[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造方法，特别是涉及一种向半导体芯片的表面电极上的金属丝键合方法。

背景技术

最近几年，要求汽车仪器控制装置或者电动汽车驱动控制装置等小型轻量化。所述驱动控制装置为了从电池等直流电源获取驱动电动机的交流（电），使用对大电流进行高速开关的半导体器件。对应该大电力化、即电子部件的动作电流的增大，在半导体器件内的各个半导体芯片间、半导体芯片和半导体芯片紧固的带导电图案绝缘基板间等的电连接中使用以铝为主要成分的金属丝。

在这种半导体器件中，从小型轻量化并且高功能化和耐环境性等观点来看，要求承受严酷的热循环、功率循环，并且要求高寿命。

在作为用于满足该要求的一个接合方法的金属丝键合技术中海要求高的可靠性。

图10是现有的半导体器件200的主要部分结构图。该半导体器件是IGBT模块的例子。

图11是超声波键合装置300的概略图。该超声波键合装置300还称作超声波接线机（wire bonder）。

在图10中，51是散热底板，52是焊锡，53是带导电图案绝缘基板，54a、54b是导电图案，55是半导体芯片，56是背面电极，57是表面电极，58是焊锡，59是外部导出端子，60是金属丝，63是外壳，64是凝胶，200是现有的半导体器件。该半导体器件200此处列举功率模块为例。在图10中，左侧的半导体芯片55（C）例如是IGBT（绝缘门极型双极晶体管），右侧的半导体芯片55（D）是续流二极管，彼此反并联连接。

另外，在图11中，76是金属丝保持件，77是金属丝夹，78是金属丝切割机，79是超声波喇叭，80是支承臂，81是键合工具保持件，82是键合工具，300是超声波键合装置。

金属丝60从未图示的金属丝供给单元通过金属丝保持件76被供给到键合工具82。键合工具82在作为第一（1st）键合位置的半导体芯片55上移动。接着，操作金属丝夹77和键合工具82，将金属丝60的前端按压在半导体芯片55的表面电极57上。接着，在加压了的状态下从未图示的超声波振动单元产生的超声波振动经由超声波喇叭79传达到键合工具72。

由此，金属丝60被接合在半导体芯片55的表面电极57。接着，按照形成弧状的环形部的方式供给金属丝60，并且使键合工具72移动至作为第二（2nd）键合部的导电图案54b。进行与前述同样的键合操作，将金属丝60与导电图案54b接合。然后，用金属丝切割机78切断金属丝60。根据该一系列操作，半导体芯片55彼此以及与导电图案54b之间被金属丝60电连接。

作为半导体器件200的构造，对于导致高温操作时的故障的位置，不能根据模块的结构、使用材料一概地断定。

但是，着眼于导致在半导体芯片55的表面电极57上键合有金属丝60的构造的故障的位置时，起因于该金属丝60的情况不少。因此，提高半导体芯片55的表面电极与金属丝60的接合部60a的可靠性在提高半导体器件200的可靠性方面非常重要。

为了提高金属丝键合的接合部60a的可靠性，例如在专利文献1中，展示了对金属丝环形部进行变形加工的方法。还记载了根据该方法，降低功率循环、热循环试验时产生的应力以提高容量。

另外，在专利文献2中，展示了在第一个键合（bond）之前预先对金属丝前端部进行变形加工后的状态下进行键合的情况。还记载了根据该方法，能够实现提高接合部的接合面积、提高容量。

另外，在键合金属丝中为了使其具有耐腐蚀性，广泛使用添加有微量的Ni的Al金属丝作为材料，根据制造条件来控制组成、组织状态。

另外，在专利文献3中还记载了，将具有电极片（pad）的半导体元件与具有中继片（pad，垫）的基板接合，在电极片和中继片上通过进行超声波接合来接合金属丝。将该基板回流锡焊在散热板上，并且对电极片与金属丝的接合部实施热时效处理，以提高接合持久性。

另外，在专利文献4中还记载了，能够提供一种可靠性高的半导体器件，其通过使被键合在半导体元件上的电极片上的铝金属丝接合部的结晶颗粒的大小变得均一，能够通过抑制热应力引起的断裂的加剧来抑制热循环引起的金属丝接合部的劣化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-303845号公报

专利文献2：日本特开平11-330134号公报

专利文献3：日本特开2004-179484号公报

专利文献4：日本特开平7-135234号公报

发明内容

发明要解决的课题