CN112750550B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了耐热冲击性优异的半导体装置。本发明的半导体装置(P)是具备连接第一电极(10)与第二电极(11)的接合线(W)的半导体装置，接合线(W)由纯度在99.999质量％以上的铜构成，二次接合部(14)中的铜结晶的平均粒径(R2)相对于线主体部(16)中的铜结晶的平均粒径(R1)的比率(R2/R1)在0.8以上。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置。
背景技术
作为连接设置于半导体元件的第一电极、与设置于引线框或者印刷电路基板等电路布线基板的第二电极的方法已知有球焊法。
该方法首先通过放电加热等在接合线W的前端形成金球(FAB：Free Air Ball，无空气焊球)。然后，进行对形成的FAB施加负荷或者超声波振荡并压焊至一方的电极(例如，设置于半导体元件1的第一电极10)的一次接合。通过一次接合在电极10形成一次接合部12(参照图1)。
其后，进行对接合线W的外周面施加负荷或者超声波振荡将其压焊至另一方的电极(例如，设置于基板2的第二电极11)的二次接合。通过二次接合，在第二电极11形成二次接合部14。由此，通过接合线W将第一电极10与第二电极11连接。
然后，在通过接合线W将第一电极10与第二电极11连接之后，利用树脂3与利用接合线W连接的电极10、11一起密封半导体元件1，得到图1所示那样的半导体装置P。
然而，球焊法所使用的接合线非常细。因此，使用导电性良好，加工性优异的金属材料。特别是，由于化学的稳定性、在大气中的操作容易度，而以往使用金(Au)制的金接合线。但是，金接合线的重量的99％以上为金所以非常高价。因此，提出与金相比廉价的铜(Cu)制的铜接合线。
在下述专利文献1以及2提出了为了提高接合强度，或者在球焊时抑制半导体元件的损伤，而使用由高纯度的铜构成的铜接合线。
专利文献1：日本特开昭61－251062号公报
专利文献2：日本特开昭62－89348号公报
近年，在半导体装置中，对更苛刻的热环境中的使用的要求较高。随之，要求对周围温度的变化的耐性(耐热冲击性)。但是，在上述专利文献1以及2那样的铜接合线中，有不能够充分地满足对耐热冲击性的要求的情况。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供耐热冲击性优异的以高纯度的铜为主成分的接合线以及半导体装置。
本发明者经过深入研究的结果发现了由于周围温度的变化而容易从铜接合线的二次接合部断裂。而且，本发明者发现了该断裂起因于在二次接合时受到负荷或者超声波振荡等加工的二次接合部与不受到加工的部分的结晶组织的差异。
换句话说，二次接合部由于在二次接合时受到较大的加工而成为纤维状的金属组织(加工组织)，与具有粒径较大的金属组织(再结晶组织)的未受到加工的部分相比金属组织容易不同。
在半导体装置中，若周围温度变化，则由于设置了第二电极的引线框与密封树脂的热膨胀率之差而对接合线W施加负荷。此时，在存在上述那样的纤维状的加工组织与粒径较大的再结晶组织的边界的情况下(换句话说，在受到较大的加工的二次接合部与在其附近未受到加工的部分的铜结晶的粒径之差较大的情况下)，施加给接合线W的负荷集中于该边界部分而使接合线W断裂。本发明者发现了通过较小地抑制二次接合部及其附近的铜结晶的粒径之差来提高耐热冲击性，使本发明完成。
本发明的接合线由纯度在99.999质量％以上的铜构成，磷、硫以及铁的含量的合计小于0.05质量ppm，磷、硫、铁以及银的含量的合计小于0.30质量ppm。
在上述本发明的接合线中，优选地，磷、硫以及铁的含量的合计小于0.03质量ppm，磷、硫、铁以及银的含量的合计小于0.25质量ppm。
其它的本发明涉及的半导体装置是具备具有第一电极的半导体元件、具有第二电极的基板、以及连接上述第一电极与上述第二电极的接合线的半导体装置，上述接合线由纯度在99.999质量％以上的铜构成，具备在上述第一电极以及上述第二电极的任一方压焊金球而形成的一次接合部、在另一方压焊上述接合线的外周面而形成的二次接合部、以及设置在上述一次接合部与上述二次接合部之间的线主体部，上述二次接合部中的铜结晶的平均粒径R2相对于上述线主体部中的铜结晶的平均粒径R1的比率R2/R1在0.8以上。
在上述本发明的半导体装置中，优地，上述接合线的磷、硫以及铁的含量的合计小于0.05质量ppm，磷、硫、铁以及银的含量的合计小于0.30质量ppm。
在本发明中，能够得到耐热冲击性优异的接合线以及半导体装置。
附图说明
图1是放大示出本发明的一实施方式的半导体装置中的接合线的图。
图2是表示图1的半导体装置的二次接合部的形成工序的剖视图。
图3是表示图1的半导体装置的二次接合部的形成工序的剖视图。
图4是放大示出图1的半导体装置的二次接合部附近的俯视图。
图5的(a)是使用实施例1的接合线的半导体装置的二次接合部附近的剖面SEM照片，图5(b)是图5的(a)的主要部分放大图。
图6的(a)是使用比较例1的接合线的半导体装置的二次接合部附近的剖面SEM照片，图6的(b)是图6的(a)的主要部分放大图。
附图标记说明
P…半导体装置；1…半导体元件；2…电路布线基板；3…树脂；10…第一电极；11…第二电极；12…一次接合部；14…二次接合部；16…线主体部；16a…低加工部；16b…线部；20…毛细管；22…前端面；24…孔；26…外半径部。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一实施方式的半导体装置P进行说明。
(1)半导体装置P
图1所例示的本实施方式的半导体装置P例如如功率IC、LSI、晶体管、BGA(BallGrid Array package：球栅阵列封装)、QFN(Quad Flat Nonlead package：方形扁平无铅封装)、LED(发光二极管)等那样，通过使用了接合线W的球焊法连接半导体元件1的第一电极10与电路布线基板(引线框、陶瓷基板、印刷电路基板等)2的第二电极11的装置。此外，作为优选的方式，半导体装置P利用树脂3与利用接合线W连接的第一电极10以及第二电极11一起密封半导体元件1。
接合线W由纯度在99.999质量％以上的铜构成。接合线W具备形成在半导体元件1的第一电极10和电路布线基板2的第二电极11的任意一方的电极(例如，第一电极10)的一次接合部12、形成在另一方的电极(例如，第二电极11)的二次接合部14、以及设置在一次接合部12与二次接合部14之间的线主体部16。
通过将形成在接合线W的前端的FAB压焊至第一电极10的一次接合来形成一次接合部12。通过压焊接合线W的外周面的二次接合来形成二次接合部14。
更具体而言，通过放电加热等在插入毛细管20(参照图2、图3)的接合线W的前端形成FAB。然后，毛细管20在保持FAB的状态下朝向半导体元件1的第一电极10移动，使FAB与第一电极10接触。若FAB与第一电极10接触则毛细管20给予FAB热量、负荷或者超声波振荡并将FAB压焊于第一电极10。由此，形成与第一电极10紧贴的一次接合部12。
若在第一电极10上形成一次接合部12，则毛细管20上升到恒定高度而远离第一电极10之后，向电路布线基板2的第二电极11的上方位置移动。此时，也可以根据需要使其进行特殊的移动并进行给予线W“折痕”的动作。
然后，移动到第二电极11的上方位置的毛细管20朝向第二电极11下降，并将接合线W的外周面推压至第二电极11(参照图2)。此时，毛细管20给予接合线W的外周面热量、负荷或者超声波振荡并将接合线W的外周面压焊于第二电极11。
然后，若二次接合部14与第二电极11紧贴固定，则如图3所示，毛细管20上升，在毛细管20的下方留下被称为尾部的恒定长度的线W，并在二次接合部14的前端切断接合线W。由此，形成与第二电极11紧贴的二次接合部14(参照图4)。
二次接合部14通常是在如图2所示毛细管20将接合线W推压至第二电极11时，被形成在毛细管20的前端的前端面22与第二电极11夹着的部分。
此外，毛细管20的前端面22是形成在设置在毛细管20的前端的插入接合线W的孔24与具有规定的曲率半径的外半径部26之间的平滑的面，在二次接合时给予接合线W较大的加工。
线主体部16是接合线W中设置在一次接合部12与二次接合部14之间的部分。线主体部16具备设置在二次接合部14侧的端部的低加工部16a、和设置在低加工部16a与一次接合部12之间的线部16b。低加工部16a是被毛细管20的外半径部26和第二电极11夹着的部分以及由于外半径部26的推压而变形的部分，且是受到比二次接合部14低的加工的部分。线部16b是未被毛细管20向接合线W的径向压坏的线状的部分。
然后，在形成二次接合部14并通过接合线W将第一电极10与第二电极11连接之后，与半导体元件1一起通过环氧树脂等树脂3密封第一电极10、第二电极11以及接合线W，得到图1所示那样的半导体装置P。
此外，在上述那样的半导体装置P的制造中，也可以在形成二次接合部14之后，将二次接合部14暴露于高温气氛中，进行加热二次接合部14的再结晶工序。
在得到的半导体装置P中，线主体部16中的铜结晶的平均粒径R1与二次接合部14中的铜结晶的平均粒径R2的比率ρ(＝R2/R1)在0.8以上。这里，如图5的(a)以及(b)所例示的那样，本说明书中的平均粒径通过利用扫描式电子显微镜(SEM)观察来测定接合线W的二次接合部14附近的剖面。详细而言，在该显微镜的图像数据上的测定对象的范围绘制任意的正交的两条直线X以及直线Y。然后，测定一方的直线X的长度LX、另一方的直线Y的长度LY、位于一方的直线X上的结晶粒的个数NX、以及位于另一方的直线Y上的结晶粒的个数NY。然后，将一方的直线X的长度LX除以结晶粒的个数NX而得的值(LX/NX)、和将另一方的直线Y的长度LY除以结晶粒的个数NY而得的值(LY/NY)的平均值((LX/NX+LY/NY)/2)作为平均粒径。
(2)接合线W
上述的接合线W由纯度99.999质量％以上的铜构成，也可以含有各种元素作为杂质。例如，也可以含有磷(P)、硫(S)、铁(Fe)、银(Ag)、镍(Ni)、铬(Cr)、锰(Mn)、镁(Mg)、钙(Ca)、钠(Na)、铝(Al)、硅(Si)、锑(Sb)、砷(As)以及铋(Bi)等作为杂质。但是，磷、硫、铁以及银对耐热冲击性的影响较大，所以含量被控制。
具体而言，通过将磷、硫以及铁的含量的合计抑制为小于0.05质量ppm，即使受到负荷、超声波振荡等加工也不容易变化为纤维状的金属组织。通过将磷、硫以及铁的含量的合计抑制为小于0.03质量ppm，从而其作用更显著。
另外，通过将磷、硫、铁以及银的含量的合计抑制为小于0.3ppm，从而在比较低温(例如，200～300℃)的温度气氛中，金属组织容易再结晶或者晶粒生长。因此，通过将受到加工变化为纤维状的金属组织暴露于比较低温的加热气氛中而能够增大铜结晶的粒径。通过将磷、硫、铁以及银的含量的合计抑制为小于0.25ppm，从而其作用更显著。
由此，优选本实施方式的接合线W由磷、硫以及铁的含量的合计小于0.05质量ppm，磷、硫、铁以及银的含量的合计小于0.30质量ppm的纯度在99.999质量％以上的铜构成。更优选使磷、硫以及铁的含量的合计小于0.03质量ppm，使磷、硫、铁以及银的含量的合计小于0.25ppm。
此外，铜、磷、硫、铁、银、其它的物质的含量是通过辉光放电质谱法(GlowDischarge Mass Spectrometry，GDMS)测定出的含量。
(3)接合线W的制造方法
接下来，对第一电极10与第二电极11的连接所使用的接合线W的制造方法的一个例子进行说明。
首先，制成基于辉光放电质谱法的磷、硫以及铁的含量的合计小于0.05质量ppm，磷、硫、铁以及银的含量的合计小于0.30质量ppm的纯度在99.999质量％以上的高纯度铜。
接下来，将高纯度铜放入碳坩埚内，在真空熔解连续铸造炉中在真空度1×10－4Pa以下进行高频熔解，并在熔液温度1150℃以上，保持时间10分以上充分地进行脱气。其后，在非活性气体中返回至大气压，通过续铸造铸造直径
Figure GDA0003746889320000061
的无氧铜铸造线材。将得到的无氧铜铸造线材缩径至达到规定的直径。也可以根据需要在拉丝加工的中途进行软化热处理。
然后，在进行拉丝加工至规定的直径之后，根据需要在混合气体(含有氢5％、氮气95％的气体)气氛下进行连续退火，得到接合线。
此外，根据用途使最终的接合线W的直径为各种大小即可。例如，能够使接合线W的直径在5μm以上150μm以下。
(4)效果
在上述的本实施方式的半导体装置P中，二次接合部14中的铜结晶的平均粒径R2相对于接合线W的线主体部16中的铜结晶的平均粒径R1的比率ρ在0.8以上，在受到较大的加工的二次接合部14、和由不受到加工的部分以及受到较低的加工的部分构成的线主体部16中铜结晶的粒径之差较小。因此，即使由于周围温度的变化而对接合线W施加负荷，也能够将该负荷分散到线的较宽的范围能够防止断裂，而能够使耐热冲击性良好。
另外，在上述的本实施方式的接合线W中，如上述那样控制磷、硫以及铁的含量，所以在球焊法的二次接合时二次接合部14即使受到较大的加工而金属组织也不容易变化为纤维状。因此，在受到较大的加工的二次接合部14、和由不受到加工的部分以及受到较低的加工的部分构成的线主体部16之间能够减小铜结晶的粒径之差。由此，在本实施方式的接合线W中，即使由于周围温度的变化而对接合线W施加负荷，也能够将该负荷分散到线的较宽的范围且能够防止断裂。
另外，在本实施方式的接合线W中，如上述那样控制磷、硫、铁以及银的含量，所以能够在比较低温的加热气氛中使铜结晶再结晶或者晶粒生长。因此，能够在二次接合结束后通过不会对半导体元件等造成负面影响的比较低温的热处理使二次接合部14的金属组织再结晶或者晶粒生长。由此，二次接合部14与线主体部16的边界附近的铜结晶的粒径之差变小，即使由于周围温度的变化而接合线W受到负荷也不容易断裂。
特别是，在通过树脂3密封利用接合线W连接的第一电极10以及第二电极11的情况下，本实施方式的接合线W能够在比较低温的加热气氛中使金属组织再结晶或者晶粒生长，所以能够通过在密封时施加给二次接合部14的热量，使二次接合部14的铜结晶再结晶或者晶粒生长。换句话说，在本实施方式的接合线W中，能够一次进行基于树脂3的半导体元件1的密封工序和加热二次接合部14的再结晶工序。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的实施方式，并不对发明的范围进行限定。这些实施方式能够以其它的各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、主旨，同样地包含于本发明的保护范围所记载的发明及其同等的范围。
【实施例】
以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于这些实施例。
使用下述表1所示那样的磷、硫以及铁的含量的合计、和磷、硫、铁以及银的含量的合计如下述表1所示那样进行控制的高纯度(纯度99.9999质量％以上以及纯度99.99质量％以上)的铜原料，通过与上述(3)相同的方法使直径30μm的接合线成形。其后，在含有5％氢以及含有95％氮气的混合气体气氛下进行连续退火，得到实施例1～12以及比较例1～10的接合线。
使用得到的实施例1～12以及比较例1～10的各接合线，将镀银的铜合金引线框与硅芯片的铝电极之间引线接合。此外，使用将工作台温度设定为200℃的焊线机(K&S社制，IConn)进行引线接合。另外，引线框在引线接合之前在氩气·氮气气氛下进行等离子体清洗，使表面清洁。
然后，在引线接合之后，使用环氧树脂(Sumitomo Bakelite制半导体密封用环氧树脂成形材料“Sumitomo(注册商标)EME”)，在模压金属模具温度175℃，注入压力6.8MPa，注入时间20秒的条件下对硅芯片以及引线框进行树脂密封。其后，在金属模具内进行120秒固化，之后进一步在175℃烤炉中固化六个小时，得到使用了实施例1～12以及比较例1～10的各接合线的半导体装置。
对得到的半导体装置评价(a)热循环试验、(b)线主体部中的铜结晶的平均粒径与二次接合部中的铜结晶的平均粒径的比率ρ。热循环试验、铜结晶的平均粒径的比率ρ的评价方法如以下那样。
(a)热循环试验
使用出售的热循环试验装置对进行了树脂密封的半导体装置进行评价。温度履历是在－60℃保持三十分钟之后，升温到150℃并在该温度下保持三十分钟。将其作为一个周期，每当一个周期结束则进行是否没有接合线W的断裂的电测定，并测量断裂时的周期数。
评价方法是将即使进行上述热处理3000周期也未引起接合线W的断裂的情况设为“A”，将在1000周期以上且小于3000周期引起了断裂的情况设为“B”，将小于1000周期引起断裂的情况设为“D”。
(b)铜结晶的平均粒径之比率ρ
对得到的半导体装置，在二次接合部附近沿着长边方向(线延伸的方向)切断接合线，并利用扫描式电子显微镜观察其切剖面。
在该显微镜的图像数据上的线主体部描绘任意的正交的两条直线X1以及直线Y1，测定直线X的长度LX1、直线Y1的长度LY1、位于直线X1上的结晶粒的个数NX1、以及位于直线Y1上的结晶粒的个数NY1，根据它们的测定结果计算平均值((LX1/NX1+LY1/NY1)/2)，并将该平均值作为线主体部中的铜结晶的平均粒径R1。
另外，对于二次接合部也与线主体部相同，在该显微镜的图像数据上的二次接合部描绘任意的正交的两条直线X2以及直线Y2，测定直线X2的长度LX2、直线Y2的长度LY2、位于直线X2上的结晶粒的个数NX2、以及位于直线Y2上的结晶粒的个数NY2，根据它们的测定结果计算平均值((LX2/NX2+LY2/NY2)/2)，并将该平均值作为二次接合部中的铜结晶的平均粒径R2。然后，将平均粒径R2除以平均粒径R1来计算比率ρ。
评价方法是将比率ρ在0.9以上的情况设为“A”，将在0.9以上且小于0.8的情况设为“B”，并将小于0.8的情况设为“D”。
【表1】
【表1】
Figure GDA0003746889320000101
结果如表1所示，可知在使用了实施例1～12的接合线的半导体装置中，热循环试验的评价为“A”或者“B”，铜结晶的平均粒径的评价为“A”或者“B”，耐热冲击性优异。
另外，如图5的(a)以及(b)所示，观察到在实施例1中，由于毛细管20而受到较大的加工的二次接合部14的铜结晶的平均粒径R2在二次接合部14的厚度的30％以上，在二次接合部14存在较大的铜结晶。此外，二次接合部的厚度是指二次接合部整体的厚度的平均值。在其它的实施例2～12中也与实施例1相同，观察到二次接合部14的铜结晶在二次接合部14的厚度的30％以上，在二次接合部14存在较大的铜结晶。
特别是，可知在使用了磷、硫以及铁的含量的合计小于0.03质量ppm，磷、硫、铁以及银的含量的合计小于0.25质量ppm的实施例1、3、4、7、11以及12的接合线的半导体装置中，热循环试验为“A”，铜结晶的平均粒径的比率ρ在0.9以上，耐热冲击性更优异。
另一方面，在比较例1～10中热循环试验均为“D”，铜结晶的平均粒径的比率ρ均小于0.8，与实施例1～12的接合线相比耐热冲击性较差。
另外，如图6的(a)以及(b)所示，观察到在比较例1中，二次接合部14的铜结晶的平均粒径R2小于二次接合部14的厚度的30％，在二次接合部14存在粒径较小的纤维状的铜结晶。在其它的比较例2～10中也与比较例1相同，观察到二次接合部14的铜结晶小于二次接合部14的厚度的30％，在二次接合部14存在粒径较小的纤维状的铜结晶。

Claims (2)

1.一种半导体装置，该半导体装置具备：半导体元件，具有第一电极；基板，具有第二电极；以及接合线，连接上述第一电极与上述第二电极，其中，
上述接合线由纯度在99.999质量％以上的铜构成，具备：一次接合部，在上述第一电极及上述第二电极中的任一方压焊金球而成；二次接合部，粘合于上述第一电极以及上述第二电极中的另一方；以及线主体部，被设置在上述一次接合部与上述二次接合部之间，
上述二次接合部中的铜结晶的平均粒径R2相对于上述线主体部中的铜结晶的平均粒径R1的比率R2/R1在0.8以上。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
上述接合线的磷、硫以及铁的含量的合计小于0.05质量ppm，磷、硫、铁以及银的含量的合计小于0.30质量ppm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0713273B2 (ja) * 1985-10-30 1995-02-15 タツタ電線株式会社 半導体素子用ボンディング線およびその製造方法
JPS63235440A (ja) * 1987-03-23 1988-09-30 Furukawa Electric Co Ltd:The 銅細線及びその製造方法
JP2623143B2 (ja) * 1989-10-18 1997-06-25 同和鉱業株式会社 粗大結晶粒からなる高純度銅線の製造法
JPH04218932A (ja) * 1990-12-19 1992-08-10 Mitsubishi Materials Corp 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置
JPH04323835A (ja) * 1991-04-23 1992-11-13 Hitachi Cable Ltd 銅ボンディングワイヤの製造方法
JP3609530B2 (ja) * 1996-04-17 2005-01-12 株式会社東芝 ボンディング方法およびボンディング装置
US6444489B1 (en) * 2000-12-15 2002-09-03 Charles W. C. Lin Semiconductor chip assembly with bumped molded substrate
EP2845915A1 (en) 2005-06-15 2015-03-11 JX Nippon Mining & Metals Corporation Ultrahigh-purity copper bonding wire
JP4224086B2 (ja) * 2006-07-06 2009-02-12 三井金属鉱業株式会社 耐折性に優れた配線基板および半導体装置
JP5214282B2 (ja) * 2008-03-07 2013-06-19 株式会社神戸製鋼所 ダイシング加工性に優れるｑｆｎパッケージ用銅合金板
MY156085A (en) * 2009-09-08 2016-01-15 Sumitomo Bakelite Co Semiconductor device
JP6231277B2 (ja) * 2011-01-28 2017-11-15 住友ベークライト株式会社 封止用エポキシ樹脂組成物及び電子部品装置
CN105308731B (zh) * 2013-06-20 2019-04-30 住友电木株式会社 半导体装置

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