は、図１の領域ＩＩＩを拡大した平面図であり、接合部２０－１ａの詳細な形状が示される。また、図４は、図２の領域ＩＶを拡大した断面図であり、図３に対応する。なお、図３及び図４では、第１接合部Ｊ１の例として接合部２０－１ａを示すが、他の第１接合部Ｊ１も接合部２０－１ａと同等の構成を備えているため、その説明を省略する。

【0036】

図３に示すように、接合部２０－１ａは、ワイヤ２０－１のうち図３における破線で囲まれた領域に対応する。ワイヤ２０－１は、当該領域において、ソース電極６０と接合する。この領域は、ｙ方向に沿って長さＤ１を有する。すなわち、ワイヤ２０－１は、接合部２０－１ａにおいて、ｙ方向に沿って長さＤ１に渡ってソース電極６０に接合される。また、後述するとおり、ワイヤ２０－１は、ボンディングツールによってソース電極６０に押圧されて接合されるため、ワイヤ２０－１のｘ方向に沿った幅は、接合部２０－１ａに対応する領域の方が、ループ部分Ｌ１よりも長くなり得る。

【0037】

また、図４に示すように、ワイヤ２０－１の接合部２０－１ａにおけるｚ方向の厚さＤ２は、ワイヤ２０－１のループ部分Ｌ１における径ＤＷよりも小さく、接合部２０－１ａに対応する上記領域内においておよそ一定となっている。

【0038】

１．１．３ 第２接合部の詳細
次に、第２接合部Ｊ２の詳細について、図５及び図６を用いて説明する。

【0039】

図５は、図１の領域Ｖを拡大した平面図であり、接合部２０－１ｄの詳細な形状が示される。また、図６は、図２の領域ＶＩを拡大した断面図であり、図５に対応する。なお、図５及び図６では、第２接合部Ｊ２の例として接合部２０－１ｄを示すが、他の第２接合部Ｊ２も接合部２０－１ｄと同等の構成を備えているため、その説明を省略する。

【0040】

図５に示すように、接合部２０－１ｄは、ワイヤ２０－１のうち図５における破線で囲まれた領域に対応する。ワイヤ２０－１は、当該領域において、端子３０に接合される。この領域は、ｙ方向に沿って長さＤ３を有する。すなわち、ワイヤ２０－１は、接合部２０－１ｄにおいて、ｙ方向に沿って長さＤ３に渡って端子３０に接合される。また、後述するとおり、ワイヤ２０－１は、ボンディングツールによって端子３０に押圧されて接合されるため、ワイヤ２０－１のｘ方向に沿った幅は、接合部２０－１ｄに対応する領域の方が、ループ部分Ｌ２よりも長くなり得る。

【0041】

また、図６に示すように、接合部２０－１ｄにおけるワイヤ２０－１のｚ方向の厚さＤ４は、ワイヤ２０－１のループ部分Ｌ２における径ＤＷよりも小さくなっている。なお、ワイヤ２０－１は接合部２０－１ｄにおいて切断されるため、接合部２０－１ｄはワイヤ２０－１の第２端の終端を形成する。このため、接合部２０－１ｄの厚さＤ４は、ワイヤ２０－１の第２端の終端に向かって徐々に小さくなり得る。

【0042】

なお、図３において示した第１接合部Ｊ１のｙ方向に沿った長さＤ１は、図５において示した、第２接合部Ｊ２のｙ方向に沿った長さＤ３よりも大きい。また、図３において示した第１接合部Ｊ１のｘ方向に沿った長さは、図５において示した第２接合部Ｊ２のｘ方向に沿った長さと同程度である。このため、第１接合部Ｊ１は、第２接合部Ｊ２と比較して、大きな接合面積を有している。

【0043】

１．２ ワイヤボンディング方法
次に、実施形態に係る半導体装置の製造方法として、ワイヤボンディング方法の一例を説明する。

【0044】

図７は、実施形態に係る半導体装置の製造におけるワイヤボンディング方法を示すフローチャートである。図８は、図７に示したワイヤボンディング方法に用いられるワイヤボンダが備えるボンディングツール（ツール）の軌跡を示す図である。図９は、図７に示したワイヤボンディング方法を実行する際のボンディングツール及び半導体装置の断面図である。図８では、ソース電極６０に対する、ボンディングツールの軌跡が模式的に示される。図９では、第１接合部Ｊ１を形成する工程が部分（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）において模式的に示され、第２接合部Ｊ２を形成する工程が部分（ｄ）において模式的に示される。また、図９では、図７及び図８において参照されるボンディングツールがボンディングツール９０として図示される。

【0045】

以降、図７～図９を参照して、ワイヤボンディング方法を説明する。なお、以降の説明では、ボンディングツール９０を備えるワイヤボンダを用いてワイヤボンディングを行うものとする。ボンディングツール９０は、ワイヤボンダによって制御され、ワイヤを保持しつつ、当該ワイヤの一部を接合対象の面に接合する機能を有する。

【0046】

まず、ＭＯＳＦＥＴ１０及び端子３０が形成され、ワイヤボンダに設置される。

【0047】

続いて、図７に示すように、工程Ｓ－１において、ワイヤボンダは、ボンディングツール９０を制御して、複数のワイヤ２０の材料となるワイヤ２０Ａをボンディングツール９０の先端から延出させる。

【0048】

工程Ｓ－２において、ワイヤボンダは、ボンディングツール９０を下降させ、工程Ｓ－１において延出させたワイヤ２０Ａをソース電極６０と接触させる。具体的には、工程Ｓ－２において、ワイヤボンダは、ボンディングツール９０を、図８のｔ１からｔ２に向かう矢印のように移動させる。これにより、ボンディングツール９０の先端において、ワイヤ２０Ａは、径方向に沿って、ボンディングツール９０の先端とソース電極６０との間に挟まれる。

【0049】

工程Ｓ－３において、ワイヤボンダは、第１接合部Ｊ１の形成を開始する。具体的には、ワイヤボンダは、ボンディングツール９０を、ボンディングツール９０の先端で、ソース電極６０に対してワイヤ２０Ａを押圧する。これにより、図９（ａ）に示すように、第１位置の一例である接合開始位置Ａにおいて、ワイヤ２０Ａがソース電極６０に接合される。なお、ワイヤボンダは、上記押圧動作に加え、必要に応じて、超音波振動、熱、スクラブ動作等を並行して実行することによって、ワイヤ２０Ａをソース電極６０に接合してもよい。

【0050】

工程Ｓ－４において、ワイヤボンダは、ボンディングツール９０の先端からワイヤ２０Ａを繰り出しながら、ボンディングツール９０を、接合開始位置Ａから、ｘ－ｙ平面に対して平行に（例えば、ｙ方向に沿って）移動させる。具体的には、ワイヤボンダは、ボンディングツール９０を図８のｔ２からｔ３に向かう矢印のように移動させる。これにより、ワイヤ２０Ａは、接合開始位置Ａから、ボンディングツール９０がｘ－ｙ平面に沿って平行に移動する間、ボンディングツール９０の先端でソース電極６０に対して押圧されつつ、ボンディングツール９０から繰り出される。このため、図９（ｂ）に示すように、ワイヤ２０Ａは、接合開始位置Ａから第２位置の一例である接合終了位置Ｂまで、ソース電極６０にｙ方向に沿って連続的に接合される。なお、ワイヤボンダは、上記押圧動作に加え、必要に応じて、超音波振動、熱、スクラブ動作等を並行して実行することによって、ワイヤ２０Ａをソース電極６０に接合してもよい。

【0051】

工程Ｓ－５において、ワイヤボンダは第１接合部Ｊ１の形成を終了する。具体的には、ワイヤボンダは、ボンディングツール９０を、図８のｔ３からｔ４に向かう矢印のように上昇させる。これにより、図９（ｃ）に示すように、ワイヤボンダは、ワイヤ２０Ａのうちソース電極６０と接合していない部分をボンディングツール９０の先端からｚ方向に沿って繰り出す。

【0052】

工程Ｓ－６において、ワイヤボンダは、ソース電極６０上に更なる第１接合部Ｊ１を形成するか否かを判定する。第１接合部Ｊ１（例えば、接合部２０－１ａ）を形成した後、更なる第１接合部Ｊ１（例えば、接合部２０－１ｂ）を形成すると判定した場合（工程Ｓ－６；ｙｅｓ）、処理は工程Ｓ－７に進み、形成しないと判定した場合（工程Ｓ－６；ｎｏ）、処理は工程Ｓ－８に進む。

【0053】

工程Ｓ－７において、ワイヤボンダは、ワイヤ２０Ａを繰り出しながらボンディングツール９０を接合部２０－１ａの接合終了位置Ｂから接合部２０－１ｂの接合開始位置まで移動させる（ワイヤ２０Ａの第１ルーピング処理）。なお、接合部２０－１ｂの接合開始位置は、第４位置の一例である。当該第１ルーピング処理において、ワイヤボンダは、例えば、ボンディングツール９０を、図８のｔ４からｔ５に向かう矢印に示されるような所定の軌跡に沿って移動させる。これにより、接合部２０－１ａの接合終了位置Ｂと接合部２０－１ｂの接合開始位置との間にループ部分Ｌ１を形成することができる。ループ部分Ｌ１の形成後、処理は工程Ｓ－３に戻る。そして、工程Ｓ－６において更なる第１接合部Ｊ１を形成しないと判定されるまで、工程Ｓ－３～Ｓ－７が繰り返される。

【0054】

具体的には、工程Ｓ－７においてボンディングツール９０を接合部２０－１ｂの接合開始位置まで移動させた後、工程Ｓ－３において、接合部２０－１ｂの接合開始位置に、ワイヤ２０Ａを接合する。次に、工程Ｓ－４において、接合部２０－１ｂの接合開始位置から接合部２０－１ｂの接合終了位置までワイヤ２０Ａを連続的に接合する。その後、工程Ｓ－５において、接合部２０－１ｂの形成が終了する。なお、接合部２０－１ｂの接合終了位置は、第５位置の一例である。

【0055】

以下では、第１接合部Ｊ１として、接合部２０－１ａ、２０－１ｂ、及び２０－１ｃが順に形成された後、更なる第１接合部Ｊ１を形成しないと判定されたものとする。

【0056】

工程Ｓ－８において、ワイヤボンダは、ワイヤ２０Ａを繰り出しながらボンディングツール９０を接合部２０－１ｃの接合終了位置から接合部２０－１ｄの接合位置まで移動させる（ワイヤ２０Ａの第２ルーピング処理）。当該第２ルーピング処理において、ワイヤボンダは、例えば、ボンディングツール９０を、第１ルーピング処理と同様に、所定の軌跡に沿って移動させる。これにより、接合部２０－１ｃの接合終了位置と接合部２０－１ｄの接合位置との間にループ部分Ｌ２を形成することができる。

【0057】

工程Ｓ－９において、ワイヤボンダは、第２接合部Ｊ２の形成を開始する。具体的には、ワイヤボンダは、ボンディングツール９０を下降させることで、ボンディングツール９０の先端で、端子３０に対してワイヤ２０Ａを押圧する。これにより、図９（ｄ）に示すように、第３位置の一例である接合位置Ｃにおいて、ワイヤ２０Ａが端子３０に接合される。なお、ワイヤボンダは、上記押圧動作に加え、必要に応じて、超音波振動、熱、スクラブ動作等を並行して実行することによって、ワイヤ２０Ａを端子３０に接合してもよい。

【0058】

工程Ｓ－１０において、ワイヤボンダは、ワイヤ２０Ａを切断する。具体的には、ワイヤボンダは、ボンディングツール９０の先端からワイヤ２０Ａを繰り出しながら、ボンディングツール９０を端子３０からｚ方向に沿って所定量だけ上昇させた後、繰り出されたワイヤ２０Ａに引っ張り応力を加えて切断する。これにより、少なくとも１つの第１接合部Ｊ１を有する第１端と、第２接合部Ｊ２を有する第２端と、を含むワイヤ２０－１が形成される。なお、ワイヤ２０Ａの切断動作は上述の例に限らず、ボンディングツール９０による端子３０への押圧動作によってワイヤ２０Ａを切断する手法や、ボンディングツール９０に備えられたワイヤカッタ等を用いてワイヤ２０Ａを切断する手法を適用してもよい。

【0059】

工程Ｓ－１１において、ワイヤボンダは、ワイヤ２０Ａを用いて、ソース電極６０と端子３０との間を更に接続するか否かを判定する。ワイヤ２０Ａを用いて、ソース電極６０と端子３０との間を更に接続すると判定された場合（工程Ｓ－１１；ｙｅｓ）、ワイヤボンダは、ワイヤ２０Ａを繰り出すことなく、ボンディングツール９０をソース電極６０と端子３０との間を更に接続するワイヤの接合部（例えば、ワイヤ２０－２の接合部２０－２ａ）を形成する位置まで移動させる。その後、処理は工程Ｓ－２に戻り、工程Ｓ－１１においてソース電極６０と端子３０との間を更に接続しないと判定するまで、工程Ｓ－２～Ｓ－１１が繰り返し実行される。

【0060】

ワイヤ２０Ａを用いて、ソース電極６０と端子３０との間を更に接続しないと判定された場合（工程Ｓ－１１；ｎｏ）、ワイヤボンダは、ワイヤボンディング動作を終了する。

【0061】

このようにして、ソース電極６０と端子３０との間を複数のワイヤ２０でボンディングすることができ、最終的に半導体装置１を製造することができる。

【0062】

以上で説明したワイヤボンディング方法によれば、工程Ｓ－４が実行されることにより、第１接合部Ｊ１のｙ方向に沿った長さＤ１を、第２接合部Ｊ２のｙ方向に沿った長さＤ３よりも長くすることができる。なお、以上で説明したワイヤボンディング方法は半導体装置１を製造するための一例であり、各工程の間にはその他の処理が挿入されてもよいし、一部の工程が省略されてもよい。また、工程の順番が入れ替えられてもよい。

【0063】

１．３ 本実施形態に係る効果
半導体素子を用いた半導体装置においては、電力変換効率を高めるために、半導体装置のオン抵抗の増加を抑制することが有効である。そのため、半導体素子内部に起因する抵抗の増加を抑制するだけでなく、半導体素子のソース電極と、半導体素子の外部端子とを電気的に接続する導電体に起因する抵抗の増加を抑制することが好ましい。

【0064】

本実施形態によれば、半導体装置１は、ソース電極６０と端子３０との間を電気的に接続する導電体として複数のワイヤ２０が用いられる。当該複数のワイヤ２０とソース電極６０との接合部である複数の第１接合部Ｊ１の各々のｙ方向に沿った長さＤ１は、当該複数のワイヤ２０と端子３０との接合部である複数の第２接合部Ｊ２の各々のｙ方向に沿った長さＤ３よりも長い。これにより、第１接合部Ｊ１あたりの接合面積が大きくなり、結果として、ソース電極６０と複数のワイヤ２０との合計の接合面積が大きくなる。このため、ソース電極６０と複数のワイヤ２０との接合部分に起因する抵抗の増加を抑制できる。したがって、半導体装置１のオン抵抗の増加を抑制できる。

【0065】

また、複数の第１接合部Ｊ１は、ソース電極６０上に千鳥状に配置される。これにより、ｘ方向に隣り合う２つのワイヤの一方のループ部分Ｌ１と、他方のループ部分Ｌ１とがｘ方向に沿って対向する部分のｙ方向に沿った長さが低減される。このため、ｘ方向に隣り合う２つのワイヤの一方を接合した後、他方のワイヤを接合する際に、ボンディングツール９０と接合済みの一方のワイヤのループ部分Ｌ１との干渉を避けるためのマージンを低減できる。したがって、隣り合う２つのワイヤの間の距離を低減したマージンだけ短くすることができ、ソース電極６０上にｘ方向に沿って密に複数の第１接合部Ｊ１を配置することができる。

【0066】

特に、図１の例では、第１接合部Ｊ１のｙ方向に沿った長さＤ１は、ループ部分Ｌ１のｙ方向に沿った長さより長い。これにより、ｘ方向に隣り合う２つのワイヤの一方のループ部分Ｌ１と、他方のループ部分Ｌ１とは、ｘ方向に沿って対向する部分を有しない。換言すると、ｘ方向に隣り合う２つのワイヤの一方の第１接合部Ｊ１と、他方の第１接合部Ｊ１とは、ｘ方向に沿って対向する部分（ｘ方向に沿って重なる部分）と、対向しない部分（ｘ方向に沿って重ならない部分）とのいずれも有する。このため、ボンディングツール９０と接合済みのワイヤのループ部分Ｌ１との干渉を避けるためのマージンをより低減できる。したがって、半導体装置１のオン抵抗の増加を抑制できる。

【0067】

また、上述の通り、ソース電極６０と端子３０とは、複数のワイヤ２０をワイヤボンディングすることで電気的に接続される。これにより、半導体装置１におけるソース電極と端子との間を電気的に接続する工程をワイヤボンディングに統一することができる。このため、ワイヤボンディングに加え、他の手法を組み合わせて半導体装置１を製造する場合よりも、製造に要する装置を低減することができると共に、工程の増加も抑制することができる。

【0068】

また、実施形態の半導体装置であれば、ソース電極６０とワイヤとの接続による抵抗の増加を抑制することができるため、ワイヤ本数の増加を抑制することができる。したがって、半導体装置の組み立て歩留まりを向上することができる。

【0069】

本実施形態によれば、ワイヤボンディングを実行しつつ、オン抵抗の増加を抑制し得る程度に十分な接合面積を有する複数の第１接合部Ｊ１を形成することができる。このため、歩留まりの低下を抑制しつつ、オン抵抗の増加を抑制することができる。

【0070】

また、実施形態の半導体装置であれば、ソース電極６０における接合部あたりの接合面積が大きいため、接合不良の発生を抑制することができる。このため、半導体装置の接合信頼性を向上することができる。

【0071】

１．４ 変形例
なお、上述の実施形態は、種々の変形が可能である。

【0072】

以下に、変形例に係る半導体装置について説明する。以下では、変形例に係る半導体装置について、実施形態に係る半導体装置と相違する点を中心に説明する。変形例に係る半導体装置によっても、実施形態と同様の効果が奏せられる。

【0073】

１．４．１ 第１変形例
上述の実施形態では、複数のワイヤ２０の各々がソース電極６０上において、複数の第１接合部Ｊ１を有する場合について説明したが、これに限られない。例えば、複数のワイヤ２０の各々がソース電極６０上において、１つの第１接合部Ｊ１を有し、当該第１接合部Ｊ１がソース電極６０のｙ方向に沿った第１端から第２端まで延伸していてもよい。

【0074】

図１０は、第１変形例に係る半導体装置１を上方から見たときの平面図である。図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩ線における、ワイヤ２０－１を含む半導体装置１の断面図である。

【0075】

図１０に示すように、ワイヤ２０－１は第１接合部Ｊ１として接合部２０－１ａを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－１ｄを有する。ワイヤ２０－２は第１接合部Ｊ１として接合部２０－２ａを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－２ｄを有する。ワイヤ２０－３は第１接合部Ｊ１として接合部２０－３ａを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－３ｄを有する。ワイヤ２０－４は第１接合部Ｊ１として接合部２０－４ａを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－４ｄを有する。ワイヤ２０－５は第１接合部Ｊ１として接合部２０－５ａを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－５ｄを有する。このように、複数のワイヤ２０の各々は、１つの第１接合部Ｊ１でソース電極６０と接合している。

【0076】

また、図１１に示すように、ワイヤ２０－１の接合部２０－１ａは、ソース電極６０のｙ方向に沿った第１端から第２端に渡ってソース電極６０と接合している。換言すると、ワイヤ２０－１は、ソース電極６０の上方において、ループ部分Ｌ１を有しない。また、接合部２０－１ａのｙ方向に沿った長さは、接合部２０－１ｄのｙ方向に沿った長さよりも長い。なお、図１１では、複数のワイヤ２０のうちの１つのワイヤ２０－１についてのみ説明したが、その他のワイヤ２０－２～２０－５についても、ワイヤ２０－１と同等の構成を有する。

【0077】

第１変形例によれば、複数のワイヤ２０の各々は、１つの第１接合部Ｊ１によって、ソース電極６０のｙ方向に沿った第１端から第２端に渡って接合される。これにより、複数のワイヤ２０の各々は、ソース電極６０の上方においてループ部分Ｌ１を含むことなく、ソース電極６０と接合されることができ、第１接合部Ｊ１の接合面積を、より大きくすることができる。当該構成は、例えば、図１及び図１０に示したような、ソース電極６０が半導体基板４０の上面のうちの中央領域に設けられ、ゲート電極７０が当該中央領域の外側に設けられる場合に有効であり得る。

【0078】

１．４．２ 第２変形例
上述の実施形態及び第１変形例では、ソース電極６０が半導体基板４０の中央領域に設けられた例を示したが、これに限られない。例えば、ゲート電極７０が半導体基板４０の中央領域に設けられ、ソース電極６０が当該ゲート電極７０を挟む（又は囲む）ように設けられてもよい。

【0079】

図１２は、第２変形例に係る半導体装置１を上方から見たときの平面図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線における、ワイヤ２０－１を含む半導体装置１の断面図である。

【0080】

図１２及び図１３に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１０は、半導体基板４０の中央領域にゲート電極７０が設けられている。また、ソース電極６１及び６２が、ゲート電極７０をｙ方向に沿って挟むように設けられている。なお、ソース電極６１は第１領域の一例である。また、ソース電極６２は第２領域の一例である。なお、図１２の例では、ソース電極が２つのソース電極６１及び６２に分かれて配置される例を示したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、半導体基板４０の中央に設けられたゲート電極７０等を囲むように、１つのソース電極が配置されてもよい。このようなＭＯＳＦＥＴ１０は、例えば、スイッチング動作に対する要求が比較的高速である場合に適用され得る。

【0081】

ワイヤ２０－１は、第１接合部Ｊ１として、ループ部分Ｌ３を介して接続されたソース電極６１との接合部２０－１ａ及びソース電極６２との接合部２０－１ｂを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－１ｄを有する。ワイヤ２０－２は、第１接合部Ｊ１として、ループ部分Ｌ３を介して接続されたソース電極６１との接合部２０－２ａ及びソース電極６２との接合部２０－２ｂを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－２ｄを有する。ワイヤ２０－３は、第１接合部Ｊ１として、ループ部分Ｌ３を介して接続されたソース電極６１との接合部２０－３ａ及びソース電極６２との接合部２０－３ｂを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－３ｄを有する。ワイヤ２０－４は、第１接合部Ｊ１として、ループ部分Ｌ３を介して接続されたソース電極６１との接合部２０－４ａ及びソース電極６２との接合部２０－４ｂを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－４ｄを有する。ワイヤ２０－５は、第１接合部Ｊ１として、ループ部分Ｌ３を介して接続されたソース電極６１との接合部２０－５ａ及びソース電極６２との接合部２０－５ｂを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－５ｄを有する。ループ部分Ｌ３は、ゲート電極７０の上方を通過して、ソース電極６１上の第１接合部Ｊ１と、ソース電極６２上の第１接合部Ｊ１と、を接続する。

【0082】

複数の第１接合部Ｊ１の各々のｙ方向に沿った長さは、複数の第２接合部Ｊ２の各々のｙ方向に沿った長さよりも長い。

【0083】

第２変形例によれば、複数のワイヤ２０の各々は、２つの第１接合部Ｊ１が、ゲート電極７０の上方を通過するループ部分Ｌ３によって接続される。これにより、複数のワイヤ２０の各々は、ゲート電極７０を挟む２つのソース電極６１及び６２の各々に対して接合されることができ、第１接合部Ｊ１の接合面積を、より大きくすることができる。当該構成は、例えば、図１２に示したような、半導体基板４０の中央領域にゲート電極７０があり、当該中央領域にソース電極を設けることができない場合等に有効である。

【0084】

＜その他＞
上述の実施形態、第１変形例、及び第２変形例では、ソース電極におけるすべての接合部のｙ方向に沿った長さが、端子３０との接合部のｙ方向に沿った長さよりも長い場合を示したが、これらに限られるものではない。例えば、半導体装置において、ソース電極上に、端子３０との接合部のｙ方向に沿った長さよりも長い接合部に加えて、ボールあるいはバンプ、端子３０との接合部と同様のｙ方向に沿った長さを有するステッチ等が形成されたものであってもよい。

【0085】

図１４は、ソース電極上に、ボールあるいはバンプが形成された、その他の実施形態に係る半導体装置１を上方から見たときの平面図である。図１５は、図１４のＸＶ－ＸＶ線における、ワイヤ２０－１を含む半導体装置１の断面図である。

【0086】

図１４に示すように、ワイヤ２０－１は、ボールあるいはバンプ２０－１ｅ、第１接合部Ｊ１として接合部２０－１ａ、及び２０－１ｂを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－１ｄを有する。ワイヤ２０－２は、ボールあるいはバンプ２０－２ｅ、第１接合部Ｊ１として接合部２０－２ａを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－２ｄを有する。ワイヤ２０－３は、ボールあるいはバンプ２０－３ｅ、第１接合部Ｊ１として接合部２０－３ａ、及び２０－３ｂを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－３ｄを有する。ワイヤ２０－４は、ボールあるいはバンプ２０－４ｅ、第１接合部Ｊ１として接合部２０－４ａを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－４ｄを有する。ワイヤ２０－５は、ボールあるいはバンプ２０－５ｅ、第１接合部Ｊ１として接合部２０－５ａ、及び２０－５ｂを有し、第２接合部Ｊ２として接合部２０－５ｄを有する。このように、複数のワイヤ２０の各々は、ボールあるいはバンプ２０－１ｅ～２０－５ｅ、及び第１接合部Ｊ１でソース電極６０と接合している。

【0087】

また、図１５に示すように、ワイヤ２０－１のボールあるいはバンプ２０－１ｅは、ワイヤ２０－１の第１端の終端に形成される。換言すると、ワイヤ２０－１は、ソース電極６０の上方において、ループ部分Ｌ０を有しない。また、接合部２０－１ａ、２０－１ｂのｙ方向に沿った長さは、接合部２０－１ｄのｙ方向に沿った長さよりも長い。なお、図１５では、複数のワイヤ２０のうちの１つのワイヤ２０－１についてのみ説明したが、その他のワイヤ２０－２～２０－５についても、ワイヤ２０－１と同等の構成を有する。

【0088】

このような構成によっても、第１実施形態と同等の効果を奏することができる。

【0089】

上述の実施形態、第１変形例、及び第２変形例において、ワイヤの直径は特に限定されないが、直径が１００μｍ以下のものを用いてもよい。このようなものであれば、半導体装置の製造において接合部を形成する際に、ワイヤをソース電極に強く押しつけなくても、接合することができる。このため、半導体素子の損傷、電気短絡の発生がより確実に抑制された半導体装置とすることができる。

【0090】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0091】

１…半導体装置、１０…ＭＯＳＦＥＴ、２０－１、２０－２、２０－３、２０－４、２０－５…ワイヤ、３０…端子、４０…半導体基板、５０…ドレイン電極、６０、６１、６２…ソース電極、７０…ゲート電極、８０…導電性ペースト、９０…ボンディングツール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】