CN108292612A - 半导体装置用接合线 - Google Patents

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山田隆
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Nippon Micrometal Corp
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Abstract

本发明的课题是提供实现球接合部的充分且稳定的接合强度，即使在低环时也不会发生颈损伤，倾斜特性良好，FAB形状良好的以Ag为主成分的半导体装置用接合线。为了解决所述课题，本发明涉及的半导体装置用接合线，其特征在于，含有总计为0.031原子％～0.180原子％的Be、B、P、Ca、Y、La、Ce中的一种以上，还含有总计为0.05原子％～5.00原子％的In、Ga、Cd中的一种以上，余量包含Ag和不可避免的杂质。由此，能够成为能充分地形成球部接合界面的金属间化合物层来确保球接合部的接合强度，并且即使在低环时也不会发生颈损伤，倾斜特性良好，FAB形状良好的半导体装置用接合线。

Description

半导体装置用接合线
技术领域
本发明涉及为了将半导体元件上的电极和外部引线(lead)等的电路布线板的布线连接而被利用的半导体装置用接合线。
背景技术
现在，作为将半导体元件上的电极与外部引线之间接合的半导体装置用接合线(以下有时称为接合线、或仅称为线。)，主要使用线径15～50μm左右的细线。接合线的接合方法一般为并用超声波的热压接方式，可使用通用接合装置、将接合线通到其内部来进行连接的毛细管工具等。接合线的接合工艺如下。首先，通过电弧热输入将线尖端加热熔融，利用表面张力形成球后，将该球部压接接合于在150℃～300℃的范围内加热了的半导体元件的电极上(以下称为球接合)。接着，形成环(环路：loop)之后，将线部压接接合于外部引线侧的电极(以下称为楔接合)。作为接合线的接合对象的半导体元件上的电极，大多使用在Si基板上形成了以Al为主体的合金膜的电极结构，作为外部引线侧的电极，大多使用施加了镀Ag层、镀Pd层的电极结构等。
对于接合线，要求优异的球形成性、球接合性、楔接合性、环形成性等。作为综合地满足这些要求性能的接合线的材料，主要使用了Au。但是，由于Au价格高，因此希望是材料费便宜的其它种类的金属。作为代替Au的低成本的线原材料，正在研究Cu(铜)。由于Cu与Au相比容易氧化，所以在专利文献1中，作为芯材和被覆层(外周部)的两层接合线，示出了将Cu用于芯材、且将Pd(钯)用于被覆层的例子。
Cu线或者Pd被覆Cu线，由于接合后的硬度高，所以需要硬度更低的材料。作为具有与Au同等以上的电导性、且硬度比Cu低、而且具有耐氧化性的元素，可列举出Ag(银)。
但是，使用了Ag的接合线(以下称为Ag接合线)，存在在高密度安装中接合可靠性、环的稳定性低的课题。接合可靠性评价是出于评价在实际的半导体器件的使用环境下的接合部寿命的目的而进行的。一般地，对于接合可靠性评价，采用高温放置试验、高温高湿试验。Ag接合线存在与使用了Au的接合线(以下称为Au接合线)相比高温高湿试验中的球接合部的寿命差的课题。在高密度安装中，由于进行小球接合，所以有助于接合的面积变小，因此确保接合部的寿命变得更加困难。
在专利文献2中公开了以Ag为主体的Ag－Au－Pd三元合金系接合线。该接合线在连续模拉丝前进行退火热处理，在连续模拉丝后进行调质热处理，在氮气氛中进行球接合。由此，即使在高温、高湿以及高压下的严苛的使用环境下使用，也能够维持与铝焊盘的连接可靠性。
高温高湿试验，一般采用在温度为121℃、相对湿度为100％的条件下进行的被称为PCT(Pressure Cooker Test：压力锅蒸煮试验)的试验。近年来，作为更严格的评价方法，大多采用在温度为130℃、相对湿度为85％的条件下进行的被称为HAST(HighlyAccelerated temperature and humidity Stress Test：高温高湿环境暴露试验)的试验。高密度安装用的半导体器件，需要在设想了工作环境的情况下的HAST中经过300小时以上后也正常地工作。Ag接合线在HAST中球接合部的寿命成为问题。Ag接合线，通过被暴露于高温高湿环境中，在球接合部发生剥离，丧失电连接而成为半导体器件的故障的原因。
在专利文献3中公开了一种半导体装置用接合线，其含有总计为0.05～5原子％的In、Ga、Cd中的一种以上，余量由Ag和不可避免的杂质构成。由此，能够改善高密度安装所要求的接合可靠性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本再公表WO2002－23618公报
专利文献2：日本特开2012－169374号公报
专利文献3：日本专利第5839763号公报
发明内容
相邻的接合线的间隔变窄的窄间距化正在发展。作为与之对应的对接合线的要求，需要细线化、高强度化、环控制、接合性的提高等。由于半导体安装的高密度化，环形状复杂化。作为环形状的分类，环高度、接合的线长度(跨度)成为指标。在最新的半导体中，在一个封装体内部使高环和低环、短跨度和长跨度等相反的环形成混装的情况正在增加。
在高密度安装中，为了应对窄间距化，大多形成比通常小的球来进行接合(小球接合)。接合线即使在小球接合的情况下也要求球接合部的充分且稳定的接合强度。另外，为了球接合，还要求在接合线尖端形成的FAB(Free Air Ball：无空气球)形状良好。
通过多针脚和窄间距化，在一个半导体装置内混装线长度、环高度不同的线连接。当形成环高度低的低环时，容易发生接合部的颈损伤。另外，当进行窄间距化时，有时发生球直立部的倾斜不良。所谓倾斜不良是球接合附近的线直立部倾倒而与相邻线的间隔接近的现象。需要改善低环特性、倾斜特性的线材料。
本发明的目的是提供以Ag为主成分的半导体装置用接合线，该接合线在确保高密度安装所要求的接合可靠性的同时，实现球接合部的充分且稳定的接合强度，即使在低环时也不会发生颈损伤，倾斜特性良好，FAB形状良好。
即，本发明的要旨如下。
(1)一种半导体装置用接合线，其特征在于，含有总计为0.031原子％～0.180原子％的Be、B、P、Ca、Y、La、Ce中的一种以上，还含有总计为0.05原子％～5.00原子％的In、Ga、Cd中的一种以上，余量包含Ag和不可避免的杂质。
(2)根据上述(1)所述的半导体装置用接合线，其特征在于，还含有总计为0.01原子％～5.00原子％的Ni、Cu、Rh、Pd、Pt、Au中的一种以上。
在此，Ni、Cu、Rh、Pd、Pt、Au代替所述Ag的一部分而含有。
(3)根据上述(1)或(2)所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在将In、Ga、Cd的原子数的总计相对于金属元素的原子数的总计之比记为第2元素原子比率时，在深度方向上距离线表面为0nm～1nm的区域(线表层部)中的第2元素原子比率是在深度方向上距离线表面为1nm～10nm的区域(线表层下部)中的第2元素原子比率的1.1倍以上。
(4)根据上述(1)～(3)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在将In、Ga、Cd的原子数的总计相对于金属元素的原子数的总计之比记为第2元素原子比率时，在深度方向上距离线表面为0～10nm的区域(线表面部)中的第2元素原子比率是在深度方向上距离线表面为20nm～30nm的区域(线内部)中的第2元素原子比率的2倍以上。
(5)根据上述(1)～4)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，与线轴垂直的截面中的平均结晶粒径为0.2μm～3.5μm。
(6)根据上述(1)～(5)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，测定所述接合线的包含线轴的与线轴平行的截面中的线轴向的晶体取向的结果是，相对于所述接合线的线轴向角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的存在比率以面积率计为30％以上且100％以下。
(7)根据(1)～(6)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，含有总计为2.00原子％以下的In、Ga、Cd中的一种以上。
本发明的半导体装置用的Ag接合线，通过含有总计为0.031原子％～0.180原子％的Be、B、P、Ca、Y、La、Ce中的一种以上，还含有总计为0.05原子％～5.00原子％的In、Ga、Cd中的一种以上，能够充分地形成球部接合界面处的金属间化合物层，来确保球接合部的接合强度。进而，能够成为即使在低环时也不会发生颈损伤，倾斜特性良好，FAB形状良好的半导体装置用接合线。
具体实施方式
本发明为一种半导体装置用接合线，其特征在于，含有总计为0.031原子％～0.180原子％的Be、B、P、Ca、Y、La、Ce中的一种以上(以下也称为“第1元素群”。)，还含有总计为0.05原子％～5.00原子％的In、Ga、Cd中的一种以上(以下也称为“第2元素群”。)，余量包含Ag和不可避免的杂质。再者，在本说明书中，成分的含量(％)只要没有特别说明就表示原子％。
《第1元素群(Be、B、P、Ca、Y、La、Ce)》
在将Ag接合线与Al电极进行球接合时，在铝电极与球部的接合界面(以下称为“球部接合界面”。)会生成Ag－Al金属间化合物。在本发明中，为了实现球接合部的充分且稳定的接合强度，需要在球部接合界面形成有稳定的金属间化合物层。但是，在使用以往的Ag接合线的情况下，球部接合界面的金属间化合物层的生成不充分。
在此可知，通过在接合线中含有总计为0.031原子％以上的Be、B、P、Ca、Y、La、Ce中的一种以上(第1元素群)，能够使球部接合界面处的金属间化合物的覆盖率超过90％。其结果，能够得到球接合部的充分且稳定的接合强度。通过在0.031原子％以上且0.180原子％以下的范围内含有第1元素群，在将接合线与Al电极进行球接合时，初期接合时的Ag与Al的亲合性提高，推定为促进了球部接合界面的Ag－Al金属间化合物生成。
在第1元素群的元素低于0.031原子％的情况下，不能充分地生成Ag－Al金属间化合物，不能得到充分的球接合强度。另一方面，当第1元素群的元素超过0.180原子％时，FAB形状恶化。
第1元素群的元素含量的下限优选为0.060原子％，进一步优选为0.090原子％。第1元素群的元素含量的上限优选为0.180原子％，进一步优选为0.170原子％。
当在半导体装置的线接合中进行环高度低的低环接合时，颈部容易发生损伤。其结果，有时拉曳强度(pull strength)下降。通过在0.031原子％以上且0.180原子％以下的范围内含有第1元素群的元素，即使在低环接合中也能够防止颈部的损伤，也能够稳定地进行低环接合。接合线的球部附近的热影响区(HAZ区)的晶体微细化，由此推定为低环接合中的颈部的损伤降低了。
另外，当使线接合窄间距化时，有时发生球直立部的倾斜不良。特别是由于Ag接合线的硬度低，所以容易发生倾斜不良。通过在0.031原子％以上且0.180原子％以下的范围内含有第1元素群的元素，即使在窄间距化了的情况下也能够防止倾斜不良的发生。通过在Ag接合线中含有第1元素群，线的断裂强度增大，由此推定为倾斜不良降低了。
进而，通过在0.031原子％以上且0.180原子％以下的范围内含有第1元素群的元素，也能够改善FAB形状，降低FAB的偏芯和异形FAB的发生比率。
《第2元素群(In、Ga、Cd)》
在将Ag接合线与Al电极进行球接合，并在温度为130℃、相对湿度为85％的条件下进行高温高湿试验(HAST试验)时，将直到球接合部的剪切强度变为初期剪切强度的1/3为止的时间作为球接合部寿命来评价。以往的不含In、Ga、Cd的Ag接合线，只能得到小于150小时的球接合部寿命。与此相对，本发明人发现：通过含有总计为0.05原子％以上的In、Ga、Cd中的一种以上(第2元素群)，能够在相同的HAST试验中得到300小时以上的球接合部寿命。
另一方面，当含有总计超过5.00原子％的第2元素群的元素时，在接合工序中的球接合时应力集中从而容易发生芯片损伤。因此，使In、Ga、Cd中的一种以上(第2元素群)为总计5.00原子％以下即可。
第2元素群的元素含量的下限优选为0.10原子％，进一步优选为0.50原子％。第2元素群的元素含量的上限优选为3.00原子％，进一步优选为2.00原子％。
《第3元素群(Ni、Cu、Rh、Pd、Pt、Au)》
本发明人进而发现：通过含有总计为0.01原子％～5.00原子％的Ni、Cu、Rh、Pd、Pt、Au中的一种以上(以下也称为“第3元素群”。)，能够进一步改善接合线的使用寿命。复合添加作为与In、Ga、Cd中的一种以上(第2元素群)的元素的结合力强的元素的第3元素群，这针对经时劣化是有效的。
以往的接合线，随着时间的经过在表面吸附硫原子，有时球形成性等性能下降。为了抑制接合线表面的硫原子吸附(即，使抗硫化性提高。)，使接合线表面的活性降低的方法是有效的。例如，将接合线表面的Ag原子用与Ag相比对硫的吸附能力低的元素置换即可。由于在本发明涉及的Ag接合线的表面存在In、Ga、Cd(第2元素群)，所以通过添加与这些元素的结合力强的元素，能够使抗硫化性更高效地提高。
即，本发明的Ag接合线，通过含有Ni、Cu、Rh、Pd、Pt、Au中的一种以上(第3元素群)，抗硫化性提高，能够改善接合线的使用寿命。在第3元素群元素的含量小于0.01原子％的情况下，不能期待上述的效果。在第3元素群元素的含量超过5.00原子％的情况下，通过电弧放电向线表面的热输入变得不稳定，变得不能得到圆球性高的球，因此不适于实用。优选第3元素群元素的含量为0.5原子％～3.00原子％，这样的话能够得到更高的效果。其原因是，能够更加抑制电弧放电的热输入的偏差。
对于接合线中所含的元素的含量分析，可利用ICP发射光谱分析装置等。在接合线的表面吸附着氧、碳等元素的情况下，可以在进行解析之前，采用溅射等从表面削去2nm的区域后测定含量。或者，也可以对线表面进行酸洗后测定含量。
《由线表面合金浓度梯度带来的楔接合性改善》
本发明的Ag接合线，优选：接合线表面部(在深度方向上距离接合线表面为0～10nm的区域)的In、Ga、Cd(第2元素群)的原子数的总计相对于该区域中的金属元素的原子数的总计之比、即接合线表面部的第2元素原子比率，是接合线内部(在深度方向上距离接合线表面为20nm～30nm的区域)的第2元素原子比率的2倍以上。由此，能够改善楔接合性。关于该第2元素原子比率的接合线表面部与内部的比率的上限并不特别限定，但即使是4倍也没有问题。即，第2元素原子比率定义为某个区域的In、Ga、Cd(第2元素群)的原子数的总计相对于金属元素的原子数的总计之比。
第2元素原子比率＝(In、Ga、Cd的原子数的总计)/(金属元素的原子数的总计)
从接合线表面朝向线的中心轴(线轴)的径向(以下称为深度方向。)的含量分析，能够使用俄歇电子能谱分析装置。首先，一边采用溅射等从接合线的表面削剥一边进行含量测定，取得深度方向的含量廓线。取得含量廓线的对象的元素只要为例如Ag和以第1～3元素群添加的元素即可。分为在深度方向上距离线表面为0～10nm的区域、为20～30nm的区域(以下称为深度0～10nm、深度20～30nm等。)，求出各区域中的各元素的平均浓度，并作为各区域中的各元素的浓度。
在楔接合中，为了使接合线变形来确保接合面积，接合线的表面部越软质，越容易确保接合面积，能得到越高的接合强度。因此，相对于接合线的内部，在接合线的表面部使比Ag软质的元素浓化的技术是有效的。在此，将接合线的内部定为距离线表面的深度为20nm～30nm的区域(线内部)，将接合线的表面部定为距离线表面的深度为0～10nm的区域(线表面部)，以下进行说明。
如果接合线表面部的第2元素原子比率是接合线内部的第2元素原子比率的2倍以上，则在楔接合部中能够得到高的接合强度。即，当将深度0～10nm的第2元素原子比率记为X0-10nm，将深度20～30nm的第2元素原子比率记为X20-30nm时，若X0-10nm/X20-30nm≥2成立，则在楔接合部能够得到高的接合强度。在X0-10nm/X20-30nm＜2的情况下，不能期待上述效果。
《接合线的制造方法》
对接合线的制造方法进行说明。接合线，是使用拉模连续地进行拉丝加工等。此时，反复进行200℃～500℃的中间热处理和拉丝加工，进行加工到达到最终线径为止。在此，通过进行次数为3次以上的200℃～500℃的中间热处理，能够使线表面部的第2元素原子比率相对于线内部的第2元素原子比率提高至其2倍以上。优选：关于中间热处理温度，第一次在200℃～330℃，第二次在250℃～400℃，第三次及以后在350℃～500℃的范围进行，这是更有效的。其原因是，通过上述的热处理，添加了的元素向接合线的表面扩散。
《通过线结晶粒径改善而带来的线抽送性的改善》
本发明的Ag接合线，进一步优选：与线轴垂直的截面中的平均结晶粒径为0.2μm～3.5μm。由此，能够改善线的抽送(放送)性。在此，所谓线轴是指经过接合线的截面中心且与长度方向平行的轴(也称为线中心轴。)。
使线截面露出的方法，例如可以利用机械研磨、离子蚀刻法等。求平均结晶粒径的方法，例如可以使用电子背散射衍射法(EBSD：Electron Backscattered Diffraction)。EBSD法能够通过求出相邻的测定点间的晶体取向差来判定晶界。关于晶界，将取向差为15度以上的晶界定义为大倾角晶界，将被大倾角晶界包围的区域作为1个晶粒。关于结晶粒径，是利用专用的解析软件(例如，TSLソリューションズ公司制OIM analysis等)算出晶粒的面积，由该面积算出将其假定为圆时的直径。
在将接合线接合时，将接合线从卷绕在被称为卷轴(spool)的圆柱状的卷绕具上的状态少量地抽出而使用。由于在进行抽送时在线轴向上对接合线施加张力，因此有接合线变形从而线径变细之恐。为了防止这样的现象，需要确保针对在与线轴垂直的方向上作用的剪切应力的强度。作为确保针对剪切应力的强度的方法，减小与线轴垂直的截面中的结晶粒径是有效的。
在本发明中，通过接合线的与线轴垂直的截面中的平均结晶粒径为0.2μm～3.5μm，能够得到高的抽送性能。当平均结晶粒径超过3.5μm时，由于拉伸应力而导致线局部地变形，因此不能得到上述的效果。当上述平均结晶粒径小于0.2μm时，由于接合线超过所需地硬质化，所以与毛细管的接触部的磨损变得严重，因而不适于实用。优选上述平均结晶粒径为0.4μm～3.0μm，如果这样的话，则能够得到更高的效果。进一步优选为0.5μm～2.5μm。
如前述那样，在使用拉模连续地进行拉丝加工等时，通过反复进行200℃～500℃的中间热处理和拉丝加工，来进行加工至达到最终线径为止。在此，通过将实施中间热处理的线径设为Ф50μm～Ф100μm以上，能够将与线轴垂直的方向的截面中的平均结晶粒径控制为0.2μm～3.5μm。这是利用能够控制再结晶时的晶粒生长的效果实现的。
《线轴向晶体取向和楔接合性改善》
在测定接合线的包含线轴的与线轴平行的截面(线中心截面)的晶体取向所得到的测定结果中，相对于接合线的线轴向角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的存在比率(以下称为＜100＞存在比率。)以面积率计优选为30％以上且100％以下。由此，能够进一步改善楔接合性。
关于楔接合性，通过在接合线的线中心截面中使＜100＞存在比率增加，能够促进接合部的变形，能得到高的接合强度。为了得到上述的效果，只要＜100＞存在比率占30％以上即可。当＜100＞存在比率小于30％时，接合部的变形变得不充分，在楔接合部不能得到高的接合强度。
作为使接合线的截面露出的方法，可以利用机械研磨、离子蚀刻法等。接合线的截面的晶体取向能够使用EBSD法来确定。＜100＞存在比率，可通过算出相对于使用了EBSD等的晶体取向的测定区域的面积，具有相对于接合线的线轴向角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的区域所占的面积的比率来求出。上述测定区域只要是在线中心截面、且线轴向长度为100μm即可。
在使用拉模连续地进行拉丝加工等时，通过反复进行中间热处理和拉丝加工，来进行加工至达到最终线径为止。在此，通过将拉丝时的送线速度设为200m/分～300m/分，将中间热处理的温度设为200℃～300℃，能够使＜100＞存在比率增加到30％以上。再者，本技术即使在进行多次中间热处理的情况下也是有效的。
《线表面合金浓度梯度和毛细管使用寿命改善》
由于抽送接合线时的摩擦，毛细管的内部发生磨损。对此，通过控制接合线的表面的组成，使接合线的表面的强度降低，能够降低毛细管与接合线间的摩擦力，能够改善毛细管的使用寿命。为了使线表面强度降低，只要增多线表面中的In、Ga、Cd中的至少一种元素的含量即可。
即，线表层部(距离接合线的表面的深度为0～1nm的区域)中的第2元素原子比率是线表层下部(距离接合线的表面的深度为1nm～10nm的区域)中的第2元素原子比率的1.1倍以上即可。由此，能够改善毛细管的使用寿命。关于该第2元素原子比率的接合线表层部与表层下部的比率的上限并不特别限定，但即使是2倍也没有问题。
也就是说，当将线表层部的第2元素原子比率记为X0-1nm，将线表层下部中的第2元素原子比率记为X1-10nm时，若X0-1nm/X1-10nm≥1.1，则能够得到优异的毛细管的使用寿命。在X0-1nm/X1-10nm＜1.1的情况下，不能期待上述效果。
拉丝加工后的线进行最终热处理，以使得最终断裂伸长率成为规定的值。在此，通过在最终热处理后，在350℃～500℃的温度下实施追加热处理0.2秒～0.5秒，能够使线表层部的第2元素原子比率相对于线表层下部的第2元素原子比率成为1.1倍以上。
实施例
以下，对实施例进行详细说明。成为原材料的Ag使用了纯度为99.9原子％以上且余量由不可避免的杂质构成的Ag。Be、B、P、Ca、Y、La、Ce、Ni、Cu、Rh、Pd、Pt、Au、In、Ga、Cd分别使用了纯度为99.9原子％以上且余量由不可避免的杂质构成的材料。
制造出具有表1－1、表1－2所示的成分组成的Ag接合线。用于接合线的Ag合金，通过以下过程来制造出：向加工成直径为Ф3mm～Ф6mm的圆柱形的碳坩埚中装填原料，使用高频炉，在真空中或者N2、Ar气体等惰性气氛中加热到1080℃～1600℃使其熔化。然后，进行炉冷或者空冷。
对所得到的Ag合金进行拉拔加工，加工到Ф0.9mm～Ф1.2mm后，使用拉模连续地进行拉丝加工等，由此制作出Ф300μm～Ф600μm的线。此时，在线表面吸附有氧、硫的情况下，利用盐酸等进行酸洗处理。然后，通过反复进行200℃～500℃的中间热处理和拉丝加工，加工到最终线径成为Ф15μm～Ф25μm为止。拉丝时使用市售的润滑液，拉丝时的送线速度设为20m/分～300m/分。在中间热处理时，在Ar气体气氛中使线连续地通过。中间热处理时的线输送速度设为20m/分～200m/分。
在此，通过变更200℃～500℃的中间热处理的次数，来调整了距离线表面的深度为0～10nm的区域中的第2元素原子比率相对于距离线表面的深度为20～30nm区域中的第2元素原子比率之比(X0-10nm/X20-30nm)。越增加中间热处理的次数，能够越提高X0-10nm/X20-30nm。作为优选的条件，关于中间热处理温度，在第一次为200℃～330℃，第二次为250℃～400℃，第三次及以后为350℃～500℃的范围进行。通过这些热处理，添加的元素向接合线的表面扩散。
另外，通过改变实施中间热处理的线径，来调整了线的平均结晶粒径。作为优选的条件，通过将实施中间热处理的线径设为Ф50μm～Ф100μm以上，而使与线轴垂直的方向的截面中的平均结晶粒径成为0.2μm～3.5μm。这是利用能够控制再结晶时的晶粒生长的效果而实现的。
进而，通过调整拉丝时的送线速度和中间热处理的温度，来调整了＜100＞存在比率。作为优选的条件，通过将拉丝时的送线速度设为200～300m/分，将中间热处理的温度设为200～300℃，从而使＜100＞存在比率增加到30％以上。再者，本技术即使在进行多次中间热处理的情况下也是有效的。
拉丝加工后的线实施了最终热处理，以使得最终断裂伸长率成为约9～15％。最终热处理采用与中间热处理同样的方法进行。最终热处理时的线输送速度与中间热处理同样地设为20m/分～200m/分。最终热处理温度设为200℃～600℃，热处理时间设为0.2秒～1.0秒。在此，关于实施例的一部分，通过在最终热处理后，在350℃～500℃的温度下实施追加热处理0.2秒～0.5秒，从而将距离线表面的深度为0～1nm(线表层部)的第2元素原子比率相对于深度为1～10nm(线表层下部)的第2元素原子比率(X0-1nm/X1-10nm)控制为1.1倍以上。
接合线中所含的元素的浓度分析，采用ICP发射光谱分析装置进行。在接合线的表面吸附有氧、碳等元素的情况下，在进行解析之前采用溅射等从表面削去2nm的区域后进行浓度测定。
从接合线表面起沿深度方向的浓度分析，采用俄歇电子能谱分析装置进行。首先，一边采用溅射等从接合线的表面削剥一边进行浓度测定，取得深度方向的浓度廓线。例如，取得浓度廓线的对象的元素只要为Ag和以第1～3元素群添加的元素即可。分为距离线表面的深度为0～1nm的区域(线表层部)、1nm～10nm的区域(线表层下部)、0～10nm的区域(线表面部)、20nm～30nm(线内部)的区域，来确定了各区域中的各元素的含量。在采用俄歇电子能谱分析装置评价包含线表面的区域(在该情况下，距离线表面的深度为0～10nm的区域和距离线表面的深度为20～30nm的区域)时，也分析在线表面附着的碳等非金属元素。因此，当将被分析的全部元素作为分母来计算合金元素含量时，实际上在线的表面附近是作为比线中含有的合金元素含量少的值来评价的。在此，在评价包含线表面的表面附近(以下称为表面附近。)的合金元素含量时，作为分母，使用仅被分析的金属元素的总计，非金属元素从分母中排除了。由此，能够无误差地评价线表面附近的合金元素含量。
另外，将线表面部中的相对于金属元素的总计原子数的、In、Ga、Cd的第2元素原子比率记为X0-10nm，将线内部的第2元素原子比率记为X20-30nm，将其比值X0-10nm/X20-30nm记为“表层组成比1”，示于表2－1、表2－2中。另外，将线表层部中的相对于金属元素的总计原子数的、选自In、Ga、Cd之中的至少1种元素的第2元素原子比率记为X0-1nm，将线表层下部中的第2元素原子比率记为X1-10nm，将其比值X0-1nm/X1-10nm记为“表层组成比2”，示于表2－1、表2－2中。
在与线轴垂直的方向的截面中的平均结晶粒径的评价中，使线截面露出的方法，通过机械研磨来进行。使用EBSD，求出相邻的测定点间的晶体取向差，取向差为15度以上的晶界定义为大倾角晶界，将被大倾角晶界包围的区域作为1个晶粒。关于结晶粒径，是利用专用的解析软件算出面积，由该面积算出将其假定为圆时的直径，示于表2－1、表2－2的“平均结晶粒径”栏中。
在与线轴平行的截面的晶体取向的评价中，作为使接合线的截面露出的方法，采用了机械研磨。接合线的截面的晶体取向使用EBSD法来评价。＜100＞存在比率，通过算出相对于使用了EBSD的晶体取向的测定区域的面积，具有相对于接合线的线轴向角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的区域所占的面积的比率来求出，并示于表2－1、表2－2的“晶体取向比”栏中。上述测定区域是在包含线轴的与线轴平行的截面，使长度方向为线轴向100μm以下，使宽度方向为线整体(与线直径大致相同的长度)。
用于进行球接合部的各种评价的样品，通过对于在一般的金属框上的Si基板上形成了厚度1.0μm的Al膜的电极，利用市售的焊线机进行球接合而制作出。球是一边以0.4L/min～0.6L/min的流量流通N2+5％H2气体一边形成，球径设为相对于线的线径为1.5倍～1.6倍的范围。
对进行了球接合时的球部接合界面(Al电极与球部的接合界面)的Ag－Al金属间化合物层的评价进行说明。形成于球部接合界面的金属间化合物层，由于层的厚度非常薄，所以如果是原样的话难以用显微镜观察。因此，在本发明采用的评价中，对于进行了球接合的样品，进行了180℃×4小时的热处理。通过该热处理，对于球部接合界面之中的、形成有金属间化合物层的部分，该金属间化合物进一步生长，变得能够用光学显微镜进行评价。另一方面，对于球部接合界面之中的、在接合时未形成金属间化合物层的部分，即使进行热处理也不会新形成金属间化合物。因此，即使进行180℃×4小时的热处理，金属间化合物层的范围也不会变化，且变得更容易观察，因此能够可靠地进行评价。对于评价，在进行了热处理后，将接合线和球部进行酸溶解，使球部接合界面露出，用光学显微镜观察露出的球部接合界面的Ag－Al金属间化合物，通过图像解析来求出金属间化合物形成面积率。在此，金属间化合物形成面积率是指金属间化合物层的面积相对于球部接合界面的总面积所占的比率(％)。如果金属间化合物形成面积率为80％以下，则为×(不可)，如果超过80％且为90％以下，则为△(可)，如果超过90％且为95％以下，则为○(良)，如果超过95％，则为◎(优)。○和◎为合格。将结果示于表2－1、表2－2的“金属间化合物层形成性”栏中。
对于低环特性，对评价用的引线框，以环长度1mm、环高度60μm接合了100根。接着，使用SEM(扫描型电子显微镜)评价了球接合部有无颈损伤。在球接合部的颈部分产生裂纹、或颈部分发生变形从而线变细的情况下，判为有颈损伤。如果100根之中有颈损伤的为3根以上，则判为×(不可)，如果为2根则判为△(可)，如果为1根则设为○(良)，如果为0根则判为◎(优)。○和◎为合格。将结果示于表2－1、表2－2的“低环特性”栏中。
对于倾斜评价，对评价用的引线框，以环长度5mm、环高度0.5mm接合了100根。作为评价方法，从芯片水平方向观察线直立部，用通过球接合部的中心的垂线与线直立部的间隔最大时的间隔(倾斜间隔)进行了评价。在倾斜间隔小于线径的情况下，在倾斜方面判断为良好，在倾斜间隔大于线径的情况下，由于直立部倾斜，因此在倾斜方面判断为不良。利用光学显微镜观察了100根进行了接合的线，计数倾斜不良的根数。将不良为0根判为◎(优)，将不良为1～3根判为○(良)，将不良为4～5根判为△(可)，将不良为6根以上判为×(不可)。○和◎为合格。将结果示于表2－1、表2－2的“倾斜特性”栏中。
对于FAB形状，使用市售的焊线机在接合线上形成球接合用的球(FAB)，在该状态下使用SEM观察FAB形状。形成合计100个FAB而进行了评价。将圆球状的球判为良好，将偏芯、异形的球判为不良。将不良为0个判为◎(优)，将不良为1～5个判为○(良)，将不良为6～10个判为△(可)，将不良为11个以上判为×(不可)。○和◎为合格。将结果示于表2－1、表2－2的“FAB形状”栏中。
接合可靠性评价用的样品，在进行上述球接合后，利用市售的环氧树脂进行密封而制作出。高温高湿环境下的接合可靠性，使用不饱和型压力锅蒸煮试验机，根据暴露于温度130℃、相对湿度85％的高温高湿环境中时的球接合部的接合寿命来判定。球接合部的接合寿命设为：每100小时就实施球接合部的剪切试验，剪切强度的值变为初始所得到的剪切强度的1/3的时间。高温高湿试验后的剪切试验，是通过酸处理来除去树脂从而使球接合部露出后进行的。剪切试验机使用了DAGE公司制的微小强度试验机。剪切强度的值采用了随机选择的球接合部的10处的测定值的平均值。在上述的评价中，接合寿命如果小于300小时则判断为在实用上有问题而标记为×(不可)，如果为300小时以上且小于500小时则判断为在实用上没有问题而标记为△(可)，如果为500小时以上则判断为特别优异而标记为○(良)，如果为1000小时以上则标记为◎(优)。将结果示于表2－1、表2－2的“HAST”栏中。
芯片损伤性能的评价，是对于进行上述球接合的样品，通过用光学显微镜观察球接合部正下方的Si基板而进行的。在Si基板上看到裂纹的情况下判定为不良。观察100处，如果不良为1处以上则判断为在实用上有问题而标记为×(不可)，如果完全没有发生不良则判断为特别优异而标记为○(良)。将结果示于表2－1、表2－2的“芯片损伤”栏中。
接合线的使用寿命的评价，是将接合线在大气气氛中放置了一定期间后进行接合，关于是否能够形成良好的球，在球接合部和楔接合部是否能够得到良好的接合状态进行了评价。关于球形成的判定，用光学显微镜观察100个球，如果圆球性低的球、在表面有凹凸的球为5个以上，则判定为不良。关于球的形成条件，使用N2+5％H2气体，气体流量设为0.4～0.6L/min，球的直径设为线的线径的1.5～1.6倍的范围。在球接合部和楔接合部是否得到了良好的接合状态的判定，使用市售的焊线机连续地进行1000次的接合来进行判定。用光学显微镜观察球接合部、楔接合部，3根以上发生了剥离等不良的情况判定为不良。放置期间小于12个月而发生了上述任一不良的情况判断为在实用上有问题而标记为×(不可)，在放置期间经过了12个月后且小于18个月的期间发生了不良的情况判断为在实用上没有问题而标记为△(可)，在放置期间经过18个月后且小于24个月的期间发生了不良的情况判断为优异而标记为○(良)，如果放置期间经过24个月后也完全没有发生不良则判断为特别优异而标记为◎(优)。将结果示于表2－1、表2－2的“使用寿命”栏中。
楔接合性的评价，是通过使用实施了镀Ag的一般的金属框，利用市售的焊线机进行楔接合，并观察楔接合部来进行的。接合条件使用了一般所采用的接合条件。用光学显微镜观察50根楔接合部，在接合部如果接合线的剥离为5个以上则判断为在实用上有问题而标记为×(不可)，如果剥离为3～4个则判断为在实用上没有问题而标记为△(可)，如果剥离为1～2个则判断为优异而标记为○(良)，如果完全没有发生不良则判断为特别优异而标记为◎(优)。将结果示于表2－1、表2－2的“楔接合性”栏中。
接合线的抽送(放送)性能的评价，是通过以一般的接合条件进行接合后，用扫描型显微镜观察环部分的接合线，并测定直径，求出相对于接合前的接合线的直径的减少率来进行的。如果减少率为80％以下，则判定为不良。观察30根接合线，如果不良为5根以上则判断为在实用上有问题而标记为×(不可)，如果不良为3～4根则判断为在实用上没有问题而标记为△(可)，如果不良为1～2根则判断为优异而标记为○(良)，如果完全没有发生不良则判断为特别优异而标记为◎(优)。将结果示于表2－1、表2－2的“线抽送性能”栏中。
毛细管的使用寿命，是在使用前后观察毛细管的顶端的孔，根据毛细管的顶端的孔的磨损量来进行了评价。接合条件设为一般的条件，观察将接合线接合3000次后的毛细管，即使在实用上没有问题也确认到磨损的情况标记为△(可)，如果没有磨损则标记为○(良)，进而观察接合10000次后的毛细管，如果没有磨损则判断为优异而标记为◎(优)。将结果示于表2－1、表2－2的“毛细管使用寿命”栏中。
表1－1、表1－2、表2－1、表2－2的本发明例No.1～46为本发明例。本发明例No.1～46，不论哪个品质指标都能够得到良好的结果。
表1－2、表2－2的比较例No.101～117为比较例。另外，在比较例中，对于评价栏为空栏的部分，没有进行评价。比较例No.101～103，不含第1元素群，比较例No.111～113，第1元素群的含量脱离本发明的下限，比较例No.114～117，第1元素群的含量脱离本发明的上限，金属间化合物层形成性、低环特性、倾斜特性、FAB形状均不良。
比较例No.104～107，第2元素群的含量脱离本发明的下限，HAST成绩不良。比较例No.108～110，第2元素群的含量脱离本发明的上限，在芯片损伤方面为不良。
产业上的可利用性
本发明能够用于半导体装置。即，本发明涉及的接合线能够用于对半导体元件上的电极和外部引线等的电路布线板的布线进行连接。

Claims (7)

1.一种半导体装置用接合线，其特征在于，含有总计为0.031原子％～0.180原子％的Be、B、P、Ca、Y、La、Ce中的一种以上，还含有总计为0.05原子％～5.00原子％的In、Ga、Cd中的一种以上，余量包含Ag和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的半导体装置用接合线，其特征在于，还含有总计为0.01原子％～5.00原子％的Ni、Cu、Rh、Pd、Pt、Au中的一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在将In、Ga、Cd的原子数的总计相对于金属元素的原子数的总计之比记为第2元素原子比率时，在深度方向上距离线表面为0nm～1nm的区域中的第2元素原子比率是在深度方向上距离线表面为1nm～10nm的区域中的第2元素原子比率的1.1倍以上。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在将In、Ga、Cd的原子数的总计相对于金属元素的原子数的总计之比记为第2元素原子比率时，在深度方向上距离线表面为0～10nm的区域中的第2元素原子比率是在深度方向上距离线表面为20nm～30nm的区域中的第2元素原子比率的2倍以上。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，与线轴垂直的截面中的平均结晶粒径为0.2μm～3.5μm。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，测定所述接合线的包含线轴的与线轴平行的截面中的线轴向的晶体取向的结果是，相对于所述接合线的线轴向角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的存在比率以面积率计为30％以上且100％以下。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，含有总计为2.00原子％以下的In、Ga、Cd中的一种以上。
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