JP2005123388A - ボンディング構造及びボンディング方法、並びに半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＩＣチップ同士等の電極パッドが、金属ワイヤによって良好に接続が可能なボンディング構造及びボンディング方法、並びに半導体装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 第１ボンド部に接続後の金属ワイヤ２を引き出して第２ボンド部に接続する際に、金属ワイヤ２をキャピラリーの一方の下端線１ａで押し付けてＩＣチップ４の電極パッド３に仮圧着してから、キャピラリー１の他方の下端縁１ａで金属ワイヤ２を折り重なるように折り返し、この折り返し部２０において仮圧着部６ａと同じ位置に本圧着６ｂすることにより、折り返し部２０における金属ワイヤ２の厚みが増すため、この厚みによってキャピラリー１の押圧力が吸収され、電極パッド３の下部等にダメージを与えることもなく、接合強度が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体チップの電極等を接続するためのボンディング構造及びボンディング方法、並びに上記ボンディング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。

近年、携帯電子機器の発展により、小型／高密度実装技術を使用した製品の要求が強くなってきており、同時にこれら製品は低コストであることが望まれている。

この製造技術としては、半導体チップの製造時に、例えば図９に示すように、一つのＩＣチップ４上に機能の異なる素子（ＭＯＳやＲＦ等）を形成し、これらの素子間を配線でつないで一つの機能ブロックを作るシステム、即ちＳｏＣ（System on Chip）が知られていた。しかし、多額のウェーハプロセス開発費や、開発期間に１年以上を要することが多く、また、機能ブロックの性能を追い込めないなどの問題があった。

これに比べ、既存の設備や技術を最大限に活用して異なる機能の素子を個別にチップとして作製し、例えば図１０に示すように、複数のＩＣチップ（能動素子）や受動部品（抵抗やコンデンサー等）を同一パッケージ内に収納するシステム、即ちＳｉＰ（System in Package）技術が注目されている。また、複数のＩＣチップ間を直接ワイヤーボンドして結線し、電気的な接続を実現する技術もそのひとつである。

具体的には、ＳｏＣの場合は例えば図９に示すように、ＩＣチップ（以下、チップと称することがある。）４をプリント基板１０に搭載し、チップ４の電極パッド３とプリント基板１０の電極パッド１４とが金属ワイヤ（以下、ワイヤ又はボンディングワイヤと称することがある。）２によるワイヤボンディングによって接続された後に、全体が樹脂封止（図示省略）される。また、ＳｉＰの場合は例えば図１０に示すように、個別に作製されたチップがプリント基板１０に搭載され、チップ４ａの電極パッド１４とチップ４ｂの電極パッド３との間、及びチップ４ｃの電極パッド３とプリント基板１０の電極パッド１４との間が、金属ワイヤ２によるワイヤボンディングによって接続された後に、全体が樹脂封止（図示省略）される。

しかし、ＩＣチップ間を直接ワイヤーボンドする従来の技術は、以下に示す手法にて行われているが種々の問題があった。

図１１により、通常のＩＣチップ間のワイヤボンドプロセスについて説明する。図１１は、プリント基板１０に搭載されたＩＣチップ４ａの電極パッド１４とＩＣチップ４ｂの電極パッド３とをワイヤボンディングするために、キャピラリー（中心に貫通孔５を有する円筒形のワイヤボンディングツール）１に挿通した金属ワイヤ２（例えば、金線又は銅線）を上方に配し、ワイヤボンディングする状態を示している。なお、同図において矢印は工程の順序又はキャピラリー１の動作を示す。

プリント基板１０上に搭載されたＩＣチップ４ａ、４ｂの電極パッド同士を金属ワイヤにより接続するには、まず図１１（ａ）に示すように、スパーク手法によりワイヤ２の先端にボール９を形成し、ボール９を形成されたワイヤ２の先端が同図（ｂ）に示すように、第１のＩＣチップ４ａの電極パッド１４にボールボンド１１によって接続される。

次に同図（ｃ）に示すように、キャピラリー１を上昇させてから、同図（ｄ）に示すように、クランパー１７を閉じてワイヤ２を緊締し、キャピラリー１を第２のＩＣチップ４ｂの方へ移動させ、同図（ｅ）に示すように、キャピラリー１を下降させ、キャピラリー１の下端縁にてワイヤ２を第２のＩＣチップ４ｂの電極パッド３に押しつけ、超音波振動を与えることによりワイヤ２が固着される。

次に同図（ｆ）に示すように、クランパー１７を緩めてキャピラリー１を上方に移動し、同図（ｇ）に示すように再度クランパー１７を閉じてワイヤ２を固定し、キャピラリー１を上昇させることにより、ワイヤ２が切断され、ワイヤ２が第２のＩＣチップ４ｂの電極パッド３にウェッジボンド１２によって接続される。

しかる後、同図（ｈ）に示すように、ワイヤの２の先端には次のボールボンディングに備えてスパーク手法によってボール９が形成される。ワイヤボンディング終了後のチップは同図（ｉ）に示すように、モールド樹脂１９により樹脂封止される。

図１２は、上記のプロセスにおける図１１（ｅ）を拡大図示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）はワイヤ切断後の要部の平面図を示すものである。即ち、ワイヤ２の一方端が第１のＩＣチップ４ａの電極パッド１４に対してボールボンド１１された後、ワイヤ２がキャピラリー１によって第２のＩＣチップ４ｂの方へ導びかれ、このＩＣチップ４ｂの電極パッド３にウェッジボンド１２された状態であるが、同図（ｂ）に示すように、ウェッジボンド１２により、圧接部６にはキャピラリー圧痕７（詳細は後述する）が形成されたり、次図にて説明するようにチップ４に悪影響を及ぼし易い。

図１３は、図１２における第２のＩＣチップ４ｂ側の電極パッド３近傍のみを更に拡大図示した断面図である。図１３に示すように、ＩＣチップ４の電極パッド３は層間膜１５の表面に形成され、パッシベーション膜１６の開口部に露出しており、ウェッジボンディング時には円筒形のキャピラリー１の一方の下端縁１ａによって、ワイヤ２が電極パッド３に押圧されると同時に、ワイヤ２に接触していない反対側の下端縁１ａによっても電極パッド３が押圧される。

従って、図１３に示すように、キャピラリー１の押圧力Ｐに応じた圧力がキャピラリー１の下端縁１ａを介して、矢印で示すようにＩＣチップ４に作用するため、この押圧によるストレスにより、ＩＣチップ４にクラックが生じ易く、また内部構造が変形し易い。このため、例えば内蔵回路を静電気から保護するためにソエナーダイオード（定電圧素子）等が電極パッド３の直下又はその近傍に組み込まれている場合、そうした保護素子が破壊されて機能不能となることがある。また、上記の押圧力により隣接した電極パッド３も変形等が生じ易くなるため、電極パッド３−３間の間隔を狭くすることができない。

ウェッジボンドにおいて上記のような現象が生じるメカニズムを図１４により説明する。図１４（ａ）〜（ｃ）は上述した図１１（ｅ）〜（ｇ）のプロセスに対応するものであって、第２のＩＣチップの電極パッド近傍のみを誇張した図であり、太線の矢印はキャピラリー１の動きを示す。なお、以下の各図もこれと同様の図を用いて説明する。

即ち、図１４（ａ）に示すように、キャピラリー１を下降させて金属ワイヤ２を電極パッド３に押し付け、同時に超音波をかけて加熱圧着する。この場合、上記したようにワイヤ２を押しつけているキャピラリー１の一方の下端縁１ａのみならず、反対側の下端縁１ａも電極パッド３を押圧してしまう

従って、金属ワイヤ２はキャピラリー１により電極パッド３に押し付けられた際に、押圧部２５に圧接部６が三日月状（図１４（ｄ）参照）に変形して形成される。そして変形しながらワイヤ２と電極パッド３の金属とが双方共に変形して拡大し、図１４（ｄ）のように圧接部６に合金部分（斜線部分）を生成して接合する。

このようにウェッジボンディングされる側の電極パッドにおいては、ワイヤ２が押圧によって変形し拡大するため、電極パッド３は例えば１１０μｍ×１４０μｍの大面積に形成され、ボールボンディングされる第１のチップの電極パッド１４（例えば７０×７０μｍ）の面積に比べて大きく形成されている。

そして、図１４（ｂ）に示すように、その後キャピラリー１が上昇し、ある一定の長さの金属ワイヤ２を引き出したところで、図１４（ｃ）に示すようにワイヤ２をクランプして切断する。図１４（ｃ）における符号２ａ、２ｂはワイヤ２の切断端を示す。

ワイヤ２の切断が確実に行われるために、またワイヤ２と電極パッド３との接合強度を確保するために、キャピラリー１は電極パッド３に接触させる必要があり、その結果、図１４（ｄ）に示すようなキャピラリー圧痕７がパッド上に残ると共に、圧接により電極パッド３が変形して隣接パッドに影響を与えるおそれがあるため、電極パッド３同士の間隔を狭くすることができない。

また、このようにキャピラリー１が電極パッド３に接触することによる図１３に示したような機械的ダメージが、電極パッド３の下部や周辺の回路素子へ電気特性上の影響を与える。そこで、ダメージを低減すべくキャピラリー１の荷重等を低くすると、今度はワイヤ２の接合強度が確保できなくなったりする危険性があった。

そこで、上記の点を改善したワイヤーボンド方法として、ウェッジボンド側の電極パッド上に予め金属バンプを形成し、その上にウェッジボンドする方法が知られている（後記の特許文献１参照）。

これにより、キャピラリー１によるダメージは、バンプが電極パッド３とキャピラリー１との間に介在することで吸収される。また、ワイヤ２の接合強度もバンプに金属ワイヤ２と同材料のスタッドバンプを採用したりすることで改善することができる。図１５及び図１６は、この方法を示す図であり、上記した図１４に対応する図である。

即ち、図１５（ａ）に示すように、ウェッジボンディングされる側の電極パッド３の上に金属バンプ８を予め形成しておき、これに対して図１４（ａ）〜（ｃ）と同様のプロセスで接合する。つまり、次に図１５（ｂ）に示すように、キャピラリー１を下降させてワイヤ２を電極パッド３に押し付け、同時に超音波をかけて加熱圧着する。

従って、このとき図１４の場合と違い、キャピラリー１の下端縁１ａはワイヤ２を押し付けている側のみが押圧作用し、他方の下端縁１ａは何も接触せず、ワイヤ２を押圧している側の下端縁も電極パッド３との間に金属バンプ８が介在しているので、キャピラリー１の押圧力が金属バンプ８に吸収され、電極パッド３及びチップ４内への影響が緩和される。

次に図１５（ｃ）に示すように、キャピラリー１を上昇させてワイヤ２を引き出し、図１６（ｄ）に示すようにワイヤ２をクランプして切断するが、図１６（ｅ）（要部の平面図）に示すように、電極パッド３上において、押圧により径が拡大された金属バンプ８の上に、ワイヤ２も押圧部２５が押し潰される。そしてこの状態でキャピラリー１の下端縁１ａで押圧されたワイヤ２の圧接部６が金属バンプ８を挟んで電極パッド３に接続される。押圧部２５における先端の凹状はワイヤ２の切断端２ｂの形状を示す。

しかし、この方法の場合、予め電極パッド３の上にバンプを形成しておくことが必要なため、バンプを打つことができる専用設備が必要となる。また、バンプを打つための余分な時間やワイヤ材料が必要なため、生産性、コスト面では不利であると共に、潰れたバンプが隣接パッドとの間に入り込むことによって電極パッド同士が短絡する可能性があるため、パッド間の間隔を確保しておくことが必要である。

特開平１０−３３５３６８号公報（第２頁特許請求の範囲及び図３）

しかしながら、上記したように複数のＩＣチップ間を直接ワイヤーボンドで接続する従来の技術は問題点が多い。

図１３及び図１４に示したワイヤーボンド方法では、ウェッジボンドする際、金属ワイヤ２を切断するためにキャピラリー１を電極パッド３に押し付ける必要があるので、キャピラリー１による機械的ダメージが、電極パッド３の下部や周辺の回路素子へ影響を与えたり、ダメージを低減しようとキャピラリー１の荷重等を低くすると、今度はワイヤ２の接合強度が確保できなくなったりする問題があった。

また、図１５及び図１６に示したワイヤーボンド方法は、予め電極パッド３の上に金属バンプ８を形成しておくことが必要であり、そのための専用設備が必要なこと、及びバンプ形成のための余分な時間やワイヤ材料が必要であり、生産性、コスト面で不利である。

また、図１４の場合、キャピラリー１がＩＣチップ４に与えるダメージを考慮して、電極パッド３周辺の素子や隣接パッドを一定の間隔で離さなければならず、図１５及び図１６の場合は、潰れたバンプが大きくなることにより、潰れたバンプが隣接パッドとの間に入り込む可能性があるため、図１４と同様に間隔をとる必要があった。このため、いずれもＩＣチップ４の間を複数本の金属ワイヤで接続する場合、狭ピッチ化に限界があった。

本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、導電層間が導線によって良好に接続が可能なボンディング構造及びボンディング方法、並びに半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

即ち、本発明は、第１の導電層と第２の導電層との間を導線で接続したボンディング構造において、前記第１の導電層に前記導線が接続されると共に、前記第２の導電層上で前記導線が折り重なるように折り返された状態で、少なくともこの折り返し部分にて前記導線が前記第２の導電層に接続されていることを特徴とする、ボンディング構造（以下、本発明のボンディング構造と称する。）に係るものである。

また、本発明は、第１の導電層と第２の導電層との間を導線で接続するボンディング方法において、
前記第１の導電層に前記導線を接続する工程と、
前記導線を前記第２の導電層上に導びき、前記導線を折り重ねるように折り返す工程 と、
少なくともこの折り返し部分にて前記導線を前記第２の導電層に接続する工程と
を有することを特徴とする、ボンディング方法（以下、本発明のボンディング方法と称する。）に係るものである。

また、本発明は、上記した本発明のボンディング構造を有する半導体装置（以下、本発明の半導体装置と称する。）に係るものである。

また、本発明は、上記した本発明のボンディング方法を用いる半導体装置の製造方法（以下、本発明の製造方法と称する。）に係るものである。

本発明のボンディング構造及びボンディング方法によれば、第１の導電層（例えばＩＣチップの電極パッド等）に接続された導線（例えば金属ワイヤ）が第２の導電層（例えばＩＣチップの電極パッド等）上に導びかれ、この導線が第２の導電層上で折り重なるように折り返された状態で、少なくともこの折り返し部分にて導線が第２の導電層に接続されるので、この折り返し部分において導線が折り重なることにより導線の厚みが増すため、バンプの如き接続手段を設ける必要もなく、この部分をキャピラリーの如きツールを用いて機械的に加熱圧着しても、折り返し部分における導線の厚みによって圧力が吸収され、第２の導電層下の回路素子等にダメージを与えることがなく、圧着部への圧着力を高めて接合強度を向上させることができる。

従って、バンプを予め形成する必要がなく、このための専用設備や材料を要せず、製造工程を簡素化して生産性の向上及び低コスト化できると共に、圧着による第２の導電層の変形やダメージを防止できるため、導電層間を狭めることも可能となり、結線の狭ピッチ化が可能となる。

また、本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、上述した本発明のボンディング構造を有する半導体装置が、本発明のボンディング方法によって作製されるので、本発明のボンディング構造と同様に優れた作用効果を奏する半導体装置及びその製造方法を提供できる。

上記した本発明のボンディング構造、ボンディング方法、半導体装置及びその製造方法においては、前記導線（金属ワイヤ）を前記第２の導電層（第２ボンド側の電極パッド）に仮圧着し、前記折返し部分にて前記第２の導電層に本圧着することにより、仮圧着にて本圧着し易くなる一方、折り返し部において導線の厚みが大きくなるため、本圧着時の圧力が前記厚みで吸収されて緩和されると共に、接合強度が向上する点で望ましい。

この場合、前記仮圧着と前記本圧着とを同一位置又は異なる位置で行ってもよい。

そして、前記第２の導電層への接続状態で前記導線が切断されていてもよく、また、前記第２の導電層への接続後にこの接続部分を中継して、前記導線を第３の導電層（第３ボンド側の電極パッド）上に導びいてこの第３の導電層に接続してもよい。

この場合、前記第３の導電層上において、前記導線を折り重なるように折り返した状態で接続することが、折り返し分において導線の厚みが増すことにより、圧着時の圧力が吸収されるため圧力が緩和されると共に、接合強度を高めることができる点で望ましい。

そして、前記第１の導電層（第１ボンド側の電極パッド）及び前記第２の導電層が共に半導体チップ上の電極であってもよく、前記第１の導電層が実装基板上の電極又はこの実装基板に実装された半導体チップ上の電極であり、前記第２の導電層が前記半導体チップ上の電極又は前記実装基板上の電極であってもよい。

また、前記半導体チップの複数個が実装基板上に並置又は積層されている場合にも、上記により良好に接続することができる。

更に、前記実装基板上の前記第１の導電層に前記導線を接続し、この導線を前記半導体チップ上の前記第２の導電層に接続し、更にこの接続部分から前記実装基板上の導電層に接続することができる。

この場合、前記導線がボンディングワイヤであり、前記第１の導電層上でボールボンディングされていることが望ましい。

これにより、システム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）又はシステム・オン・チップ（ＳｏＣ）に良好に適用できる。

ここにおいて、半導体装置とは、ＳｉＰ又はＳｏＣは勿論、ＩＣチップをプリント基板に実装した他の混成集積回路装置や、積層型のＭＣＭ構造もしくは並置型のＭＣＭ構造等も含む意味である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面参照下で具体的に説明する。

実施の形態１
図１及び図２は、本実施の形態のボンディング構造を示し、従来例として示した図１４に対応するプロセスの概略図である。なお、理解容易のために接続する部分を電極パッド同士として説明するが、それ以外のものでもよく、例えば、電極パッドとリードフレーム、または基板上の導電パターンとの間の接続等何でもよい。後述する他の実施の形態も同様である。

本実施の形態によるボンディング方法は、引き出した金属ワイヤをそのまま電極パッドに押し付けてウェッジボンディングする従来のワイヤボンディングとは異なり、ワイヤを折り返してボンディングを行うことが大きな特徴（後記する他の実施の形態も同様）であり、その圧着を本実施の形態は同一の場所で２回行うものである。

まず、図１（ａ）に示すように、キャピラリー１を下降させてキャピラリーの下端縁１ａにより、金属ワイヤ２を電極パッド３に仮圧着する。この時、キャピラリー１は金属ワイヤ２の仮圧着部６ａを変形させるが、キャピラリー１の下端縁１ａは電極パッド３には接触させない。仮圧着後は同図（ｂ）に示すように、キャピラリー１を上方に移動させ、金属ワイヤ２を引き出す。なお、この図において太線の矢印はキャピラリー１の動きを示す。以下同様。

次に、同図（ｃ）に示すように、金属ワイヤ２を折り返し、仮圧着部６ａを形成した時とは反対側のキャピラリー１の下端部１ａで、折り返した金属ワイヤ２を再び超音波をかけて本圧着する。この時、仮圧着部６ａと、ワイヤ２を折り返した後の本圧着部６ｂの場所は同じにし、キャピラリー１は電極パッド３には接触させない。このため、折り返し部でのワイヤ２の厚みが増えてバンプのように機能することにより、本圧着の際にもキャピラリー１の押圧力を吸収して圧力を緩和することができる。

従って、例えばＩＣチップ４の内蔵回路を静電気から保護するために、ツエナーダイオード等が電極パッド３の直下又はその周辺に組み込まれていても、このような保護素子が破壊されて機能不能になるようなこともなく、またキャピラリー１の押圧力により隣接した電極パッド３が変形等を生じることがないため、素子又は回路の保持と共に電極パッド同士の間隔を狭めることが可能になる。

この場合、仮圧着及び本圧着共に、十分な接合強度が得られる押圧力及び超音波をかけて圧着することが重要である。

次に、図２（ｄ）に示すように、キャピラリー１を上方に移動させ、金属ワイヤ２を引き出し、同図（ｅ）に示すように、折り返しボンド１３を行った後に金属ワイヤ２をクランプして切断する。これにより、ワイヤ２の切断端２ｂが形成され、折り返しボンド１３を行った折り返し部２０は、通常のウェッジボンディングに比べてワイヤ２の厚みが増した構造となり、ワイヤの強度が増加する。

そして、同図（ｆ）（（ｅ）の要部の平面図）に示すように、折り返しボンド１３により折り返して切断されたワイヤ２の端部には、本圧着部６ｂが破線にて示した仮圧着部６ａ上に形成され、強固に接合される。また、この押圧に伴いワイヤ２の押圧部２５も変形し拡大されるが、折り返し部２０がバンプのように機能することにより、この変形の度合は従来(図１４、図１６参照)に比べて小さく、しかも電極パッド３は変形しないので、隣接パッドにも影響を及ぼすことがなくなり、結線の狭ピッチ化が可能となる。

本実施の形態によれば、キャピラリー１は電極パッド３に接触しないので、その押圧力による機械的ダメージが電極パッド下部や周辺の回路素子へ影響を与えたりすることがない。また、通常のウェッジボンドに比べ、ワイヤ２を折り返した分だけ接合部分のワイヤ２の厚みが大となるので、押圧力を高めて接合強度を大きくすることができる。また、折り返し部のワイヤ２の厚みがバンプと同等に機能するため、予めバンプを設ける必要がなく、このための専用の設備や材料を要せず、結線を狭ピッチ化することができる。

実施の形態２
図３及び図４は本実施の形態のボンディング構造を示し、実施の形態１に対応するプロセスの概略図である。

本実施の形態が上記した実施の形態１と異なる点は、金属ワイヤを横方向に引き出して折り返す位置と、金属ワイヤの仮圧着の場所と本圧着の場所が異なることのみである。従って、異なる点を記述し、同様な点の説明は省略することがある。

即ち、図３（ａ）に示すように、キャピラリー１を下降させてキャピラリー１の一方の下端縁１ａで金属ワイヤ２を電極パッド３に仮圧着するが、キャピラリー１の下端縁１ａは電極パッド３には接触させない。そして、仮圧着が図示省略した第１の電極パッド側（同図における左側）寄りの位置で行われる。

次に、同図（ｂ）に示すように、仮圧着部６ａとは反対側の位置までワイヤ２を引き出し、この位置で同図（ｃ）に示すようにワイヤ２を折り返し、続いて同図（ｄ）に示すように、折り返し部２０に直近の本圧着部６ｂの位置で本圧着する。

従って、折り返し部においてワイヤ２の厚みが増えてこの部分がバンプのように機能するため、本圧着時のキャピラリー１の押圧力が吸収されることにより、圧力を緩和することができる。これにより、例えばＩＣチップ４の内蔵回路を静電気から保護するために、ツエナーダイオード等が電極パッド３の直下又はその周辺に組み込まれていても、このような保護素子が破壊されて機能不能になるようなこともなく、またキャピラリー１の押圧力により隣接した電極パッド３が変形等を生じることがないため、素子又は回路の保持と共に電極パッド同士の間隔を狭めることが可能になる。

次に、図４（ｅ）に示すように、キャピラリー１を移動させてワイヤ２を引き出し、同図（ｆ）に示すように、折り返しボンド１３後にワイヤ２をクランプして切断する。

従って、同図（ｇ）（（ｆ）の要部の平面図）に示すように、実施の形態１よりも圧接部６の領域が大きく形成され、圧着領域の小さい仮圧着部６ａと圧着領域の大きい本圧着部６ｂとが形成される。この場合も仮圧着及び本圧着共に、十分な接合強度が得られる押圧力及び超音波をかけて圧着することが重要である。

これにより、位置の異なる２ヶ所で圧着され、また、折り返し部２０で折り返しボンド１３により本圧着されるので、折り返し部２０がバンプと同様に機能するため、予めバンプを設ける必要がなく、このための専用の設備や材料も必要がなく、しかも、電極パッド３やその下部及び周辺の回路素子に影響することもなく、押圧力を高めて接合強度を更に大きくすることができると共に、ワイヤ２の押圧部２５の変形、拡大の度合が従来例に比べて小さいので、隣接パッドとの間隔を縮小して結線の狭ピッチ化も可能になる。

本実施の形態によれば、場所が異なる２ヶ所で圧着されるので、実施の形態１に比べ、金属ワイヤ２と電極パッド３との接合面積が大きくとれるため、接合強度を更に向上させ易いという利点がある。また、実施の形態１と同様に金属ワイヤ２を折り返してキャピラリー１で押し潰すだけであるので、予めバンプを形成するなどの工程が不要で、特別な設備や余分な材料の必要がなく、通常のウェッジボンドよりも、金属ワイヤ２と電極パッド３の接合部分の幅が小さくできるので、結線の狭ピッチ化が実現できる。

実施の形態３
図５〜図８は本実施の形態のボンディング方法を示す概略図である。上記した実施の形態では、ワイヤボンディング後に金属ワイヤを切断していたが、これを切断しないで中継ボンドした例であり、いずれも上記した実施の形態１又は２のボンディング構造を適用し、同一のＩＣチップ上又はプリント基板とＩＣチップ間において、電極パッド３ヶ所を中継ボンドして結線した例である。

従来、中継ボンドを行う際には、第２の電極パッドにウェッジボンドした後、その上にボールボンドを行って、次々と結線していくのが一般的であった（特開２００２ー３５３２６７号公報参照）。しかし、上記公報のように、毎回金属ワイヤ２を切断し、ボールを形成しなくても連続してワイヤーボンドすることができる。また、金属ワイヤを切断しないで、次々と接続していく方法（上記公報の図２参照）もあるが、接続部の接合強度が低かった。しかし、本実施の形態により良好に実施することができる。

図５はその一例を示し、同一チップ４上の電極パッド３ヶ所を中継ボンドで接続した例である。即ち、チップ４上に設けられた電極パッド３に対して、左端の電極パッド３ａにはボールボンド１１により接続し、中央の電極パッド３ｂにおいては、ワイヤ２を折り返し構造に形成した上で、ワイヤ２を切断しないで中継させた中継ボンド１３Ａによって接続し、更に右端の電極パッド３ｃにワイヤ２を延設してウェッジボンド１２により接続している。

同図（ｂ）はこの平面図を示す。これにより、ＩＣチップ上の回路配線では流せない大電流を、この結線で流せるようにしたり、ジャンパー線（本来の経路以外の線）として活用できる。

同図（ｂ’）は変形例を示す図であり、上記した例における第３の電極パッド３ｃへの接続方法は、同図（ｂ’）のようにウェッジボンドに代えて実施の形態１及び２における第２ボンドと同様に、折り返して切断する折り返しボンド１３の方式で行ってもよい。後述する他の例についても同様である。

ワイヤボンディング後のチップ４は、図５（ａ）に仮想線で示すようにモールド樹脂１９で封止されるが、一般的にプリント基板にチップ４を搭載して実装するＳｉＰの場合、プリント基板が型の一部として機能するため、プリント基板の裏側への樹脂の流入がなく、プリント基板上での樹脂の流動性が良好となるため、ワイヤ２の接合部が破断することがなく、断線のおそれがない（このことは以下の例でも同様）。

なお、図示省略したが、本実施の形態とは異なり、例えば電極パッドとリードフレームとの接続、又はフリップチップボンディングのように、チップの裏側へモールド樹脂が回り込むような場合にも発明を適用してもよいが、この場合でも、本実施の形態による上記したワイヤボンディング構造は上記したと同様の効果を発揮する。

図６は他の一例で（ａ）は概略図、（ｂ）は平面図を示し、同じくＩＣチップ上の電極パッドを中継ボンドで結線した例であり、最初のボールボンドをチップ近傍の基板の導電パターン上、最後のウェッジボンドをＩＣチップ中央寄りにし、普通のワイヤーボンドでは結線できない２ヶ所を中継ボンドを介して結線した例である。

即ち、同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、プリント基板１０の電極パッド１４はボールボンド１１によって接続し、チップ４の端部の電極パッド３ａは中継ボンド１３Ａで接続し、チップ４の電極パッド３ｂではウェッジボンド１２によって接続している。

このように、プリント基板１０の電極パッド１４と、搭載したチップ４の電極パッド３とをワイヤボンディングで接続する場合は、段差があるので通常のワイヤーボンドでは接続できない。従って、金属ワイヤとＩＣチップ４のエッジとの接触を防止するために、特殊なワイヤーループを用いて基板上のボンド点をチップエッジから離す必要があったが、本実施の形態による中継ボンドを行うことにより、プリント基板１０上の最もチップ４に近い位置と、ＩＣチップ４上のチップエッジから遠い位置とが接続できる。

図７は他の一例で（ａ）は概略図、（ｂ）は平面図を示し、チップスタックされたＩＣチップに中継ボンドした例である。即ち、プリント基板１０の上に積層状態で搭載された２個のＩＣチップ４ａ、４ｂの電極パッド３ａ、３ｂと、プリント基板１０の電極パッド１４とを中継ボンド１３Ａで接続したものであり、プリント基板１０の電極パッド１４はボールボンド１１によって接続し、ＩＣチップ４ａの電極パッド３ａには中継ボンド１３Ａで接続し、ＩＣチップ４ｂの電極パッド３ｂはウェッジボンド１２で接続している。

このように、プリント基板１０の電極パッド１４と、基板上に積み重ねて搭載した複数のＩＣチップの電極との接続において、上段と下段のＩＣチップを一括して接続したい場合に有効である。

図８は他の一例で（ａ）は概略図、（ｂ）は平面図を示し、プリント基板上の２ヶ所の電極パッドからＩＣチップの一つの電極パッドにダブルボンドした例である。即ち、プリント基板１０の電極パッド１４ａはボールボンド１１で接続し、そのワイヤ２を基板上のＩＣチップ４上に引き出してチップの電極パッド３に中継ボンド１３Ａにて接続し、更にプリント基板１０の電極パッド１４ｂはウェッジボンド１２で接続している。

従って、このようなボンディング方法により、ＩＣチップ４の電極パッドは１個でプリント基板１０の２個の電極パッドに結線することができるため、作業性が向上すると共に、不要な電極パッドの設置を省略できることにより、省略したスペースは他の用途の入出力端子を設置する等の要素に活用できる。

本実施の形態によれば、複数の電極パッドを中継ボンドで接続するために、毎回金属ワイヤを切断し、その都度ボールを形成して切断部にボールボンドにより接続しなくても、連続してワイヤーボンドすることができる。

そして、中継ボンド１３Ａによる接続部分において、ワイヤ２を折り返した分だけ接合部分のワイヤ２の厚みが増すので、金属ワイヤ２と電極パッドとの接合強度を大きくすることができると共に、ワイヤ２を切断することなく、連続してワイヤーボンドできることにより、高生産性や低コストを維持しながら、高信頼性が実現できる。

上記した各実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形することができる。

例えば、実施の形態１、２においては折り返してボンディング後にワイヤ２を切断した際に、ワイヤ２の切断端がボンディング部に突起状に形成され易いので、この突起を再度キャピラリー１の下端縁で押し潰して平坦化してもよい。これにより隣接ワイヤ等との接触による短絡等を防止できる。

また、ワイヤ２の折り返し方法は実施の形態以外に、例えば専用のツール等を用いて折り返し状に形成した後に、キャピラリー１で圧着することも可能である。

また、実施の形態３の中継ボンディングにおける第３の電極パッド等の終電極においては、ウェッジボンディング１２に限らず、実施の形態１又は２のように折り返してボンド１３Ａを行ってもよい。

また、例えば第１ボンド部ではボールボンディングに限らずバンプを用いたボンディングでもよく、第２ボンド部以降のボンディング部においてもバンプを併用してもよい。

また、ボンディング用の金属ワイヤ２は金線又は銅線以外に例えばアルミニウムを用いてもよい。

なお、実施の形態における仮圧着と本圧着の場所及び圧着回数、又はワイヤ２の折り返し位置及びキャピラリー１の動作等は実施の形態に限らず、適宜であってよい。

本発明の実施の形態１によるボンディングプロセスを示す要部の概略図である。 同、ボンディングプロセスを示す要部の概略図である。 本発明の実施の形態２によるボンディングプロセスを示す要部の概略図である。 同、ボンディングプロセスを示す要部の概略図である。 本発明の実施の形態３による中継ボンディングの一例を示す概略図である。 同、中継ボンディングの一例を示す断面図である。 同、中継ボンディングの一例を示す断面図である。 同、中継ボンディングの一例を示す断面図である。 ＳｏＣ（システム・オン・チップ）の一例を示す概略平面図である。 ＳｉＰ（システム・イン・パッケージ）の一例を示す概略平面図である。 ＩＣチップ間のワイヤボンディングプロセスを示す概略図である。 図１１におけるワイヤボンディングプロセスの一工程の状態の拡大図である。 同ボンディングプロセスにおける要部の拡大断面図である。 従来例によるボンディングプロセスの一例を示す概略図である。 同、ボンディングプロセスにおける改善例を示す概略図である。 同、ボンディングプロセスにおける改善例を示す概略図である。

符号の説明

１…キャピラリー、１ａ…下端縁、２…金属ワイヤ、２ａ、２ｂ…切断端、
３、１４…電極パッド、４…ＩＣチップ、５…貫通孔、６…圧接部、６ａ…仮圧着部、
６ｂ…本圧着部、７…圧痕、８…金属バンプ、９…ボール、１０…プリント基板、
１１…ボールボンド、１２…ウェッジボンド、１３…折り返しボンド、
１３Ａ…中継ボンド、１５…層間膜、１６…パッシベーション膜、１７…クランパー、
１９…モールド樹脂、２０…折り返し部、２５…押圧部、Ｐ…圧力

Claims (26)

1. 第１の導電層と第２の導電層との間を導線で接続したボンディング構造において、前記第１の導電層に前記導線が接続されると共に、前記第２の導電層上で前記導線が折り重なるように折り返された状態で、少なくともこの折り返し部分にて前記導線が前記第２の導電層に接続されていることを特徴とする、ボンディング構造。
2. 前記導線が前記第２の導電層に仮圧着され、前記折り返し部分にて前記第２の導電層に本圧着されている、請求項１に記載したボンディング構造。
3. 前記仮圧着と前記本圧着とが同一位置又は異なる位置で行われている、請求項２に記載したボンディング構造。
4. 前記第２の導電層への接続状態で前記導線が切断されている、請求項１に記載したボンディング構造。
5. 前記第２の導電層への接続後にこの接続部分を中継して、前記導線が第３の導電層上に導びかれてこの第３の導電層に接続されている、請求項１に記載したボンディング構造。
6. 前記第３の導電層上において、前記導線が折り重なるように折り返された状態で接続されている、請求項５に記載したボンディング構造。
7. 前記第１の導電層及び前記第２の導電層が共に半導体チップ上の電極である、請求項１に記載したボンディング構造。
8. 前記第１の導電層が実装基板上の電極又はこの実装基板に実装された半導体チップ上の電極であり、前記第２の導電層が前記半導体チップ上の電極又は前記実装基板上の電極である、請求項１に記載したボンディング構造。
9. 前記半導体チップの複数個が実装基板上に並置又は積層されている、請求項７又は８に記載したボンディング構造。
10. 前記実装基板上の前記第１の導電層に前記導線が接続され、この導線が前記半導体チップ上の前記第２の導電層に接続され、更にこの接続部分から前記実装基板上の導電層に接続されている、請求項８に記載したボンディング構造。
11. 前記導線がボンディングワイヤであり、前記第１の導線層上でボールボンディングされている、請求項７又は８に記載したボンディング構造。
12. システム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）又はシステム・オン・チップ（ＳｏＣ）に適用される、請求項１に記載したボンディング構造。
13. 第１の導電層と第２の導電層との間を導線で接続するボンディング方法において、
    前記第１の導電層に前記導線を接続する工程と、
    前記導線を前記第２の導電層上に導びき、前記導線を折り重ねるように折り返す工程 と、
    少なくともこの折り返し部分にて前記導線を前記第２の導電層に接続する工程と
    を有することを特徴とする、ボンディング方法。
14. 前記導線を前記第２の導電層に仮圧着し、前記折り返し部分にて前記第２の導電層に本圧着する、請求項１３に記載したボンディング方法。
15. 前記仮圧着と前記本圧着とを同一位置又は異なる位置で行う、請求項１４に記載したボンディング方法。
16. 前記第２の導電層への接続状態で前記導線を切断する、請求項１３に記載したボンディング方法。
17. 前記第２の導電層への接続後にこの接続部分を中継して、前記導線を第３の導電層上に導びいてこの第３の導電層に接続する、請求項１３に記載したボンディング方法。
18. 前記第３の導電層上において、前記導線を折り重ねるように折り返した状態で接続する、請求項１７に記載したボンディング方法。
19. 前記第１の導電層及び前記第２の導電層を共に半導体チップ上の電極とする、請求項１３に記載したボンディング方法。
20. 前記第１の導電層を実装基板上の電極又はこの実装基板に実装された半導体チップ上の電極とし、前記第２の導電層を前記半導体チップ上の電極又は前記実装基板上の電極とする、請求項１３に記載したボンディング方法。
21. 前記半導体チップの複数個を前記実装基板上に並置又は積層する、請求項１９又は２０に記載したボンディング方法。
22. 前記実装基板上の前記第１の導電層に前記導線を接続し、この導線を前記半導体チップ上の前記第２の導電層に接続し、更にこの接続部分から前記実装基板上の導電層に接続する、請求項２０に記載したボンディング方法。
23. 前記導線がボンディングワイヤであり、前記第１の導線層上でボールボンディングする、請求項１９又は２０に記載したボンディング方法。
24. システム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）又はシステム・オン・チップ（ＳｏＣ）に適用する、請求項１３に記載したボンディング方法。
25. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載したボンディング構造を有する半導体装置。
26. 請求項１３〜２４のいずれか１項に記載したボンディング方法を用いる半導体装置の製造方法。
    
    

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