JP5890798B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ICチップと外部電極端子とをワイヤボンディングによって形成されるワイヤループで接続した構造を有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having a structure in which a semiconductor IC chip and an external electrode terminal are connected by a wire loop formed by wire bonding, and a manufacturing method thereof.
半導体装置の製造に際して、半導体ICチップの電極パッドとインナーリードとをワイヤボンディングによって電気的に接続する方法が種々提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。例えば、典型的なワイヤボンディングでは、図13に示されるように、ダイパッド1上に接着剤2で固定された半導体ICチップ3の電極パッド4に、ワイヤボンディング装置(図示せず)によって金球5をボンディングする工程と、金球5の頂部5aから真上方向に所定の長さH6aのネック部(垂直立ち上がり部)6aが形成されるようにワイヤループ6を形成する工程と、ワイヤループ6をインナーリード40まで引き出してインナーリード40にボンディングする工程とを有している。
In manufacturing a semiconductor device, various methods for electrically connecting the electrode pads of the semiconductor IC chip and the inner leads by wire bonding have been proposed (see, for example,
しかしながら、上記従来の製造方法におけるワイヤボンディングでは、金球5の頂部5aに発生するストレス(応力)を低減するために、ワイヤループ6のネック部6aの長さH6aをある程度長くする必要があった。このため、半導体ICチップ3とワイヤループ6とを含む従来の半導体装置においては、ワイヤループ6の高さH6を十分に低くすることは困難であり、半導体装置の薄型化を十分に実現することができないという問題があった。
However, in the wire bonding in the above conventional manufacturing method, it is necessary to lengthen the length H 6a of the
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、薄型化された半導体装置及び薄型化を実現できる製造方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a thinned semiconductor device and a manufacturing method capable of realizing the thinning.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップの表面上に形成された電極パッドに第1の金球によってワイヤの一端をボンディングし、前記電極パッドと離間して形成された外部電極に前記一端がボンディングされた前記ワイヤの他端をボンディングして、前記電極パッドから前記外部電極までのワイヤループを形成する工程と、キャピラリの先端に形成された第2の金球の中心位置が前記ワイヤループの前記一端をボンディングする前記第1の金球の中心位置よりも前記外部電極に近い位置になるように且つ前記第2の金球と前記ワイヤループの前記一端をボンディングする前記第1の金球との間に前記ワイヤループを挟むように、前記第2の金球を前記ワイヤループの前記一端と前記第1の金球に向けて押し付けて、前記第1の金球、前記第2の金球、及び前記第1の金球と前記第2の金球との間に挟まれた前記ワイヤループを形成する工程とを有することを特徴としている。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, one end of a wire is bonded to an electrode pad formed on the surface of a semiconductor chip by a first gold ball, and the external electrode formed apart from the electrode pad is bonded to the external electrode. Bonding the other end of the wire bonded at one end to form a wire loop from the electrode pad to the external electrode, and the center position of the second gold ball formed at the tip of the capillary is the wire The first gold for bonding the second gold ball and the one end of the wire loop so as to be closer to the external electrode than the center position of the first gold ball for bonding the one end of the loop The second gold ball is pressed against the one end of the wire loop and the first gold ball so that the wire loop is sandwiched between the first gold ball and the first gold ball. It is characterized by having the second gold spheres, and a step of forming the wire loop sandwiched between the first gold ball and the second gold spheres.
本発明によれば、ワイヤループの最上部の高さを低くすることができる位置にバンプ金球をボンディングしているので、半導体装置の薄型化を実現することができる。 According to the present invention, since the bump gold sphere is bonded at a position where the height of the uppermost portion of the wire loop can be lowered, the semiconductor device can be thinned.
第1の実施形態.
図1〜図4は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を概略的に示す縦断面図であり、図5は、図4の構造体を概略的に示す平面図である。
First embodiment.
1 to 4 are longitudinal sectional views schematically showing steps of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view schematically showing the structure of FIG. FIG.
第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、先ず、図1に示されるように、ダイパッド11上に接着剤12で固定された半導体ICチップ13と、外部電極端子としてのインナーリード40とを、ワイヤボンディング装置(図示せず)の所定位置に置く。このとき、一般的には、インナーリード40は、半導体ICチップ13の表面よりも低い位置に配置される。第1の実施形態においては、半導体ICチップ13として、その上面に、インナーリード40に向かう方向に並ぶワイヤボンディング用の第1の電極パッド14aと第2の電極パッド14bとを備えたものを用いる。第1の電極パッド14aと第2の電極パッド14bとは、別個の電極であるが、半導体ICチップ13内で電気的に接続されている。また、第1の実施形態においては、第1の電極パッド14aと第2の電極パッド14bとは、上面が同じ高さに形成されている。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, first, as shown in FIG. 1, the
また、第1の実施形態においては、半導体ICチップ13として、その上面に、絶縁膜18を備えたものを用いてもよい。この絶縁膜18は、少なくともバンプ金球17とインナーリード40とを電気的に接続するワイヤループ16の下に形成されていればよい。この場合には、後述するワイヤループ16の高さが低くなりすぎて、半導体ICチップ13に接触する場合であっても、接触箇所は絶縁膜18であるので、性能上の不具合は発生しない。
In the first embodiment, the
次に、図2に示されるように、ワイヤボンディング装置のキャピラリ(図示せず)によって、半導体ICチップ13の第1の電極パッド14aに金球(第1の金球)15によってワイヤの一端をボンディングし、インナーリード40にワイヤの他端をボンディングして、第1の電極パッド14aからインナーリード40までのワイヤループ16を形成する。このとき、第1の電極パッド14a側からインナーリード40に向かってワイヤループ16を形成することで、後の工程で第2の電極パッド14b上にワイヤループ16を挟んでバンプ金球17をボンディングする際に、一般に最もループが高くなるボンディング始点近傍のワイヤループ16をバンプ金球17で押さえ付け、かつワイヤループ16と第1の電極パッド14aと電気的に接続された第2の電極パッド14bとの電気的接続を図れるようになるため、ワイヤループ16の低ループ化を図りつつも半導体ICチップ13とインナーリード40との電気的信頼性を確保するという本願発明の効果をより得ることができる。この場合のワイヤループ16の高さは、約80〜150μmであるが、低ループ(例えば、約80〜100μm)であることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 2, one end of the wire is attached to the
次に、図3に示されるように、ワイヤボンディング装置のキャピラリ50の先端にバンプ金球(第2の金球)17aを形成し、その後、図4に示されるように、金球15よりインナーリード40側の半導体ICチップ13上の所定位置、すなわち、第2の電極パッド14b上の位置で、ワイヤループ16の途中を半導体ICチップ13側に押し下げるように、バンプ金球17をボンディングする。バンプ金球17は、ワイヤループ16を挟んで第2の電極パッド14bに電気的に接続されること、及び、その第2の電極パッド14bが第1の電極パッド14aと電気的に接続されていることをもって、低ループとしたことによって仮に金球15上のワイヤループ16が破断したとしても半導体ICチップ13とインナーリード40との電気的接続の信頼性を確保することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 3, a bump gold ball (second gold ball) 17a is formed at the tip of the capillary 50 of the wire bonding apparatus, and then, as shown in FIG. The
図6は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明するための要部拡大図である。図6に示されるように、前記所定位置(例えば、金球15の中心位置とバンプ金球17の中心位置との間の距離D17で特定できる)は、バンプ金球17によるワイヤループ16のボンディング後のワイヤループ16の最上部の高さを、バンプ金球17によるワイヤループ16のボンディング前のワイヤループ16の最上部の高さよりも低くする位置であって、少なくともバンプ金球17よりインナーリード40側のワイヤループ16の最上部の高さH16をバンプ金球17の頂部17aの高さH17よりも低くする位置に設定される。また、前記所定位置は、ワイヤループ16の全体の中の最上部の高さ(バンプ金球17より金球15側をも含む範囲内で最上部の高さ)を、バンプ金球17の頂部17aよりも低くする位置(例えば、高さ50μm以下)に設定されることが望ましい。
FIG. 6 is an enlarged view of a main part for explaining the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the predetermined position (for example, can be specified by a distance D 17 between the center position of the
前記所定位置は、金球15の位置、インナーリード40の位置、ワイヤループ16及びバンプ金球17を構成する材料、使用するキャピラリの動作条件、金球15の頂部15aに発生するストレスの許容値などの各種条件に基づいて、例えば、計算により、又は、実験的に求めることができる。例えば、バンプ金球17の位置は、バンプ金球17をボンディングする前のワイヤループ16が最も高くなる位置又はその近傍位置にすることが好ましい。したがって、半導体ICチップ13は、第2の電極パッド14bを、求められた前記所定位置に対応する位置にするように形成する必要がある。
The predetermined position includes the position of the
以上に説明したように、第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、ワイヤループ16の途中を半導体ICチップ13側に押し下げるようにバンプ金球17をボンディングすることでワイヤループ16の最上部の高さを低くすることができるため、半導体装置の薄型化を実現することができる。
As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment, the
また、第1の電極パッド14a及び第2の電極パッド14bを別個に設けた場合には、第1の電極パッド14aから第2の電極パッド14bまでの距離を大きく離すことができるので、第1の実施形態の半導体装置及びその製造方法は、バンプ金球17によるボンディング位置を金球15によるボンディング位置から大きく離す必要がある場合に好適である。例えば、ループ長が長い(例えば3mm以上)場合は、ワイヤループ16の高い場所が半導体ICチップ13周辺付近ではなくワイヤループ16の中央部付近となる場合があり、その場合は、第1の電極パッド14aから第2の電極パッド14bまでの距離をある程度離して、ワイヤループ16の高さを最も低くすることができる位置に第2の電極パッド14bを設けることが効果的である。
In addition, when the
第2の実施形態.
図7は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を概略的に示す縦断面図であり、図8は、図7の構造体を概略的に示す平面図であり、図9は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明するための要部拡大図である。
Second embodiment.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing the steps of the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a plan view schematically showing the structure of FIG. FIG. 9 is an enlarged view of a main part for explaining the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention.
第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、図7に示されるように、ダイパッド21上に接着剤22で固定された半導体ICチップ23と、インナーリード40とを、ワイヤボンディング装置(図示せず)の所定位置に置く。このとき、一般的には、インナーリード40は、半導体ICチップ23の表面よりも低い位置に配置される。第2の実施形態においては、半導体ICチップ23の上面には、インナーリード40に向かう方向に長尺なワイヤボンディング用の1つの電極パッド24が備えられている。第2の実施形態における電極パッド24は、第1の実施形態における第1の電極パッド14aと第2の電極パッド14bとを一体的に形成した構成をも含む。また、半導体ICチップ23の上面には、必要に応じて、絶縁膜28を備えてもよい。この絶縁膜28は、少なくともバンプ金球27とインナーリード40とを電気的に接続するワイヤループ26の下に形成されていればよい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, as shown in FIG. 7, a
次に、キャピラリ(図示せず)によって、半導体ICチップ23の電極パッド24に金球25によってワイヤの一端をボンディングし、インナーリード40にワイヤの他端をボンディングして、電極パッド24の金球25からインナーリード40までのワイヤループ26を形成する。
Next, one end of the wire is bonded to the
次に、キャピラリの先端にバンプ金球を形成し、その後、金球25よりインナーリード40側の半導体ICチップ23上の所定位置、すなわち、電極パッド24の金球25よりインナーリード40側のワイヤボンディング用領域に、ワイヤループ26の途中を半導体ICチップ23側に押し下げるように、バンプ金球27によってワイヤループ26をボンディングする。
Next, a bump gold ball is formed at the tip of the capillary, and then a predetermined position on the
第1の実施形態の場合と同様に、前記所定位置(例えば、金球25の中心位置とバンプ金球27の中心位置との間の距離D27で特定できる)は、バンプ金球27によるワイヤループ26のボンディング後のワイヤループ26の最上部の高さを、バンプ金球27によるワイヤループ26のボンディング前のワイヤループ26の最上部の高さよりも低くする位置であって、少なくともバンプ金球27よりインナーリード40側のワイヤループ16の最上部の高さH26をバンプ金球27の頂部27aの高さH27よりも低くする位置(例えば、高さ50μm以下)に設定される。また、前記所定位置は、ワイヤループ26の全体の中の最上部の高さをバンプ金球27の頂部27aよりも低くする位置に設定されることが望ましい。
As in the case of the first embodiment, the predetermined position (for example, the distance D 27 between the center position of the
前記所定位置は、金球25の位置、インナーリード40の位置、ワイヤループ26及びバンプ金球27を構成する材料、使用するキャピラリの動作条件、金球25の頂部25aに発生するストレスの許容値などの各種条件に基づいて、例えば、計算により、又は、実験的に求めることができる。したがって、半導体ICチップ23は、電極パッド24を、求められた前記所定位置に対応する位置を含むように広く形成する必要がある。なお、第2の実施形態のように、1つの電極パッドを採用した場合(構成を簡素化した場合)と、第1の実施形態のように複数の電極パッドを形成した場合(電極パッド材料を少なくできる場合)では、機能面において差はない。
The predetermined position includes the position of the
以上に説明したように、第2の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、ワイヤループ26の最上部の高さをバンプ金球を設けない場合よりも低くすることができる位置にバンプ金球27をボンディングしているので、半導体装置の薄型化を実現することができる。
As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment, the height of the uppermost portion of the
また、第2の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、1つの電極パッド24に金球25及びバンプ金球27を設けるので、金球25及びバンプ金球27の距離を小さくしたい場合、すなわち半導体ICチップの面積を小さくしたい場合に好適である。
In addition, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment, the
なお、第2の実施形態は、半導体ICチップ23の上面に、インナーリード40に向かう方向に長尺なワイヤボンディング用の1つの電極パッド24を備えたことを特徴としており、この特徴が、上記第1の実施形態との相違点である。
The second embodiment is characterized in that one
第3の実施形態.
図10は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を概略的に示す縦断面図であり、図11は、図10の構造体を概略的に示す平面図であり、図12は、第3の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明するための要部拡大図である。
Third embodiment.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view schematically showing the steps of the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a plan view schematically showing the structure of FIG. FIG. 12 is an enlarged view of a main part for explaining the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the third embodiment.
第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、ダイパッド31上に接着剤32で固定された半導体ICチップ33と、インナーリード40とを、ワイヤボンディング装置(図示せず)の所定位置に置く。このとき、一般的には、インナーリード40は、半導体ICチップ33の表面よりも低い位置に配置される。第3の実施形態においては、半導体ICチップ33の上面には、ワイヤボンディング用の電極パッド34が備えられている。また、半導体ICチップ33の上面には、必要に応じて、絶縁膜(図示せず)を備えてもよい。この絶縁膜は、少なくともバンプ金球37とインナーリード40とを電気的に接続するワイヤループ36の下に形成されていればよい。
In the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment, the
次に、ワイヤボンディング装置のキャピラリ(図示せず)によって、半導体ICチップ33の電極パッド34に金球35によってワイヤの一端をボンディングし、インナーリード40にワイヤの他端をボンディングして、電極パッド34の金球35からインナーリード40までのワイヤループ36を形成する。
Next, one end of the wire is bonded to the
次に、キャピラリの先端にバンプ金球を形成し、その後、金球35よりインナーリード40側(図12の距離L37)の半導体ICチップ33上の所定位置である金球35上であって、金球35よりインナーリード40側に、ワイヤループ36の途中を半導体ICチップ33側に押し下げるように、バンプ金球37によってワイヤループ36をボンディングする。バンプ金球37によってワイヤループ36をボンディングする工程は、バンプ金球37で金球35の頂部に形成されているワイヤループ36を押さえ付ける工程である。この工程において、金球35の直上より水平方向に少しずらした位置で金球35の頂部に形成されているワイヤループ36をバンプ金球37で押さえ付けてボンディングしてもよい。例えば、金球35の中心位置よりインナーリード40側に中心位置を持つバンプ金球37によって、金球35上にワイヤループ36をボンディングしてもよい。このように、金球35の直上より水平方向に少しずらした位置で金球35の頂部に形成されているワイヤループ36をバンプ金球37で押さえ付けてボンディングすることで、バンプ金球37で金球35の直上から押さえ付ける場合に生じるチップの高さの問題(金球35とバンプ金球37との間にワイヤが入ってしまうためにその分チップ全体としての高さが高くなってしまう)を解決でき、チップ全体としての高さを低くすることができる。金球35とバンプ金球37とでワイヤループ36を挟み込む工程を有することで、図12に示されるように、低ループでワイヤループ36を形成した場合であっても、バンプ金球37で金球35の頂部を補強する構造となっているので、電気的な信頼性を確保することが可能となる。
Next, a bump gold ball is formed at the tip of the capillary, and thereafter, on the
第3の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、第1の実施形態の場合と同様に、前記所定位置(例えば、金球35の中心位置とバンプ金球37の中心位置との間の距離L37で特定できる)は、バンプ金球37よるワイヤループ36のボンディング後のワイヤループ36の最上部H36の高さを、バンプ金球37よるワイヤループ36のボンディング前のワイヤループ36の最上部の高さよりも低くする位置であって、ワイヤループ36の最上部の高さH36をバンプ金球37の頂部37aの高さH37よりも低くする位置に設定される。すなわち、前記所定位置は、ワイヤループ36の全体の中の最上部の高さH36をバンプ金球37の頂部37aの高さH37よりも低くする位置に設定される。
According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the third embodiment, as in the case of the first embodiment, the predetermined position (for example, the center position of the
前記所定位置は、金球35の位置、インナーリード40の位置、ワイヤループ36及びバンプ金球37を構成する材料、使用するキャピラリの動作条件、金球35の頂部に発生するストレスの許容値などの各種条件に基づいて、例えば、計算により、又は、実験的に求めることができる。
The predetermined position includes the position of the
以上に説明したように、第3の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、ワイヤループ36の最上部の高さを低くすることができる位置にバンプ金球37をボンディングしているので、半導体装置の薄型化を実現することができる。
As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the third embodiment, the
また、第3の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、金球35の頂部35aを、金球35の頂部35aを押え付けるバンプ金球37で補強しているので、金球35の頂部35aでワイヤループ36が破断する危険性を低減でき、電気的性能の信頼性を確保することが可能になる。
Further, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the third embodiment, the top part 35a of the
11,21,31 ダイパッド、 12,22,32 接着剤、 13,23,33 半導体ICチップ、 14a 第1の電極パッド、 14b 第2の電極パッド、 15,25,35 金球、 16,26,36 ワイヤループ、 17,27,37 バンプ金球、 18,28 絶縁膜、 24,34 電極パッド、 40 インナーリード。 11, 21, 31 Die pad, 12, 22, 32 Adhesive, 13, 23, 33 Semiconductor IC chip, 14a First electrode pad, 14b Second electrode pad, 15, 25, 35 Gold ball, 16, 26, 36 Wire loop, 17, 27, 37 Bump gold ball, 18, 28 Insulating film, 24, 34 Electrode pad, 40 Inner lead.
Claims (3)
キャピラリの先端に形成された第2の金球の中心位置が前記ワイヤループの前記一端をボンディングする前記第1の金球の中心位置よりも前記外部電極に近い位置になるように且つ前記第2の金球と前記ワイヤループの前記一端をボンディングする前記第1の金球との間に前記ワイヤループを挟むように、前記第2の金球を前記ワイヤループの前記一端と前記第1の金球に向けて押し付けて、前記第1の金球、前記第2の金球、及び前記第1の金球と前記第2の金球との間に挟まれた前記ワイヤループを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 One end of a wire is bonded to the electrode pad formed on the surface of the semiconductor chip by a first gold ball, and the other end of the wire is bonded to the external electrode formed apart from the electrode pad. Bonding and forming a wire loop from the electrode pad to the external electrode;
The second gold sphere formed at the tip of the capillary is positioned so that the center position of the second gold sphere is closer to the external electrode than the center position of the first gold sphere that bonds the one end of the wire loop. The second gold ball is placed between the one end of the wire loop and the first gold ball so that the wire loop is sandwiched between the gold ball and the first gold ball that bonds the one end of the wire loop. Forming the first gold ball, the second gold ball, and the wire loop sandwiched between the first gold ball and the second gold ball by pressing toward the ball; ,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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