JP7407751B2 - ワイヤボンディング装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、ワイヤボンディング装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、２つの半導体素子間または半導体素子およびリードフレーム間を金属ワイヤで接続するワイヤボンディング装置は、キャピラリの先端から延出された金属ワイヤのワイヤテールの先端にフリーエアボールを形成する。フリーエアボールは、スパーク放電によって形成される。超音波振動および熱圧着の少なくともいずれかによってフリーエアボールを半導体素子にボンディングするボールボンディングが多く行われている。ボールボンディングでは、半導体素子へのダメージがフリーエアボールによって抑制されている。

しかしながら、良好なフリーエアボールの形成のためには、ボンディングに関する多くの要素を良好な状態に保つ必要がある。ボンディングに関する多くの要素を良好な状態に保つことが困難であるため、ボールボンディングを良好に行うことは困難である。ボールボンディングが良好に行われない場合、半導体素子へのダメージが生じる。このため、フリーエアボールを形成しないワイヤボンディングが提案されている。例えば、特開２００５－３４０７７７号公報（特許文献１）に記載のワイヤボンディング方法では、ボンディングワイヤにフリーエアボールに替えて略Ｌ字形のワイヤテールが形成される。

特開２００５－３４０７７７号公報

上記公報に記載のワイヤボンディング方法では、ボンディングワイヤがキャピラリから脱落しやすいという課題がある。

本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボンディングワイヤがキャピラリから脱落することを抑制することができるワイヤボンディング装置および半導体装置の製造方法を提供することである。

本開示のワイヤボンディング装置は、ボンディングワイヤをボンディングするためのワイヤボンディング装置である。ワイヤボンディング装置は、キャピラリと、移動部とを備えている。キャピラリは、ボンディングワイヤを取り付けるためのキャピラリである。移動部は、キャピラリに接続されている。キャピラリは、第１環状部と、第２環状部と、第３環状部とを含んでいる。第２環状部は、第１環状部を囲んでいる。第３環状部は、第２環状部を囲んでいる。移動部は、キャピラリを上下方向に移動可能に構成されている。第２環状部は、第１環状部および第３環状部よりも上下方向に沿って下方に突出している。キャピラリは、第１環状部と第２環状部との間および第２環状部と第３環状部との間において上下方向に沿って上方に凹んでいる。

本開示のワイヤボンディング装置のキャピラリは、第１環状部と第２環状部との間および第２環状部と第３環状部との間において上下方向に沿って上方に凹んでいる。このため、キャピラリは、第１環状部と第２環状部との間の位置にボンディングワイヤを保持することができる。したがって、ボンディングワイヤがキャピラリから脱落することを抑制することができる。

実施の形態１に係るワイヤボンディング装置のキャピラリにボンディングワイヤが取り付けられた状態のワイヤボンディング装置の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１に係るワイヤボンディング装置のキャピラリにボンディングワイヤが取り付けられていない状態のワイヤボンディング装置のキャピラリの先端の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１に係るワイヤボンディング装置のキャピラリの先端の構成を概略的に示す斜視図である。 図２のＩＶ領域の拡大図である。 実施の形態１に係るワイヤボンディング装置による半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施の形態１に係るワイヤボンディング装置によってボンディングワイヤが半導体装置のめっき膜の第１接合部に接合された様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態１に係るワイヤボンディング装置によって切断されたボンディングワイヤがキャピラリによって保持された様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態１に係るワイヤボンディング装置によってボンディングワイヤが半導体装置の半導体素子の第１接合部に接合された様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態１に係るワイヤボンディング装置によって切断されたボンディングワイヤがキャピラリによって保持された他の様子を概略的に示す断面図である。 比較例に係るワイヤボンディング装置の構成を概略的に示す斜視図である。 比較例に係るワイヤボンディング装置のキャピラリの先端の構成を概略的に示す断面図である。 フリーエアボールが形成された半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態２に係るワイヤボンディング装置のキャピラリの構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態３に係るワイヤボンディング装置によってボンディングワイヤが半導体装置の第２接合部に接合された様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態３に係るワイヤボンディング装置のキャピラリが水平方向に移動した様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態３に係るワイヤボンディング装置による半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施の形態４に係るワイヤボンディング装置のキャピラリが上下方向に沿って上方に移動した様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態４に係るワイヤボンディング装置のキャピラリが水平方向に移動した様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態５に係るワイヤボンディング装置の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態５に係るワイヤボンディング装置によってボンディングワイヤが半導体装置のめっき膜の第１接合部に接合された様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態５に係るワイヤボンディング装置によって切断されたボンディングワイヤがキャピラリによって保持された様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態５に係るワイヤボンディング装置によってボンディングワイヤが半導体装置の第１接合部に接合された様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態５に係るワイヤボンディング装置のキャピラリが水平方向に移動した様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態５に係るワイヤボンディング装置のキャピラリが上下方向に沿って上方に移動した様子を概略的に示す断面図である。 実施の形態５に係るワイヤボンディング装置のキャピラリが水平方向に移動した様子を概略的に示す断面図である。

以下、実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図１を用いて、実施の形態１に係るワイヤボンディング装置２００の構成を説明する。図１に示されるように、ワイヤボンディング装置２００は、ボンディングワイヤＷをボンディングするためのワイヤボンディング装置である。ワイヤボンディング装置２００は、ボンディングワイヤＷを接合部１０にボンディングするためのワイヤボンディング装置である。

ワイヤボンディング装置２００は、キャピラリ２と、移動部３とを含んでいる。本実施の形態に係るワイヤボンディング装置２００は、超音波ホーン１をさらに含んでいる。また、図示されないが、ワイヤボンディング装置２００は、加熱部をさらに含んでいてもよい。

超音波ホーン１は、キャピラリ２を振動させるように構成されている。超音波ホーン１は、キャピラリ２を介してボンディングワイヤＷに超音波を印加するように構成されている。図示されない加熱部は、接合部１０を加熱するように構成されている。

キャピラリ２は、ボンディングワイヤＷを取り付けるためのキャピラリである。キャピラリ２は、円筒形状を有している。キャピラリ２は、ボンディングワイヤＷをボンディングワイヤＷが接合される接合部１０とキャピラリ２との間に導出するように構成されている。キャピラリ２は、上下方向ＤＲ１において、接合部１０の上方に配置されている。なお、本実施の形態において、上下方向ＤＲ１は、ボンディングワイヤＷが接合される接合部１０に対して直交する方向であってもよい。

移動部３は、キャピラリ２に接続されている。移動部３は、キャピラリ２を上下方向ＤＲ１に移動可能に構成されている。移動部３は、キャピラリ２を水平方向ＤＲ２に移動可能に構成されている。なお、本実施の形態において、上下方向ＤＲ１と水平方向ＤＲ２とは、互いに直交している。また、本実施の形態において、水平方向ＤＲ２は、ボンディングワイヤＷが接合される接合部１０に対して平行な方向であってもよい。

移動部３は、キャピラリ２を上下方向ＤＲ１に沿って下方に移動させることで荷重をボンディングワイヤＷに印加させるように構成されている。このため、本実施の形態に係るワイヤボンディング装置２００は、超音波ホーン１による超音波および移動部３による荷重をボンディングワイヤＷに印加することによってボンディングワイヤＷをボンディングするように構成されている。また、ワイヤボンディング装置２００が加熱部をさらに含んでいる場合、ワイヤボンディング装置２００は、加熱部によって接合部１０を加熱しかつ移動部３による荷重をボンディングワイヤＷに印加することでボンディングワイヤＷをボンディングするように構成されている。

ボンディングワイヤＷの主成分は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）の少なくともいずれかである。ボンディングワイヤＷの主成分が金（Ａｕ）である場合には、ボンディングワイヤＷに酸化および硫化等の化学反応が生じることが抑制され得る。ボンディングワイヤＷの主成分が銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）である場合には、ボンディングワイヤＷの主成分が金（Ａｕ）である場合よりもボンディングワイヤＷの製造コストが小さい。ボンディングワイヤＷの主成分が銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）である場合には、ボンディングワイヤＷの主成分が金（Ａｕ）である場合よりもボンディングワイヤＷの電気特性が優れている。ボンディングワイヤＷの材料は、合金であってもよい。本実施の形態において、ボンディングワイヤＷのキャピラリから延出している部分は、ワイヤテールと呼ばれる。

続いて、図１～図４を用いて、実施の形態１に係るワイヤボンディング装置２００のキャピラリ２の構成を詳細に説明する。

図１に示されるように、キャピラリ２は、第１環状部２１と、第２環状部２２と、第３環状部２３とを含んでいる。キャピラリ２は、第１環状部２１と第２環状部２２との間および第２環状部２２と第３環状部２３との間において上下方向ＤＲ１に沿って上方に凹んでいる。このため、キャピラリ２の第１環状部２１と第２環状部２２との間および第２環状部２２と第３環状部２３との間には、段差が設けられている。よって、キャピラリ２には、２つの段差が設けられている。

図２に示されるように、キャピラリ２には、開口ＯＰと、導通孔ＩＮＳとが設けられている。キャピラリ２は、開口ＯＰからボンディングワイヤＷ（図１参照）を導出するように構成されている。キャピラリ２は、開口ＯＰの内径が上下方向ＤＲ１に沿って上方から下方に向かって大きくなるように構成されている。導通孔ＩＮＳは、上下方向ＤＲ１で第１環状部２１よりも上方において開口ＯＰに連通している。キャピラリ２は、導通孔ＩＮＳの内径が上下方向ＤＲ１に沿って上方から下方に向かって小さくなるように構成されている。開口ＯＰおよび導通孔ＩＮＳの内径は、ボンディングワイヤＷ（図１参照）の直径よりも大きい。

第１環状部２１は、開口ＯＰを全周にわたって囲んでいる。第１環状部２１の下端は、第２環状部２２および第３環状部２３の下端よりも上下方向ＤＲ１に沿って上方に凹んでいる。

第２環状部２２は、第１環状部２１を囲んでいる。第２環状部２２は、第１環状部２１を全周にわたって囲んでいる。第２環状部２２は、第１環状部２１および第３環状部２３よりも上下方向ＤＲ１に沿って下方に突出している。このため、第２環状部２２は、キャピラリ２の底面を構成している。

第３環状部２３は、第２環状部２２を囲んでいる。第３環状部２３は、第２環状部２２を全周にわたって囲んでいる。第３環状部２３の下端は、第２環状部２２の下端よりも上下方向ＤＲ１に沿って上方に凹んでいる。

図３に示されるように、本実施の形態において、第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３は、同心円状に配置されている。第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３の各々は、曲線形状を有している。さらに具体的には、第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３は、同心円状の環形状を有している。

本実施の形態において、第１環状部２１の内径は、例えば、７５μｍである。第１環状部２１の内壁から第３環状部２３の外壁までの寸法は、例えば、６５μｍである。この場合、キャピラリ２の直径は、２０５μｍ（７５μｍ＋６５μｍ×２＝２０５μｍ）である。なお、キャピラリ２の寸法は、これに限られない。

図４に示されるように、本実施の形態において、第１環状部２１と第２環状部２２との上下方向ＤＲ１の寸法の差Ｄ１は、ボンディングワイヤＷ（図１参照）の直径の０．１倍以上０．９倍以下である。第２環状部２２と第３環状部２３との上下方向ＤＲ１の寸法の差Ｄ２は、ボンディングワイヤＷ（図１参照）の直径の０．１倍以上０．９倍以下である。第１環状部２１と第２環状部２２との上下方向ＤＲ１の寸法の差Ｄ１は、第１環状部２１と第１環状部２１との上下方向ＤＲ１の寸法の差Ｄ２よりも大きい。第１環状部２１と第２環状部２２との上下方向ＤＲ１の寸法の差Ｄ１および第２環状部２２と第３環状部２３との上下方向ＤＲ１の寸法の差Ｄ２の各々は、ボンディングワイヤＷ（図１参照）の直径よりも小さい。

本実施の形態において、ボンディングワイヤＷ（図１参照）の直径が４０μｍである場合には、寸法の差Ｄ１およびＤ２は、４μｍ以上３６μｍ以下である。なお、ボンディングワイヤＷ（図１参照）の直径は４０μｍに限られず、ボンディングワイヤＷ（図１参照）の直径は、例えば、１０μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。なお、第１環状部２１と第２環状部２２との上下方向ＤＲ１の寸法の差Ｄ１および第２環状部２２と第３環状部２３との上下方向ＤＲ１の寸法の差Ｄ２は、キャピラリ２が同等の機能を奏する場合には上記の寸法に限られない。

次に、図１、図５～図９を用いて、実施の形態１に係るワイヤボンディング装置２００を用いた半導体装置１００の製造方法を説明する。

図５に示されるように、半導体装置１００の製造方法は、準備される工程Ｓ１０１と、ボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる工程Ｓ１０２と、ボンディングワイヤＷを切断させる工程Ｓ１０３とを含んでいる。半導体装置１００の製造方法は、ボンディングワイヤＷを半導体装置１００の第１接合部１１に接合することで半導体装置１００を製造する半導体装置１００の製造方法である。ボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる工程Ｓ１０２およびボンディングワイヤＷを切断させる工程Ｓ１０３は、セカンドボンディング工程を構成している。なお、ファーストボンディング工程は、後述される。

図６に示されるように、本実施の形態におけるワイヤボンディング装置２００によって製造される半導体装置１００は、リードフレームＬＦ、リードフレームＬＦ上に設けられためっき膜ＰＦおよび後述される半導体素子ＳＣ（図８参照）を含んでいる。第１接合部１１は、セカンドボンディング点である。図６では、めっき膜ＰＦが第１接合部１１を含んでいる。セカンドボンディング工程においては、上記の接合部１０（図１参照）は、第１接合部１１である。なお、ファーストボンディング工程においては、上記の接合部１０（図１参照）は、第２接合部１２（図１４参照）である。

準備される工程Ｓ１０１（図５参照）では、ワイヤボンディング装置２００と、ボンディングワイヤＷと、第１接合部１１が準備される。ワイヤボンディング装置２００のキャピラリ２は、第１接合部１１の上方に配置される。ボンディングワイヤＷは、ワイヤボンディング装置２００に取り付けられる。

ボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる工程Ｓ１０２（図５参照）では、ボンディングワイヤＷが第１接合部１１とキャピラリ２とに挟み込まれるように移動部３がキャピラリ２を下方に移動させることで第１環状部２１と第２環状部２２との間にボンディングワイヤＷを入り込ませる。また、ボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる工程Ｓ１０２（図５参照）では、ボンディングワイヤＷが第１接合部１１とキャピラリ２とに挟み込まれるように移動部３がキャピラリ２を下方に移動させることで第２環状部２２と第３環状部２３との間にボンディングワイヤＷを入り込ませる。また、ボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる工程Ｓ１０２（図５参照）では、ボンディングワイヤＷが第１接合部１１とキャピラリ２とに挟み込まれるように移動部３がキャピラリ２を下方に移動させることで第２環状部２２と第３環状部２３との間においてボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる。本実施の形態において、ボンディングワイヤＷは、めっき膜ＰＦに接合される。

図７に示されるように、ボンディングワイヤＷを切断させる工程Ｓ１０３（図５参照）では、第１環状部２１と第２環状部２２との間にボンディングワイヤＷが入り込んだ状態で、移動部３がキャピラリ２を上方に移動させることでボンディングワイヤＷを切断させる。具体的には、キャピラリ２が移動することによって、ボンディングワイヤＷの第２環状部２２の先端に位置する部分において、ボンディングワイヤＷが引きちぎられる。ボンディングワイヤＷの第２環状部２２の先端に位置する部分の厚みが薄いため、ボンディングワイヤＷの第２環状部２２の先端に位置する部分を切断の起点としてボンディングワイヤＷが切断される。

なお、図８に示されるように、半導体素子ＳＣが第１接合部１１を含んでいてもよい。半導体素子ＳＣは、ダイボンド接合材ＪＭによってリードフレームＬＦに接合されている。この場合、図９に示されるように、ボンディングワイヤＷは、半導体素子ＳＣに接合される。ボンディングワイヤＷが接合される半導体装置１００の部材は、適宜に決められてもよい。例えば、ボンディングワイヤＷは、リードフレームＬＦに接合されてもよい。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
図１０～図１２に示されるフリーエアボールＦＡＢを形成するように構成された比較例に係るワイヤボンディング装置２０１と比較しながら、本実施の形態に係るワイヤボンディング装置２００の効果を詳細に説明する。

図１０に示されるように、比較例に係るワイヤボンディング装置２０１は、セカンドボンディング工程の後にフリーエアボールＦＡＢを形成するように構成されている。具体的には、比較例に係るワイヤボンディング装置２０１は、トーチ棒８およびフォーミングガスノズル９をさらに含んでいる。フォーミングガスノズル９は、ボンディングワイヤＷのワイヤテールに向けてフォーミングガスＧを噴出するように構成されている。トーチ棒８は、ボンディングワイヤＷの先端に向けてスパーク放電を行うように構成されている。なお、図１１に示されるように、比較例に係るワイヤボンディング装置２０１のキャピラリ２の先端は、平坦な形状を有している。このため、比較例に係るワイヤボンディング装置２０１のキャピラリ２には、第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３が設けられていない。

図１０に示されるように、比較例に係るワイヤボンディング装置２０１を用いたフリーエアボールＦＡＢが形成された半導体装置１０１の製造方法では、セカンドボンディングの後に、フォーミングガスノズル９がボンディングワイヤＷの先端に向けてフォーミングガスＧを噴出しながら、トーチ棒８がボンディングワイヤＷの先端に向けてスパーク放電を行う。これにより、ボンディングワイヤＷの先端にフリーエアボールＦＡＢが形成される。フリーエアボールＦＡＢが形成された後に、移動部３は、超音波ホーン１およびキャピラリ２を下方に移動させる。フリーエアボールＦＡＢは、接合部に押し付けられることで接合部に接合される。具体的には、移動部３がキャピラリ２を下方に移動させることで、フリーエアボールに荷重が印加される。また、超音波ホーン１がキャピラリ２に超音波による振動を印加することで、フリーエアボールに超音波による振動が印加される。これにより、図１２に示されるように、フリーエアボールＦＡＢが接合部１０に接合される。接合部１０に接合されたフリーエアボールＦＡＢは、圧着ボールとも呼ばれる。

比較例に係るワイヤボンディング装置２０１では、ボンディングワイヤＷがキャピラリ２から脱落する可能性がある。また、フリーエアボールＦＡＢを良好に形成することは困難である。さらに、フリーエアボールＦＡＢが良好に形成されなかった場合、良好に形成されなかったフリーエアボールＦＡＢによって接合部１０がかえって損傷するおそれがある。

これに対して、実施の形態１に係るワイヤボンディング装置２００によれば、図１および図２に示されるように、キャピラリ２は、第１環状部２１と第２環状部２２との間および第２環状部２２と第３環状部２３との間において上下方向ＤＲ１に沿って上方に凹んでいる。このため、ボンディングワイヤＷを第１環状部２１と第２環状部２２との間および第２環状部２２と第３環状部２３との間に入り込ませることができる。また、第２環状部２２は、第１環状部２１および第３環状部２３よりも上下方向ＤＲ１に沿って下方に突出している。このため、ボンディングワイヤＷを第２環状部２２の先端の位置において切断することができる。よって、ボンディングワイヤＷが切断された後も、キャピラリ２は、第１環状部２１と第２環状部２２との間の位置にボンディングワイヤＷを保持することができる。したがって、ボンディングワイヤＷがキャピラリ２から脱落することを抑制することができる。

図７に示されるように、本実施の形態に係るワイヤボンディング装置２００のキャピラリ２は、ボンディングワイヤＷを保持することができる。このため、ボンディングワイヤＷにフリーエアボールを形成しなくてもよい。よって、接合部１０が良好に形成されなかったフリーエアボールによって損傷することがない。

図１および図２に示されるように、キャピラリ２は、第１環状部２１と、第２環状部２２と、第３環状部２３とを含んでいる。このため、キャピラリ２の先端が平坦である場合およびキャピラリ２が第１環状部２１を含みかつ第２環状部２２および第３環状部２３を含んでいない場合よりも、キャピラリ２の先端の表面積が大きい。すなわち、キャピラリ２の押圧面が大きい。このため、ボンディングワイヤＷと接合部１０との接合強度を大きくすることができる。

図１および図２に示されるように、第２環状部２２は、第１環状部２１および第３環状部２３よりも上下方向ＤＲ１に沿って下方に突出している。このため、ボンディングワイヤＷの厚みは、第２環状部２２の先端の位置において最も薄い。よって、図７に示されるように、キャピラリ２が上昇した場合に、ボンディングワイヤＷを第２環状部２２の先端の位置において切断することができる。したがって、ボンディングワイヤＷの切断される位置を安定させることができる。

図１および図２に示されるように、キャピラリ２は、第１環状部２１と第２環状部２２との間および第２環状部２２と第３環状部２３との間において上下方向ＤＲ１に沿って上方に凹んでいる。また、図７に示されるように、ボンディングワイヤＷは、第２環状部２２の先端の位置において切断される。このため、ボンディングワイヤＷが切断される場合に、ボンディングワイヤＷの第２環状部２２と第３環状部２３との間に入り込んでいた部分は、接合部１０上に残る。ボンディングワイヤＷの第２環状部２２と第３環状部２３との間に入り込んでいた部分の厚みは、ボンディングワイヤＷの直径よりも大きい。したがって、ボンディングワイヤＷと接合部１０との接合強度が向上する。

図３に示されるように、第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３は、同心円状の環形状を有している。このため、接合部１０（図１参照）上において３６０°のどの方向におけるボンディングであっても、ボンディングワイヤＷ（図１参照）とキャピラリ２との接触面積が同じである。よって、接合部１０（図１参照）上において３６０°のどの方向におけるボンディングであっても、ボンディングワイヤＷ（図１参照）を良好に接合部１０（図１参照）に接合することができる。

実施の形態１に係る半導体装置１００の製造方法によれば、図７に示されるように、ボンディングワイヤＷを切断させる工程Ｓ１０３（図５参照）では、第１環状部２１と第２環状部２２との間にボンディングワイヤＷが入り込んだ状態で、移動部３がキャピラリ２を上方に移動させることでボンディングワイヤＷを切断させる。このため、ボンディングワイヤＷが切断された後も、キャピラリ２は、第１環状部２１と第２環状部２２との間の位置にボンディングワイヤＷを保持することができる。よって、ボンディングワイヤＷがキャピラリ２から脱落することを抑制することができる。

実施の形態２．
次に、図１３を用いて、実施の形態２に係るワイヤボンディング装置２００の構成を説明する。実施の形態２は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１３に示されるように、本実施の形態に係る第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３の少なくともいずれかは、少なくとも部分的に粗面化されている。第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３は、粗面化された部分を有している。第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３の粗面化された部分の算術平均粗さ（Ｒａ）は、第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３の粗面化されていない部分の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きい。

本実施の形態において、第２環状部２２の先端は、粗面化されている。このため、第２環状部２２の先端の算術平均粗さ（Ｒａ）は、第１環状部２１および第３環状部２３の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きい。粗面化された第２環状部２２の先端の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば、０．４０μｍである。また、粗面化された第２環状部２２の先端の最大高さ（Ｒｍａｘ）は、例えば、１．０μｍである。算術平均粗さ（Ｒａ）および最大高さ（Ｒｍａｘ）は、同等の効果が奏される場合には、上記に限られない。図示されないが、第１環状部２１および第３環状部２３の先端が粗面化されていてもよい。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
実施の形態２に係るワイヤボンディング装置２００によれば、図１３に示されるように、第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３の少なくともいずれかは、少なくとも部分的に粗面化されている。このため、第１環状部２１、第２環状部２２および第３環状部２３の粗面化された部分とボンディングワイヤＷとに生じる摩擦力が増加する。よって、移動部３（図１参照）による荷重および超音波ホーン１（図１参照）による超音波の振動がキャピラリ２を介してボンディングワイヤＷに伝達される効率（伝達力）が向上する。したがって、ボンディングワイヤＷを強固にボンディングすることができる。

図１３に示されるように、第２環状部２２の先端は、粗面化されていてもよい。この場合、第２環状部２２の先端の摩擦力が向上する。このため、第２環状部２２の先端によってボンディングワイヤＷを容易に切断することができる。よって、ボンディングワイヤＷが切断される位置がさらに安定する。具体的には、セカンドボンディング工程においてボンディングワイヤＷが切断される位置がさらに安定する。

実施の形態３．
次に、図１４および図１５を用いて、実施の形態３に係るワイヤボンディング装置２００の構成および半導体装置１００の製造方法（ワイヤボンディング装置２００の動作）を説明する。実施の形態３は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１４に示されるように、本実施の形態に係るワイヤボンディング装置２００のキャピラリ２は、ボンディングワイヤＷをボンディングワイヤＷが接合される接合部１０とキャピラリ２との間に導出するように構成されている。

図１４および図１５に示されるように、移動部３は、キャピラリ２を水平方向ＤＲ２に移動可能に構成されている。移動部３は、キャピラリ２をボンディングワイヤＷの接合部１０に接合された接合部分Ｗ１に対して水平方向ＤＲ２に沿って反対側に移動可能に構成されている。図１４および図１５では、移動部３の移動方向は、白抜き矢印によって示されている。移動部３は、キャピラリ２を上下方向ＤＲ１に沿って下方に移動させながら、キャピラリ２を水平方向ＤＲ２に移動させるように構成されている。これにより、キャピラリ２は、水平方向ＤＲ２に移動しながらボンディングワイヤＷに荷重および超音波ホーン１（図１参照）による超音波振動をボンディングワイヤＷに印加するように構成されている。

次に、図１４～図１６を用いて、実施の形態３に係るワイヤボンディング装置２００を用いた半導体装置１００の製造方法を説明する。

図１６に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法は、ボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる工程Ｓ１０２の前に、ボンディングワイヤＷを第２接合部１２に接合させる工程Ｓ１０４をさらに含んでいる。ボンディングワイヤＷを第２接合部１２に接合させる工程Ｓ１０４は、ファーストボンディング工程を構成している。本実施の形態において、半導体素子ＳＣが第２接合部１２を含んでいる。なお、第２接合部１２は、めっき膜ＰＦ（図６参照）であってもよい。

図１４および図１５に示されるように、ボンディングワイヤＷを第２接合部１２に接合させる工程Ｓ１０４（図１６参照）において、移動部３がキャピラリ２を第２接合部１２の水平方向ＤＲ２に移動させながら、ボンディングワイヤＷを第２接合部１２に接合させる。これにより、キャピラリ２は、水平方向ＤＲ２に移動しながら、ボンディングワイヤＷに荷重および超音波振動をボンディングワイヤＷに印加する。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
実施の形態３に係るワイヤボンディング装置２００によれば、図１４および図１５に示されるように、移動部３は、キャピラリ２を水平方向ＤＲ２に移動可能に構成されている。このため、移動部３は、ボンディングワイヤＷの一部を第１環状部２１と第２環状部２２との間に入り込ませた状態でキャピラリ２を水平に移動させることができる。よって、ボンディングワイヤＷの第１環状部２１と第２環状部２２との間に入り込んだ接合部分Ｗ１を第１環状部２１と第２環状部２２との間の外に押し出すことができる。これにより、ボンディングワイヤＷと第２接合部１２との接合面積は、第１環状部２１と第２環状部２２との間の外に押し出された接合部分Ｗ１の面積だけ大きくなる。したがって、ボンディングワイヤＷと第２接合部１２との接合面積が大きくなる。以上より、ボンディングワイヤＷを強固に接合することができる。

図１４および図１５に示されるように、本実施の形態では、ボンディングワイヤＷにフリーエアボールＦＡＢ（図１０参照）が形成されないため、ボンディングワイヤＷにフリーエアボールＦＡＢ（図１０参照）が形成される場合よりも、ボンディングワイヤＷが薄いことがある。ボンディングワイヤＷが薄い場合、接合部１０に生じる損傷が大きくなる可能性がある。しかしながら、本実施の形態では、ボンディングワイヤＷと接合部１０との接合面積が大きいため、ボンディングワイヤＷが薄い場合でも、弱い荷重および超音波振動によってボンディングワイヤＷと接合部１０とを十分に接合させることができる。これにより、接合部１０に生じる損傷を低減することができる。

実施の形態３に係る半導体装置１００の製造方法によれば、図１４および図１５に示されるように、ボンディングワイヤＷを第２接合部１２に接合させる工程Ｓ１０４（図５参照）において、移動部３がキャピラリ２を第２接合部１２の水平方向ＤＲ２に移動させながら、ボンディングワイヤＷを第２接合部１２に接合させる。これにより、半導体装置１００の接合部１０に印加される荷重および超音波振動が接合部１０の同じ位置に集中され続けることを抑制することができる。したがって、半導体装置１００への接合部１０に生じる損傷を軽減することができる。

実施の形態４．
次に、図１７および図１８を用いて、実施の形態４に係るワイヤボンディング装置２００の構成および半導体装置１００の製造方法（ワイヤボンディング装置２００の動作）を説明する。実施の形態４は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１７および図１８に示されるように、本実施の形態に係るワイヤボンディング装置２００の移動部３は、キャピラリ２を水平方向ＤＲ２および上下方向ＤＲ１に移動させるように構成されている。また、移動部３は、キャピラリ２を水平方向ＤＲ２に往復させるように移動可能に構成されている。これにより、ボンディングワイヤＷは、少なくとも１回折り返されている。図１８では、ボンディングワイヤＷは、１回折り返されているが、ボンディングワイヤＷは複数回折り返されていてもよい。

具体的には、移動部３は、キャピラリ２をボンディングワイヤＷの接合部１０に接合された接合部分Ｗ１から上下方向ＤＲ１の間隔Ｈを空けて水平方向ＤＲ２に移動可能に構成されている。接合部分Ｗ１の厚みは、例えば、５μｍ以上１０μｍ以下である。移動部３は、間隔Ｈが上下方向ＤＲ１に沿ってボンディングワイヤＷの直径未満である状態でキャピラリ２を接合部分Ｗ１に沿って移動可能に構成されている。間隔Ｈは、例えば、ボンディングワイヤＷの０．５倍以上１．０倍未満である。ボンディングワイヤＷの直径が４０μｍである場合には、間隔Ｈは２０μｍ以上４０μｍ未満である。また、移動部３と接合部１０との上下方向ＤＲ１に沿った距離は、接合部分Ｗ１の厚み以上接合部分Ｗ１の厚みとボンディングワイヤＷの直径との和未満である。

次に、図１７および図１８を用いて、実施の形態４に係るワイヤボンディング装置２００を用いた半導体装置１００の製造方法を説明する。

本実施の形態では、第２接合部１２に接合させる工程Ｓ１０４（図１６参照）において、図１７に示されるように、接合部分Ｗ１が接合部１０に接合される。続いて、図１８に示されるように、接合部分Ｗ１にボンディングワイヤＷの根元側部分Ｗ２が接合される。ボンディングワイヤＷの根元側部分Ｗ２は、ボンディングワイヤＷの接合部分Ｗ１よりもボンディングワイヤＷの根元側の部分である。根元側部分Ｗ２は、接合部１０には接合されない。根元側部分Ｗ２は、接合部分Ｗ１に重ねられることで接合部分Ｗ１に接合される。ワイヤボンディング装置２００は、ファーストボンディング工程において、接合部分Ｗ１を接合部１０に接合し、接合部分Ｗ１に根元側部分Ｗ２を接合する。

具体的には、図１８に示されるように、第２接合部１２に接合させる工程Ｓ１０４（図１６参照）において、移動部３がキャピラリ２をボンディングワイヤＷの接合部分Ｗ１から上下方向ＤＲ１の間隔Ｈを空けて水平方向ＤＲ２に移動させる。また、間隔Ｈが上下方向ＤＲ１に沿ってボンディングワイヤＷの直径未満である状態で、移動部３が根元側部分Ｗ２を接合部分Ｗ１に重ねながら移動させることで、接合部分Ｗ１と根元側部分Ｗ２とが接合される。これにより、根元側部分Ｗ２は、すり潰されながら接合部分Ｗ１に接合される。なお、接合部分Ｗ１が接合部１０に接合される際の移動部３の移動の向きは、根元側部分Ｗ２が接合部分Ｗ１に接合される際の移動部３の移動の向きとは水平方向ＤＲ２に沿って反対である。また、ボンディングワイヤＷの直径とは、ボンディングワイヤＷが潰されておらずボンディングワイヤＷの断面が円形である場合におけるボンディングワイヤＷの直径である。

また、図示されないが、ボンディングワイヤＷが複数回折り返される場合には、ファーストボンディング工程において、接合部分Ｗ１が接合部１０に接合される。続いて、第１の根元側部分が接合部分に接合される。続いて、さらに第２の根元側部分が第１の根元側部分に接合される。移動部３は、キャピラリ２を第１の根元側部分から上下方向ＤＲ１の間隔Ｈを空けて水平に移動させる。また、間隔Ｈが上下方向ＤＲ１に沿ってボンディングワイヤＷの直径未満である状態で、移動部３が第２の根元側部分を第１の根元側部分に重ねながら移動させることで、第１の根元側部分と第２の根元側部分とが接合される。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
実施の形態４に係るワイヤボンディング装置２００によれば、図１７および図１８に示されるように、移動部３は、間隔Ｈが上下方向ＤＲ１に沿ってボンディングワイヤＷの直径未満である状態でキャピラリ２を接合部分Ｗ１に沿って移動可能に構成されている。このため、ボンディングワイヤＷの根元側部分Ｗ２は、すり潰されながらボンディングワイヤＷの接合部分Ｗ１に接合される。よって、ボンディングワイヤＷが接合部１０に接合される際に、ボンディングワイヤＷの厚みが厚くなるため、接合部１０に生じる損傷を低減することができる。また、ボンディングワイヤＷが接合部１０に接合される際に、ボンディングワイヤＷの厚みが厚くなるため、さらに強い荷重および超音波振動を印加することができる。これにより、ボンディングワイヤＷと接合部１０との接合性が向上する。

図１７および図１８に示されるように、移動部３は、キャピラリ２をボンディングワイヤＷの接合部１０に接合された接合部分Ｗ１から上下方向ＤＲ１の間隔Ｈを空けて水平方向ＤＲ２に移動可能に構成されている。このため、ボンディングワイヤＷが折り返される。よって、ボンディングワイヤＷの厚みが厚くなる。これにより、荷重および超音波振動がボンディングワイヤＷに印加された際に接合部１０に損傷が生じないだけの厚みを有するボンディングワイヤＷを得ることができる。したがって、必要な荷重および超音波振動を容易にボンディングワイヤＷに印加することができるため、結果としてボンディングワイヤＷと接合部１０との接合性が向上する。

実施の形態４に係る半導体装置１００の製造方法によれば、図１８に示されるように、移動部３が間隔Ｈが上下方向ＤＲ１に沿ってボンディングワイヤＷの直径未満である状態でキャピラリ２を接合部分Ｗ１に沿って移動させながらボンディングワイヤＷの接合部分Ｗ１よりも根元側部分Ｗ２を接合部分Ｗ１に重ねることで、接合部分Ｗ１と根元側部分Ｗ２とが接合される。このため、ボンディングワイヤＷの根元側部分Ｗ２は、すり潰されながらボンディングワイヤＷの接合部分Ｗ１に接合される。よって、ボンディングワイヤＷが接合部１０に接合される際に、ボンディングワイヤＷの厚みが厚くなるため、接合部１０に生じる損傷を低減することができる。また、ボンディングワイヤＷが接合部１０に接合される際に、ボンディングワイヤＷの厚みが厚くなるため、さらに強い荷重および超音波振動を印加することができる。これにより、ボンディングワイヤＷと接合部１０との接合性が向上する。

図１８に示されるように、移動部３が間隔Ｈが上下方向ＤＲ１に沿ってボンディングワイヤＷの直径未満である状態でキャピラリ２を接合部分Ｗ１に沿って移動させながらボンディングワイヤＷの接合部分Ｗ１よりも根元側部分Ｗ２を接合部分Ｗ１に重ねることで、接合部分Ｗ１と根元側部分Ｗ２とが接合される。仮に、間隔ＨがボンディングワイヤＷの直径以上である場合、移動部３はキャピラリ２を上方に移動させた後に、ボンディングワイヤＷの接合部分Ｗ１と折り曲げられた根元側部分Ｗ２とが接触しないようにキャピラリ２を水平方向ＤＲ２に移動させ、さらに接合部分Ｗ１と根元側部分Ｗ２とが積み重なるようにキャピラリ２を下降させる必要がある。また、移動部３が下降した後に、ボンディングワイヤＷの接合部分Ｗ１と根元側部分Ｗ２とが接合される。すなわち、仮に間隔ＨがボンディングワイヤＷの直径以上である場合、上昇、水平移動、下降および接合の４つのプロセスによってボンディングワイヤＷが接合部１０に接合される。これに対して、本実施の形態では、上昇および水平移動しながらの接合の２つのプロセスによってボンディングワイヤＷが接合部１０に接合される。このため、ボンディングワイヤＷが接合部１０に接合されるプロセスが低減される。よって、ボンディングにかかる時間を低減することができる。

実施の形態５．
次に、図１９～図２５を用いて、実施の形態５に係るワイヤボンディング装置２００の構成を説明する。実施の形態５は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１９に示されるように、本実施の形態に係るワイヤボンディング装置２００のキャピラリ２は、第４環状部２４をさらに含んでいる。第４環状部２４は、第３環状部２３を囲んでいる。第２環状部２２は、第４環状部２４よりも上下方向ＤＲ１に沿って下方に突出している。本実施の形態において、第４環状部２４の下端は、第３環状部２３の下端よりも上下方向ＤＲ１に沿って上方に凹んでいる。第４環状部２４の下端は、第１環状部２１の下端よりも上下方向ＤＲ１に沿って下方に突出している。

キャピラリ２は、第３環状部２３と第４環状部２４との間において上下方向ＤＲ１に沿って上方に凹んでいる。このため、キャピラリ２の第１環状部２１と第２環状部２２との間、第２環状部２２と第３環状部２３との間および第３環状部２３と第４環状部２４との間には、段差が設けられている。よって、キャピラリ２には、３つの段差が設けられている。

本実施の形態においても、キャピラリ２が第４環状部２４を含んでいない場合と同様に、セカンドボンディング工程が行われる。すなわち、図２０および図２１に示されるように、ボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる工程Ｓ１０２（図５参照）では、ボンディングワイヤＷが第１接合部１１とキャピラリ２とに挟み込まれるように移動部３がキャピラリ２を下方に移動させることで第１環状部２１と第２環状部２２との間、第２環状部２２と第３環状部２３との間および第３環状部２３と第４環状部２４との間にボンディングワイヤＷを入り込ませる。また、ボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる工程Ｓ１０２（図５参照）では、ボンディングワイヤＷが第１接合部１１とキャピラリ２とに挟み込まれるように移動部３がキャピラリ２を下方に移動させることで第２環状部２２と第３環状部２３との間および第３環状部２３と第４環状部２４との間においてボンディングワイヤＷを第１接合部１１に接合させる。

また、図２２～図２５に示されるように、キャピラリ２が第４環状部２４を含んでいない場合と同様に、ファーストボンディング工程が行われる。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
実施の形態５に係るワイヤボンディング装置２００によれば、図１９および図２０に示されるように、キャピラリ２は、第３環状部２３と第４環状部２４との間において上下方向ＤＲ１に沿って上方に凹んでいる。このため、キャピラリ２とボンディングワイヤＷとの接触面積は、第４環状部２４が設けられていない場合よりも、大きい。よって、ボンディングワイヤＷを接合部１０にさらに強固に接合することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ キャピラリ、３ 移動部、１０ 接合部、２１ 第１環状部、２２ 第２環状部、２３ 第３環状部、２４ 第４環状部、１００ 半導体装置、２００ ワイヤボンディング装置、ＤＲ１ 上下方向、ＤＲ２ 水平方向、Ｗ ボンディングワイヤ、Ｗ１ 接合部分、Ｗ２ 根元側部分。

Claims (8)

1. ボンディングワイヤをボンディングするためのワイヤボンディング装置であって、
   前記ボンディングワイヤを取り付けるためのキャピラリと、
   前記キャピラリに接続された移動部とを備え、
   前記キャピラリは、第１環状部と、前記第１環状部を囲む第２環状部と、前記第２環状部を囲む第３環状部とを含み、
   前記移動部は、前記キャピラリを上下方向に移動可能に構成されており、
   前記第２環状部は、前記第１環状部および前記第３環状部よりも前記上下方向に沿って下方に突出しており、
   前記キャピラリは、前記第１環状部と前記第２環状部との間および前記第２環状部と前記第３環状部との間において前記上下方向に沿って上方に凹んでいる、ワイヤボンディング装置。
2. 前記第１環状部、前記第２環状部および前記第３環状部の少なくともいずれかは、少なくとも部分的に粗面化されている、請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
3. 前記キャピラリは、前記第３環状部を囲む第４環状部をさらに含み、
   前記第２環状部は、前記第４環状部よりも前記上下方向に沿って下方に突出しており、
   前記キャピラリは、前記第３環状部と前記第４環状部との間において前記上下方向に沿って上方に凹んでいる、請求項１または２に記載のワイヤボンディング装置。
4. 前記キャピラリは、前記ボンディングワイヤを前記ボンディングワイヤが接合される接合部と前記キャピラリとの間に導出するように構成されており、
   前記移動部は、前記キャピラリを水平方向に移動可能に構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置。
5. 前記移動部は、前記キャピラリを前記ボンディングワイヤの前記接合部に接合された接合部分から前記上下方向の間隔を空けて前記水平方向に移動可能に構成されており、
   前記移動部は、前記間隔が前記上下方向に沿って前記ボンディングワイヤの直径未満である状態で前記キャピラリを前記接合部分に沿って移動可能に構成されている、請求項４に記載のワイヤボンディング装置。
6. ボンディングワイヤを半導体装置の第１接合部に接合することで半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
   前記ボンディングワイヤを取り付けるためでありかつ第１環状部、前記第１環状部を囲む第２環状部および前記第２環状部を囲む第３環状部を含むキャピラリと、前記キャピラリを上下方向に移動可能に構成された移動部とを備え、かつ前記第２環状部が前記第１環状部および前記第３環状部よりも前記上下方向に沿って下方に突出しており、かつ前記キャピラリが前記第１環状部と前記第２環状部との間および前記第２環状部との前記第３環状部との間において前記上下方向に沿って上方に凹んでいるワイヤボンディング装置と、前記ボンディングワイヤと、前記第１接合部とが準備される工程と、
   前記ボンディングワイヤが前記第１接合部と前記キャピラリとに挟み込まれるように前記移動部が前記キャピラリを下方に移動させることで前記第１環状部と前記第２環状部との間に前記ボンディングワイヤを入り込ませ、前記第２環状部と前記第３環状部との間において前記ボンディングワイヤを前記第１接合部に接合させる工程と、
   前記第１環状部と前記第２環状部との間に前記ボンディングワイヤが入り込んだ状態で、前記移動部が前記キャピラリを上方に移動させることで前記ボンディングワイヤを切断させる工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
7. 前記ボンディングワイヤを前記第１接合部に接合させる工程の前に、前記ボンディングワイヤを半導体装置の第２接合部に接合させる工程をさらに備え、
   前記ボンディングワイヤを前記第２接合部に接合させる工程において、前記移動部が前記キャピラリを前記第２接合部の水平方向に移動させながら、前記ボンディングワイヤを前記第２接合部に接合させる、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第２接合部に接合させる工程において、前記移動部が前記キャピラリを前記ボンディングワイヤの前記第２接合部に接合された接合部分から前記上下方向の間隔を空けて前記水平方向に移動させ、
   前記間隔が前記上下方向に沿って前記ボンディングワイヤの直径未満である状態で、前記移動部が前記ボンディングワイヤの根元側部分を前記接合部分に重ねながら移動させることで、前記接合部分と前記根元側部分とが接合される、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。

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