[發明專利]引線鍵合裝置、工具及主體、半導體裝置制造及鍵合方法

有效

• 申請號: 201210540018.1
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103177979A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 滝沢幸博
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 郭鴻禧;李柱天

技術領域

本發明涉及一種在與被接合物之間施加超聲波振動來形成附著核層而接合鍵合引線的引線鍵合用鍵合裝置、從楔狀工具的前端部抽出鍵合引線進行的引線鍵合方法、以及使用鍵合裝置將半導體裝置的電極電連接到外部端子等的半導體裝置的制造方法，尤其涉及在楔狀工具的前端部分設置傾斜角的鍵合裝置。

背景技術

圖10為用于說明由鍵合裝置進行的引線鍵合的圖。

楔狀工具10具有工具主體11、用于保持鍵合引線1的引線導引件10a、鍵合后切斷引線的切刀10b、引線的夾緊結構10c等，通過超聲變幅桿而安裝在鍵合裝置。在半導體裝置2的制造工藝中，構成電子器件的半導體芯片3被貼裝在形成于絕緣電路基板4上的電路圖案4a上。形成有電路圖案4a和與其相對側的電路圖案4b的絕緣電路基板4通過形成于其背面的電路圖案4c布置在散熱用金屬基底5上。并且，在半導體裝置2上，一邊移動楔狀工具10，一邊將鍵合引線1的兩端超聲波鍵合到半導體芯片3的電極和絕緣電路基板4的電路圖案4b上。由此，可通過被楔入鍵合的布線用引線6對半導體裝置2等的電子器件進行預定的連接。

圖11為表示現有的楔狀工具的前端部形狀的圖。

楔狀工具10將由工具主體11的前端部的工具導引槽12進行接觸并支撐的鍵合引線1接觸到被接合材(例如，硅芯片上的電極等)。然后，通過該楔狀工具10對鍵合引線1施加一定的壓力而將其按壓到被接合材的狀態下，施加超聲波振動來磨合而進行接合。

圖12為表示現有的引線鍵合方法的圖，(A)為表示由楔狀工具進行加壓振動的情形的圖，(B)為表示引線與被接合材之間的接合狀態的圖。

在進行鍵合時，作為鍵合引線1而從工具主體11的前端部的工具導引槽12抽出的環狀的鋁引線(Φ100～500μm)被預定的負荷P1按壓到作為被接合物的、例如半導體芯片3的電極7等上，并由楔狀工具10向鋁引線施加超聲波振動進行接合。此時，鍵合引線1根據保持環狀的環形引線的剛性，受到來自傾斜橫向的約束力(fixed?displacement)P2。

在這種超聲波引線鍵合工藝中，將散熱用的金屬基底5設置在下部并在鍵合裝置的工件夾具(未圖示)上載入模塊組件的狀態下，通過楔狀工具10壓住由楔狀工具10供應到功率半導體元件的電極接合面的鍵合引線1，并且施加超聲波振動的同時施加鍵合負荷(楔入壓力)。由此，鍵合引線1的接合面因超聲波振動的摩擦而能夠清除雜質(氧化物)，并通過同時在接合面上發生的熱量使抗張力急劇減小而發生塑性變形，從而被固相接合到電極部。

即，若通過工具主體11的前端部施加負荷P1的同時向由鋁(Al)構成的鍵合引線1施加超聲波振動，則在半導體芯片3的通過鋁蒸鍍而形成的Al-Si電極膜等電極7上作為表面氧化膜等形成的雜質膜被破壞，露出清潔的金屬膜表面。此時，根據來自楔狀工具10的超聲波能量，鍵合引線1的接合面引起塑性變形，在該部分形成作為接合基點的合金化的附著核層8。

這里，要使鍵合引線1與作為被接合材的半導體芯片3可靠地磨合，需要使工具主體11的前端部與鍵合引線1彼此緊密地貼近，為了彼此緊密地貼近，需要加大加壓力。根據此時的加壓力，鍵合引線1的中心部被壓扁，附著核層8擴散為橢圓形狀，從而與電極7的接觸面積變大。并且，如果楔狀工具10振動，則貼近其前端部的鍵合引線1也振動，起初的附著核層8從其外周向外側擴散，接合區域變大。

一般的情況下，因為對鍵合引線1所施加的壓力導致鍵合引線1最開始就被壓扁，因此最終形成的接合區域9的中心部容易成為非接合區域，而通過超聲波振動的能量，僅被壓扁的周邊部發生接合。因此，如果觀察上述的接合區域9的界面，該接合區域有時呈環狀。

根據專利文獻1，可以提供具有加粗的鍵合引線，對半導體芯片不產生機械損傷，且鍵合引線與半導體芯片的接合狀態穩定的半導體裝置及其制造方法。在該發明中，通過將半導體芯片的電極膜的厚度設置為3.5μm至10μm，從而即使將鍵合引線(鋁引線)的直徑加粗為300m以上，在進行超聲波鍵合時也不會在層間絕緣膜和n型半導體基板上產生裂紋。

并且，專利文獻2中公開了如下的功率半導體裝置的引線鍵合方法，即改變通過加粗鍵合引線來強化引線接合部的策略，針對一直以來普遍使用的直徑為300μm、400μm、500μm的鍵合引線，通過適當地規定該引線接合部的形狀，從而無需使接合面積增加到必要的面積以上，也能有效地確保對于功率周期的高壽命耐量，從而謀求提高可靠性。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開2002-222826號公報