CN117546279A - 半导体装置用接合线 - Google Patents

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山田隆
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Abstract

本发明提供一种带来良好的FAB形状，并且抑制高温环境下的电化腐蚀而带来良好的第二接合部的接合可靠性的新的Cu接合线。该半导体装置用接合线的特征在于，包含由Cu或Cu合金构成的芯材、以及含有被形成于该芯材的表面的Cu以外的导电性金属的被覆层，该被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域，且在将该被覆层的厚度记为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域，该被覆层的厚度d为10nm以上，130nm以下，相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)与Pd的浓度CPd(质量％)之比CNi/CPd为0.02以上，0.7以下，在线的深度方向的浓度分布中，表示Ni的最大浓度的位置处于距线表面深度0.5d的范围，且该Ni的最大浓度为10原子％以上。

Description

半导体装置用接合线
技术领域
本发明涉及一种半导体装置用接合线。进而，涉及一种包含该接合线的半导体装置。
背景技术
在半导体装置中，通过接合线将被形成在半导体芯片上的电极与引线或基板上的电极之间连接。接合线的连接方法一般为并用超声波的热压接方式，并使用将通用接合装置、接合线从其内部通过地用于连接的毛细管夹具等。连接工艺通过以下方式完成：与半导体芯片上的电极进行第一接合，接着，在形成了环后，将线部与引线或基板上的外部电极进行第二接合。第一接合在将线前端以电弧热输入加热熔融，并因表面张力而形成了无空气球(FAB：Free Air Ball；以下，也简称“球”、“FAB”)后，将该球部与半导体芯片上的电极进行压接接合(以下，称为“球接合”)。此外，第二接合通过不形成球地，施加超声波、载荷，从而将线部压接接合(以下，称为“楔接合”)在外部电极上。
此前，关于接合线的材料，金(Au)为主流，但以LSI用途为中心，向铜(Cu)的替代正在进行(例如，专利文献1～3)，此外，以近年来的电动汽车及混合动力汽车的普及为背景，在车载用设备用途中，进而在空调或太阳能发电系统等大功率设备中的功率设备(功率半导体装置)用途中也是同样，从热传导率及熔断电流的高度出发，期待高效率且可靠性也较高的向Cu的替代。
Cu与Au相比，具有易被氧化的缺点，作为防止Cu接合线的表面氧化的方法，也提出了一种结构，其将Cu芯材的表面以Pd、Ni等金属来被覆(专利文献4)。此外，也提出了一种被覆Pd的Cu接合线，其通过将Cu芯材的表面以Pd来被覆，进而向Cu芯材添加Pd、Pt，从而改善了第一接合部的接合可靠性(专利文献5)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭61-48543号公报
专利文献2：日本特表2018-503743号公报
专利文献3：国际公开第2017/221770号
专利文献4：日本特开2005-167020号公报
专利文献5：国际公开第2017/013796号
发明内容
发明要解决的技术问题
车载用设备及功率设备在动作时，与一般的电子设备相比，具有更被暴露于高温的倾向，关于被使用的接合线，要求在严酷的高温环境下呈现出良好的接合可靠性。
本发明人们基于在车载用设备等中要求的特性来实施了评价，结果发现：在现有的具有Pd被覆层的Cu接合线中，在线的连接工序中，Pd被覆层部分地剥离，芯材的Cu露出，被覆Pd部与露出Cu部的接触区域在高温环境下被暴露于包含由密封树脂产生的氧或水蒸气、硫化合物系排气的环境，由此存在以下情况：发生Cu的局部腐蚀，即电化腐蚀，不会充分地得到第二接合部处的接合可靠性。另一方面，关于不具有Pd被覆层的裸Cu接合线，尽管不会发生电化腐蚀，但FAB形状不良，进而第一接合部的压接形状较差，对在高密度安装中要求的窄节距连接的应对不充分。
本发明提供一种新的Cu接合线，其会带来良好的FAB形状，并且抑制高温环境下的电化腐蚀而带来良好的第二接合部的接合可靠性。
解决技术问题的手段
本发明人们就上述问题进行了专心研究，结果发现能够通过具有下述构成来解决上述问题，并完成了本发明。
即，本发明包含以下的内容。
[1]一种半导体装置用接合线，其包含芯材和被覆层，该芯材由Cu或Cu合金构成，该被覆层含有被形成于该芯材的表面的Cu以外的导电性金属；该半导体装置用接合线中，
该被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域，且在将该被覆层的厚度记为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域；
该被覆层的厚度d为10nm以上，130nm以下；
相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)与Pd的浓度CPd(质量％)之比CNi/CPd为0.02以上0.7以下；
在线的深度方向的浓度分布中，表示Ni的最大浓度的位置处于距线表面深度0.5d的范围，且该Ni的最大浓度为10原子％以上。
[2]如[1]所述的接合线，其中，被覆层在被覆层的厚度方向上，在线表面侧含有Au。
[3]如[1]或[2]所述的接合线，其中，相对于线整体的Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)与Pd的浓度CPd(质量％)之比CPd/CM为0.5以上。
[4]如[1]～[3]的任意一项所述的接合线，其中，在线的深度方向的浓度分布中，Pd的最大浓度为80原子％以上。
[5]如[1]～[4]的任意一项所述的接合线，其中，线的深度方向的浓度分布通过以下方式得到：一边通过Ar溅射从线的表面沿深度方向下挖下去，一边以下述＜条件＞通过俄歇电子能谱法(AES)进行测定。
＜条件＞以金属丝的宽度中心成为测定面的宽度中心的方式进行定位，且测定面的宽度为金属丝直径的5％以上，15％以下，测定面的长度为测定面的宽度的5倍
[6]如[1]～[5]的任意一项所述的接合线，其中，在用线形成了无空气球(FAB：Free Air Ball)时，在对与该FAB的压接接合方向垂直的截面的晶体取向进行测定得到的结果中，相对于压接接合方向角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的比例为30％以上。
[7]如[6]所述的接合线，其中，相对于压接接合方向角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的比例为50％以上。
[8]如[1]～[7]的任意一项所述的接合线，其中，包含从由B、P及Mg构成的组中选择的1种以上的元素(以下，称为“第1添加元素”)，第1添加元素相对于线整体的总计浓度为1质量ppm以上，100质量ppm以下。
[9]如[1]～[8]的任意一项所述的接合线，其中，包含从由Se、Te、As及Sb构成的组中选择的1种以上的元素(以下，称为“第2添加元素”)，第2添加元素相对于线整体的总计浓度为1质量ppm以上，100质量ppm以下。
[10]如[1]～[9]的任意一项所述的接合线，其中，包含从由Ga、Ge及In构成的组中选择的1种以上的元素(以下，称为“第3添加元素”)，第3添加元素相对于线整体的总计浓度为0.011质量％以上，1.5质量％以下。
[11]一种半导体装置，其包含如[1]～[10]的任意一项所述的接合线。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种会带来良好的FAB形状，并且抑制高温环境下的电化腐蚀而带来良好的第二接合部的接合可靠性的、新的Cu接合线。
附图说明
图1是用于对进行基于AES的组分分析时的测定面的位置及尺寸进行说明的概略图。
图2是用于对与FAB的压接接合方向垂直的截面进行说明的概略图。
具体实施方式
以下，根据其优选的实施方式，详细对本发明进行说明。在说明时，有时也会参照附图，但各附图仅可理解发明的程度地、概略地示出构成要素的形状、大小及配置。本发明并不被限定于下述实施方式及例示物，能够在不脱离本发明的权利要求书及其均等范围的范围内任意地变更实施。
[半导体装置用接合线]
本发明的半导体装置用接合线(以下，也简称“本发明的线”、“线”)的特征在于，包含：
芯材，其由Cu或Cu合金构成，以及
被覆层，其含有被形成于该芯材的表面的Cu以外的导电性金属；
该被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域，且在将该被覆层的厚度记为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域；
该被覆层的厚度d为10nm以上，130nm以下；
相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)与Pd的浓度CPd(质量％)之比CNi/CPd为0.02以上0.7以下；
在线的深度方向的浓度分布中，表示Ni的最大浓度的位置处于距线表面深度0.5d的范围内，且该Ni的最大浓度为10原子％以上。
如前所述，被用于车载用设备及功率设备的接合线需要在严酷的高温环境下呈现出良好的接合可靠性。例如，在被用于车载用设备的接合线中，需要超过150℃那样的高温环境下的接合可靠性。本发明人们基于车载用设备等中需要的特性来实施了评价，结果发现存在以下情况：在现有的具有Pd被覆层的Cu接合线中，在高温环境下，发生电化腐蚀，不会充分地得到第二接合部处的接合可靠性。此外，关于未具有Pd被覆层的裸Cu接合线，尽管不会发生电化腐蚀，但FAB形状不良，进而第一接合部的压接形状较差，对在高密度安装中要求的窄节距连接的应对不充分。
对此，本发明人们发现：根据一种接合线，会带来良好的FAB形状，并且抑制高温环境下的电化腐蚀而带来良好的第二接合部的接合可靠性，该接合线为半导体装置用接合线，包含由Cu或Cu合金构成的芯材、以及含有被形成于该芯材的表面的Cu以外的导电性金属的被覆层，该被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域，且在将该被覆层的厚度记为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围内具有包含Ni和Pd的区域，该被覆层的厚度d为10nm以上，130nm以下，相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)与Pd的浓度CPd(质量％)之比CNi/CPd为0.02以上，0.7以下，在线的深度方向的浓度分布中，表示Ni的最大浓度的位置处于距线表面深度0.5d的范围内，且该Ni的最大浓度为10原子％以上。本发明明显有助于车载用设备等中的Cu接合线的实用化及其促进。
＜由Cu或Cu合金构成的芯材＞
本发明的线包含由Cu或Cu合金构成的芯材(以下，也简称“Cu芯材”)。
Cu芯材只要由Cu或Cu合金构成，就不被特别地限定，可以使用构成作为半导体装置用接合线而已知的现有的Pd被覆Cu线的公知的Cu芯材。
在本发明中，Cu芯材中的Cu的浓度例如能够在Cu芯材的中心(轴芯部)处，设为97原子％以上、97.5原子％以上、98原子％以上、98.5原子％以上、99原子％以上、99.5原子％以上、99.8原子％以上、99.9原子％以上或99.99原子％以上。
Cu芯材例如可以含有从后述的第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素中选择的1种以上的掺杂剂。这些掺杂剂的优选含量如后所述。
在一个实施方式中，Cu芯材由Cu和不可避免的杂质构成。在另一个实施方式中，Cu芯材由Cu、从后述的第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素中选择的1种以上的元素、以及不可避免的杂质构成。另外，在针对Cu芯材而言的用语“不可避免的杂质”中，也包含构成含有后述的Cu以外的导电性金属的被覆层的元素。
＜含有Cu以外的导电性金属的被覆层＞
本发明的线包含含有被形成于Cu芯材的表面的Cu以外的导电性金属的被覆层(以下，也简称“被覆层”)。被覆层的优选组分会在后面叙述，但优选的是，在本发明的线中，被覆层中，Cu以外的导电性金属的浓度为50原子％以上。
为了带来良好的FAB形状，并且抑制高温环境下的电化腐蚀而带来良好的第二接合部的接合可靠性，重要的是，本发明的线中的被覆层全部满足以下的(1)～(4)的条件。
(1)在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域，且在将该被覆层的厚度记为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域
(2)该被覆层的厚度d为10nm以上，130nm以下
(3)以相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)与Pd的浓度CPd(质量％)之比CNi/CPd成为0.02以上，0.7以下的方式，含有Ni和Pd
(4)在线的深度方向的浓度分布中，表示Ni的最大浓度的位置处于距线表面深度0.5d的范围，且该Ni的最大浓度为10原子％以上
-条件(1)-
条件(1)与以下情况有关：关于被覆层，在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域，且在将该被覆层的厚度记为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域。
在与条件(2)～(4)的组合中，包含满足条件(1)的被覆层，由此本发明的线能够带来良好的FAB形状，并且抑制高温环境下的电化腐蚀而带来良好的第二接合部的接合可靠性。
在条件(1)中，关于被覆层，在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域。在本发明中，针对被覆层而言的所谓“以Pd为主成分的区域”意味着Pd的浓度为50原子％以上的区域。如后所述，作为Cu以外的导电性金属，除了Pd以外，被覆层还在线表面侧包含Ni，进而也可以包含Au等导电性金属，但从带来良好的FAB形状的观点出发，优选的是，被覆层以相对于线整体的Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)与Pd的浓度CPd(质量％)之比CPd/CM优选为0.5以上，更优选为0.6以上，进一步优选为0.7以上或0.8以上的方式，包含Pd。当比CPd/CM处于上述范围时，能够进一步提高高温高湿环境下的第一接合部的接合可靠性，并且能够进一步提高第二接合部处的接合性，因此是优选的。上述的比CPd/CM的上限只要满足条件(2)～(4)，就不被特别地限定，例如能够设为0.98以下、0.96以下或0.95以下等。此外，如后所述，在本发明的线中，关于被覆层，在将该被覆层的厚度记为d时，在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域，但从抑制高温环境下的电化腐蚀而带来良好的第二接合部的接合可靠性的观点出发，优选的是，被覆层以相对于线整体的Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)与Ni的浓度CNi(质量％)之比CNi/CM优选为0.01以上，更优选为0.02以上，进一步优选为0.03以上、0.04以上、0.05以上、0.06以上或0.08以上的方式，包含Ni。上述的比CNi/CM的上限只要满足条件(2)～(4)，就不被特别地限定，例如能够设为0.4以下、0.35以下或0.3以下等。上述比CPd/CM及比CNi/CM能够通过以下方式算出：将通过后述的[元素含量的测定]所记载的方法测定的相对于线整体的Pd的浓度CPd(质量％)及Ni的浓度CNi(质量％)除以同样地测定的Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)。
针对条件(1)，关于被覆层，在将该被覆层的厚度记为d(nm；测定、算出方法会与条件(2)相关联地在后面叙述)时，在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域，这能够通过以下方式进行确认：一边从线的表面通过Ar溅射沿深度方向(向线中心的方向)下挖下去，一边通过俄歇电子能谱法(AES)进行组分分析。详细而言，能够1)在进行了线表面的组分分析后，进一步重复2)基于Ar的溅射、以及3)溅射后的表面的组分分析，由此从线的表面取得深度(中心)方向的各元素的浓度变化(所谓的深度方向的浓度分布)，并根据该浓度分布进行确认。在本发明中，在取得深度方向的浓度分布时，深度的单位设为SiO2换算。
在进行1)线表面的组分分析或3)溅射后的表面的组分分析时，测定面的位置及尺寸如下确定。另外，以下，所谓测定面的宽度，是指与线轴垂直的方向(线的粗度方向)上的测定面的尺寸，所谓测定面的长度，是指线轴的方向(线的长度方向)上的测定面的尺寸。参照图1，进一步进行说明。图1是线1的俯视概略图，以线轴的方向(线的长度方向)与图1的垂直方向(上下方向)对应，此外，与线轴垂直的方向(线的粗度方向)与图1的水平方向(左右方向)对应的方式来表示。在图1中，在与线1的关系中，示出测定面2，而测定面2的宽度为测定面在与线轴垂直的方向上的尺寸wa，测定面2的长度为测定面在线轴的方向上的尺寸la。
在本发明中，以与线轴垂直的方向上的线的宽度的中心成为测定面的宽度的中心的方式进行定位，且以测定面的宽度成为线直径的5％以上，15％以下的方式来确定测定面。测定面的长度设定为测定面的宽度的5倍。在图1中，线的宽度以附图标记W来表示，并以点划线X来表示线的宽度的中心。因此，关于测定面2，以与其宽度的中心为线的宽度的中心的点划线X一致的方式进行定位，且以测定面的宽度wa成为线直径(与线的宽度W同值)的5％以上，15％以下，即0.05W以上，0.15W以下的方式来确定。此外，测定面的长度la满足la＝5wa的关系。通过如上所述地确定测定面的位置及尺寸，从而能够高精度地确认适于带来高温环境下的良好的第二接合部的接合可靠性的、以被覆层中的Pd为主成分的区域及包含Ni和Pd的区域的存在。
在本发明中，关于被覆层，在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域，且在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域，这基于在后述的[基于俄歇电子能谱法(AES)的被覆层的厚度分析]栏所记载的条件下测定的结果。
针对就一个实施方式的本发明的线求得的、深度方向的浓度分布，以下，对其倾向进行说明。从线的表面到一定的深度位置，存在包含Ni和Pd的区域。在该区域中，存在以下倾向：Ni的浓度从线的表面沿深度方向降低，并且Pd的浓度上升。进而当沿深度方向前进时，Pd的浓度会成为最大值，接着，会存在Pd的浓度降低，并且Cu的浓度上升的倾向。Pd既可以在某一深度位置(d1)处表示最大浓度，也可以遍及某一深度的范围(d1～d2)地表示最大值。在这样的浓度分布中，能够着眼于Ni及Pd的浓度的增减，求得共同包含Ni和Pd的区域及以Pd为主成分的区域的存在、以及这些区域的位置。此外，在这样的浓度分布中，能够着眼于Ni及Pd的浓度的増减，根据它们的浓度成为最大的位置，求得Ni、Pd的最大浓度。另外，如后所述，在被覆层在线表面侧含有Au的情况下，具有以下倾向：在深度方向的浓度分布中，从线的表面到极浅的位置，存在Au浓度降低，并且Ni的浓度上升的区域。在上述情况下，也可以着眼于被覆层中的Ni及Pd的浓度的増减，求得共同包含Ni和Pd的区域及以Pd为主成分的区域的存在、这些区域的位置、以及Ni、Pd的最大浓度。在本发明的线中，只要在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域，就可以在距线表面的深度超过0.5d的位置也具有包含Ni和Pd的区域。另外，在求被覆层中的Ni及Pd的最大浓度时，优选的是，针对在线轴方向上彼此离开1mm以上的多处(n≥3)测定面取得浓度分布，并采用其算术平均值。Pd的最大浓度的优选范围如后所述，但在Pd的最大浓度为50质量％以上的情况下，可以说存在上述“以Pd为主成分的区域”。
在一个优选的实施方式中，在线的深度方向的浓度分布中，表示Ni的最大浓度的位置处于比表示Pd的最大浓度的位置靠线的表面侧处。
在与条件(2)～(4)的组合中，从实现良好的FAB形状的观点出发，在线的深度方向的浓度分布中，Pd的最大浓度优选为80原子％以上，更优选为85原子％以上，进一步优选为90原子％以上、超过90原子％、92原子％以上、94原子％以上或95原子％以上。此外，当被覆层中的Pd的最大浓度处于上述范围时，能够进一步提高第二接合性(第二接合部的初始接合性)，并且能够进一步提高高温高湿环境下的第一接合部的接合可靠性，因此是优选的。被覆层中的Pd的最大浓度的上限不被特别地限定，例如也可以为100质量％。
-条件(2)-
条件(2)与被覆层的厚度d有关。
在与条件(1)、(3)、(4)的组合中，由于包含满足条件(2)的被覆层，因而本发明的线能够带来良好的FAB形状。此外，由于包含满足条件(2)的被覆层，因而能够进一步提高第二接合部处的接合性，并且能够进一步提高第一接合部的接合可靠性。
针对条件(2)，关于被覆层的厚度d(算出方法会在后面叙述)，从实现良好的FAB形状的观点出发，为10nm以上，优选为12nm以上，更优选为14nm以上，进一步优选为15nm以上，再一步优选为16nm以上，尤其优选为18nm以上或20nm以上。当被覆层的厚度小于10nm时，会存在以下倾向：在FAB形成时发生偏心，FAB形状恶化，并且第一接合部的压接形状恶化。此外，关于被覆层的厚度d的上限，从实现良好的FAB形状的观点出发，为130nm以下，优选为125nm以下、120nm以下、115nm以下、110nm以下、105nm以下、100nm以下、95nm以下或90nm以下。当被覆层的厚度超过130nm时，会存在以下倾向：在FAB形成时发生异形或熔融不良，FAB形状恶化，并且第一接合部的压接形状恶化。
条件(2)中的被覆层的厚度d能够根据上述的深度方向的浓度分布来确定。首先，以Cu的浓度为基准，对Cu芯材与被覆层的分界进行判定。将Cu的浓度为50原子％的位置判定为分界，将Cu的浓度为50原子％以上的区域作为Cu芯材，将小于50原子％的区域作为被覆层。在本发明中，Cu芯材与被覆层的分界未必需要为晶界。并且，关于被覆层的厚度，能够对从线表面向线中心侧对浓度分布进行确认，并作为从线表面位置到作为芯材的Cu的浓度初次达到50原子％的深度位置的距离来求出。在本发明中，在根据深度方向的浓度分布来确定被覆层的厚度时，深度的单位设为了SiO2换算。此外，优选的是，针对在线轴方向上彼此离开1mm以上的多处(n≥3)测定面取得浓度分布，并采用其算术平均值。
-条件(3)-
条件(3)与相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)与Pd的浓度CPd(质量％)之比CNi/CPd的范围有关。
在与条件(1)、(2)、(4)的组合中，包含满足条件(3)的被覆层，由此本发明的线能够带来高温环境下的良好的第二接合部的接合可靠性，并带来良好的FAB形状。
针对条件(3)，关于比CNi/CPd，从实现良好的FAB形状的观点、实现高温环境下的良好的第二接合部的接合可靠性的观点出发，为0.02以上，优选为0.04以上，更优选为0.05以上、0.06以上、0.08以上或0.1以上。当比CNi/CPd小于0.02时，会存在以下倾向：FAB形状恶化，并且第一接合部的压接形状恶化。此外，会存在第二接合部处的接合可靠性恶化的倾向。关于比CNi/CPd的上限，从实现良好的FAB形状的观点出发，为0.7以下，优选为0.65以下，更优选为0.6以下、0.55以下、0.5以下、0.48以下、0.46以下、0.45以下、0.44以下、0.42以下或0.4以下。当比CNi/CPd超过0.7时，会存在以下倾向：FAB形状恶化，并且第一接合部的压接形状恶化。
条件(3)中的比CNi/CPd能够通过以下方式算出：将通过后述的[元素含量的测定]所记载的方法测定的相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)除以同样地测定的Pd的浓度CPd(质量％)。
-条件(4)-
条件(4)与表示线的深度方向的浓度分布中的Ni的最大浓度的位置和最大浓度值有关。
在与条件(1)～(3)的组合中，包含满足条件(4)的被覆层，由此本发明的线能够带来高温环境下的良好的第二接合部的接合可靠性。
在条件(4)中，从实现高温环境下的良好的第二接合部的接合可靠性的观点出发，在线的深度方向的浓度分布中表示Ni的最大浓度的位置处于距线表面深度0.5d的范围，优选的是，处于距线表面深度0.4d的范围，更优选的是，处于距线表面深度0.3d的范围。在此，d如前所述，意味着被覆层的厚度(nm)。
针对条件(4)，从实现高温环境下的良好的第二接合部的接合可靠性的观点出发，在线的深度方向的浓度分布中，Ni的最大浓度为10原子％以上，优选为15原子％以上，更优选为20原子％以上，进一步优选为25原子％以上或30原子％以上。当该Ni的最大浓度小于10原子％时，会存在第二接合部处的接合可靠性恶化的倾向。Ni的最大浓度的上限不被特别地限定，也可以为100原子％，但从实现良好的第二接合部处的接合性的观点出发，优选为99原子％以下、98原子％以下、96原子％以下、95原子％以下、94原子％以下、92原子％以下或90原子％以下。
关于条件(4)中的表示Ni的最大浓度的位置及最大浓度值，如与条件(1)相关联地说明的那样，能够在深度方向的浓度分布中，着眼于Ni的浓度的増减，根据其浓度成为最大的位置来求出。
上述的条件(4)中的表示Ni的最大浓度的位置和最大浓度值基于在后述的[基于俄歇电子能谱法(AES)的被覆层的厚度分析]栏所记载的条件下测定的结果。
被覆层例如可以含有从后述的第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素中选择的1种以上的掺杂剂。这些掺杂剂的优选含量如后所述。
也可以是，在本发明的线中，被覆层在被覆层的厚度方向上，在线表面侧还含有Au。由于被覆层还含有Au，因而能够进一步改善第二接合部处的接合性。
从进一步改善第二接合部处的接合性的观点出发，本发明的线的表面中的Au的浓度优选为10原子％以上，更优选为15原子％以上，进一步优选为20原子％以上、22原子％以上、24原子％以上、25原子％以上、26原子％以上、28原子％以上或30原子％以上。关于本发明的线的表面中的Au的浓度的上限，从实现良好的FAB形状的观点、实现良好的第一接合部的压接形状的观点出发，优选为90原子％以下，更优选为85原子％以下，进一步优选为80原子％以下、78原子％以下、76原子％以下、75原子％以下、74原子％以下、72原子％以下或70原子％以下。因此，在一个优选的实施方式中，本发明的线的表面中的Au的浓度为10原子％以上，90原子％以下。
在本发明中，线表面中的Au的浓度能够以线表面为测定面，通过俄歇电子能谱法(AES)进行线表面的组分分析来求出。在此，在求表面中的Au的浓度时，不考虑碳(C)、硫(S)、氧(O)、氮(N)等气体成分、非金属元素等。
线表面的组分分析能够以与和取得深度方向的浓度分布的方法相关联地说明的、1)与线表面的组分分析相同的条件来实施。即，在针对线表面通过俄歇电子能谱法(AES)进行组分分析时，测定面的位置及尺寸像以下这样来确定。
以与线轴垂直的方向上的线的宽度的中心成为测定面的宽度的中心的方式进行定位，且以测定面的宽度成为线直径的5％以上，15％以下的方式来确定测定面。测定面的长度以成为测定面的宽度的5倍的方式进行设定。通过如上所述地确定测定面的位置及尺寸，能够高精度地对适于进一步改善第二接合性的、线表面中的Au的浓度进行测定。此外，优选的是，针对在线轴方向上彼此离开1mm以上的多处(n≥3)测定面实施，并采用其算术平均值。
上述的表面中的Au的浓度基于在后述的[基于俄歇电子能谱法(AES)的线表面的组分分析]栏所记载的条件下测定的结果。
在被覆层在被覆层的厚度方向上，在线表面侧含有Au的情况下，在线的深度方向的浓度分布中表示Au的最大浓度的位置处于比表示Ni的最大浓度的位置及表示Pd的最大浓度的位置靠线的表面侧处。
在一个实施方式中，被覆层由Pd及Ni、以及不可避免的杂质构成。在另一个实施方式中，被覆层由Pd及Ni、从Au、后述的第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素中选择的1种以上的元素、以及不可避免的杂质构成。另外，在针对被覆层所说的用语“不可避免的杂质”中，也包含构成前述的Cu芯材的元素。
本发明的线还可以含有从由B、P及Mg构成的组中选择的1种以上的元素(“第1添加元素”)。在本发明的线含有第1添加元素的情况下，优选的是，第1添加元素相对于线整体的总计浓度为1质量ppm以上。由此，能够实现带来更良好的第一接合部的压接形状的接合线。第1添加元素相对于线整体的总计浓度更优选为2质量ppm以上，进一步优选的是，为3质量ppm以上、5质量ppm以上、8质量ppm以上、10质量ppm以上、15质量ppm以上或20质量ppm以上。从抑制线的硬质化并减少第一接合时的芯片损伤的观点出发，更优选的是，为第1添加元素的总计浓度优选为100质量ppm以下、90质量ppm以下、80质量ppm以下、70质量ppm以下、60质量ppm以下或50质量ppm以下。因此，在一个优选的实施方式中，本发明的线包含第1添加元素，第1添加元素相对于线整体的总计浓度为1质量ppm以上，100质量ppm以下。
在本发明的线含有第1添加元素的情况下，第1添加元素既可以在Cu芯材及被覆层中的任意一者中含有，也可以在这两者中含有。从实现带来更加良好的第一接合部的压接形状的接合线的观点出发，第1添加元素优选在Cu芯材中含有。
本发明的线还可以含有从由Se、Te、As及Sb构成的组中选择的1种以上的元素(“第2添加元素”)。在本发明的线含有第2添加元素的情况下，第2添加元素相对于线整体的总计浓度优选为1质量ppm以上。由此，能够改善高温高湿环境下的第一接合部的接合可靠性。第2添加元素相对于线整体的总计浓度更优选为2质量ppm以上，进一步优选为3质量ppm以上、5质量ppm以上、8质量ppm以上、10质量ppm以上、15质量ppm以上或20质量ppm以上。从实现良好的FAB形状的观点、实现良好的第一接合部的压接形状的观点出发，优选的是，第2添加元素的总计浓度为100质量ppm以下，更优选的是，为90质量ppm以下、80质量ppm以下、70质量ppm以下、60质量ppm以下或50质量ppm以下。因此，在一个优选的实施方式中，本发明的线包含第2添加元素，第2添加元素相对于线整体的总计浓度为1质量ppm以上，100质量ppm以下。
在本发明的线含有第2添加元素的情况下，第2添加元素既可以在Cu芯材及被覆层中的任意一者中含有，也可以在这两者中含有。从再进一步改善高温高湿环境下的第一接合部的接合可靠性的观点出发，第2添加元素优选在被覆层中含有。在被覆层含有第2添加元素的情况下，第2添加元素既可以在包含Ni和Pd的区域中含有，也可以在处于芯材侧的以Pd为主成分的区域中含有。此外，也可以是，在被覆层在线表面侧含有Au的情况下，与该Au一同含有第2添加元素。
本发明的线还可以含有从由Ga、Ge及In构成的组中选择的1种以上的元素(“第3添加元素”)。在本发明的线含有第3添加元素的情况下，相对于线整体的第3添加元素的总计浓度优选为0.011质量％以上。由此，能够改善高温环境下的第一接合部的接合可靠性。相对于线整体的第3添加元素的总计浓度更优选为0.015质量％以上，进一步优选为0.02质量％以上、0.025质量％以上、0.03质量％以上、0.031质量％以上、0.035质量％以上、0.04质量％以上、0.05质量％以上、0.07质量％以上、0.09质量％以上、0.1质量％以上、0.12质量％以上、0.14质量％以上、0.15质量％以上或0.2质量％以上。从实现良好的FAB形状的观点、实现良好的第一接合部的压接形状的观点、实现良好的第二接合部处的接合性的观点出发，第3添加元素的总计浓度优选为1.5质量％以下，更优选为1.4质量％以下、1.3质量％以下或1.2质量％以下。因此，在一个优选的实施方式中，本发明的线包含第3添加元素，相对于线整体的第3添加元素的总计浓度为0.011质量％以上，1.5质量％以下。
在本发明的线含有第3添加元素的情况下，第3添加元素既可以在Cu芯材及被覆层中的任意一者中含有，也可以在这两者中含有。
线中的第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素的含量能够通过后述的[元素含量的测定]所记载的方法来测定。
在本发明的线中，Cu、Ni、Au、Pd的总计浓度例如能够设为98.5质量％以上、98.6质量％以上、98.7质量％以上或98.8质量％以上等。
-其他优选条件-
以下，针对本发明的线优选进一步满足的条件进行说明。
优选的是，关于本发明的线，在用该线形成了FAB时，在测定与该FAB的压接接合方向垂直的截面的晶体取向的结果中，相对于压接接合方向角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的比例为30％以上。由此，能够实现格外良好的第一接合部的压接形状。
如前所述，基于接合线的连接工艺通过以下方式完成：在与半导体芯片上的电极进行第一接合，接着形成了环后，将线部与引线及基板上的外部电极进行第二接合。第一接合在以电弧热输入对线前端进行加热熔融，通过表面张力形成了FAB后，将该FAB与半导体芯片上的电极进行压接接合(球接合)。本发明人们在对与FAB的压接接合方向垂直的截面的晶体取向进行测定的结果中，发现了：相对于压接接合方向，角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的比例(以下，也简称“FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例”)为30％以上那样的线能够实现格外良好的第一接合部的压接形状。
从实现更进一步良好的第一接合部的压接形状的观点出发，优选的是如下的线：FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例更优选为35％以上，进一步优选为40％以上，再一步优选为45％以上，尤其优选为50％以上、55％以上或60％。尤其是FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例为50％以上的线能够实现格外良好的第一接合部的压接形状。因此，在一个优选的实施方式中，FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例为30％以上，更优选的是，为50％以上。FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例的上限不被特别地限定，例如既可以为100％，也可以为99.5％以下、99％以下、98％以下等。
参照图2，针对与FAB的压接接合方向垂直的截面进行说明。在图2中，示出了在将线1的前端以电弧热输入进行加热熔融，并通过表面张力形成了FAB10时的概略图。将形成的FAB10与半导体芯片上的电极(未图示)进行压接接合。在图2中，FAB10的压接接合方向为以箭头Z示出的方向(图2中的垂直方向(上下方向))，与压接接合方向Z垂直的截面为沿着与该方向Z垂直的虚线A-A切断FAB而露出的截面。在此，作为进行截面暴露时的基准的虚线A-A设定于露出截面的直径成为最大的位置，即在将FAB的直径记为D时，露出截面的直径为D的位置。在截面暴露操作中，直线A-A会偏离目标，露出截面的直径有时也可能会小于D，但当露出截面的直径为0.9D以上时，该偏离对晶体取向的比例的影响小到可以忽略，因此能够容许。
与FAB的压接接合方向垂直的截面的晶体取向能够用电子背散射衍射(EBSD：Electron Backscattered Diffraction)法来测定。用于EBSD法的装置由扫描型电子显微镜和配备于其的检测器构成。EBSD法为一种如下的方法：将向试样照射电子束时产生的反射电子的衍射图案投影到检测器上，并对该衍射图案进行分析，由此确定各测定点的晶体取向。对于通过EBSD法得到的数据的分析，能够使用专用软件(株式会社TSL Solutions制OI Manalysis等)。通过将与FAB的压接接合方向垂直的截面作为检查面，并利用附属于装置的分析软件，能够算出特定的晶体取向的比例。
在本发明中，FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例定义为以百分率表示＜100＞晶体取向相对于测定面积的面积的比例。在算出该比例时，关于在测定面内，仅采用以某一可靠度为基准辨识的晶体取向，无法测定晶体取向的部位、或即使测定，取向分析的可靠度也较低的部位等，从测定面积及＜100＞晶体取向的面积中排除地进行了计算。在此处排除的数据例如超过整体的2成那样的情况下，测定对象存在某种污染的可能性较高，因此应从截面暴露起再次实施。此外，在本发明中，FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例设为针对3个以上的FAB测定得到的比例的各值的算术平均值。
针对FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例成为30％以上的线能够实现格外良好的第一接合部的压接形状的理由，本发明人们像以下这样进行了推测。
已知金属因向特定的晶面、晶体取向滑动(也将该面、该方向称为“滑动面”、“滑动方向”)而变形。用本发明的线形成的FAB主要由作为芯材的Cu或Cu合金构成，其晶体结构为面心立方结构。在取这种晶体结构的情况下，当与压接接合方向垂直的截面的晶体取向为＜100＞时，在相对于压接面为45度的方向上，金属会产生滑动并变形，FAB一边相对于压接面为45度方向地，相对于与压接面平行的平面放射状地变大，一边变形。结果，推测为压接形状会更接近正圆。
在本发明中，关于FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例，通过对被覆层的厚度及被覆层中的Ni浓度及Pd浓度、芯材的Cu纯度进行调整，存在成为所期望的范围的倾向。例如，针对被覆层的厚度对FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例造成影响的理由，本发明人们如下地进行了推测。即，认为在熔融的阶段中，被覆层的Ni和Pd向FAB中心侧适度地扩散混合，将该适度地扩散混合的Ni和Pd固溶并含有的Cu或Cu合金相对于压接接合方向取＜100＞晶体取向。并且，推测为：当被覆层的厚度处于预定的范围时，熔融时的Ni和Pd的扩散混合会变得适度，相对于压接接合方向，＜100＞晶体取向较易取得，另一方面，当被覆层的厚度过薄时，会易于成为没有取向性的随机的晶体取向，当被覆层的厚度过厚时，不同的晶体取向会容易优先。
本发明的线的直径不被特别地限定，可以根据具体的目的来适当确定，但优选的是，可设为15μm以上、18μm以上或20μm以上等。该直径的上限不被特别地限定，例如可设为80μm以下、70μm以下或50μm以下等。
＜线的制造方法＞
针对本发明的半导体装置用接合线的制造方法的一例进行说明。
首先，通过连续铸造，将高纯度(4N～6N；99.99～99.9999质量％以上)的原料铜加工为大径(直径约3～6mm)，得到硅。
在添加上述的第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素等掺杂剂的情况下，作为其添加方法，例如可举出使其在Cu芯材中含有的方法、在被覆层中含有的方法、使其被粘于Cu芯材的表面的方法、以及使其被粘于被覆层的表面的方法，也可以组合多个这些方法。采用任一添加方法都能够发挥本发明的效果。在使掺杂剂在Cu芯材中含有的方法中，将含有必要浓度的掺杂剂的铜合金作为原料使用，可以制造Cu芯材。在向作为原材料的Cu添加掺杂剂而得到上述铜合金的情况下，既可以向Cu直接添加高纯度的掺杂剂成分，也可以利用含有1％左右的掺杂剂成分的母合金。在使掺杂剂在被覆层中含有的方法中，可使在形成被覆层时的Pd、Ni镀浴(湿式镀敷的情况下)及目标材料(干式镀敷的情况下)中含有掺杂剂。在使其被粘于Cu芯材的表面的方法及使其被粘于被覆层的表面的方法中，可以以Cu芯材的表面或被覆层的表面作为被粘面，实施从由(1)水溶液的涂布干燥/>热处理、(2)镀敷法(湿式)、(3)蒸镀法(干式)中选择的1个以上的被粘处理。
对大径的硅进行锻造、轧制、拉丝，制作由直径约0.7～2.0mm的Cu或Cu合金构成的线(以下，也称“中间线”)。
作为在Cu芯材的表面形成被覆层的方法，能够利用电解镀、无电解镀、蒸镀法等，但利用可稳定地控制膜厚的电解镀在工业上是优选的。例如，可以在中间线表面形成被覆层。被覆层还可以在大径的硅阶段中被粘，或者可以在将中间线拉丝再细线化后(例如，拉丝到最终的Cu芯材的直径后)，在该Cu芯材表面形成被覆层。被覆层例如可以通过在Cu芯材的表面设置Pd层后，设置以预定比例含有Ni层或Ni和Pd的NiPd合金层而形成，也可以是，通过在设置Ni层或NiPd合金层后，进一步设置包含Pd的层来形成。也可以是，从形成与Cu芯材的密接性优异的被覆层的观点出发，在Cu芯材的表面实施导电性金属的冲击镀敷后，形成预定的被覆层。
在线表面侧形成具有包含Au的区域的被覆层的情况下，能够通过与上述相同的方法，通过在被覆层的表面侧设置Au层来形成。
拉丝加工能够用连续拉丝装置来实施，该连续拉丝装置可设置多个被金刚石涂敷的模。根据需要，也可以是在拉丝加工的中途阶段实施热处理。能够通过热处理在线表面侧的Ni层或NiPd合金层与下层的Pd层之间使构成元素相互扩散，从而在距线表面深度0.5d的范围形成包含Ni和Pd的区域。此外，在形成在线表面侧具有包含Au的区域的被覆层的情况下，能够通过热处理在线表面的Au层与下层的Ni层或NiPd合金层(在设置的情况下，为包含Pd的层)之间使构成元素相互扩散，从而以线表面中的Au的浓度成为上述优选范围的方式，在被覆层的线表面侧形成包含Au的区域(例如，包含Au、Ni、Pd的合金区域)。作为该方法，以一定的炉内温度在电炉中，在一定的速度下连续的地对线进行扫描由此来促进合金化的方法能够将被覆层中的Ni的最大浓度等合金的组分控制在所期望的范围，因此是优选的。另外，也可以是，代替在被覆层的表面侧设置Au层后，通过热处理来形成包含Au的区域的方法地，从最初起采用使含有Au和Ni、Pd中的1种以上的合金区域被粘的方法。
本发明的线能够带来良好的FAB形状，并且抑制高温环境下的电化腐蚀，并带来良好的第二接合部的接合可靠性。因此，本发明的接合线尤其能够作为车载用设备或功率设备用的接合线来优选地使用。
[半导体装置的制造方法]
用本发明的半导体装置用接合线，将半导体芯片上的电极与引线或电路基板上的电极连接，由此能够制造半导体装置。
在一个实施方式中，本发明的半导体装置的特征在于，包含用于使电路基板、半导体芯片及电路基板与半导体芯片导通的接合线，该接合线为本发明的线。
在本发明的半导体装置中，电路基板及半导体芯片不被特别地限定，可以使用能够用于构成半导体装置的公知的电路基板及半导体芯片。或者，还可以代替电路基板地，使用引线框架。例如，可以像日本特开2020-150116号公报所记载的半导体装置那样，设为包含引线框架、以及被安装于该引线框架的半导体芯片的半导体装置的构成。
作为半导体装置，可举出被提供给电气产品(例如，计算机、移动电话、数码相机、电视、空调、太阳光发电系统等)及交通工具(例如，摩托车、汽车、电车、船舶及航空器等)等的各种半导体装置。
【实施例】
以下，针对本发明，示出实施例并具体地进行说明。但是，本发明并不被限定于下示实施例。
(样本)
首先，针对样本的制作方法进行说明。作为Cu芯材的原材料的Cu使用纯度为99.99质量％以上(4N)，剩余部分由不可避免的杂质构成的Cu。此外，在添加第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素的情况下，它们使用了纯度为99质量％以上，剩余部分由不可避免的杂质构成的、或者这些添加元素被与Cu高浓度地配合的母合金。
关于芯材的Cu合金，首先在向石墨坩埚装填原料，并用高频炉在N2气体或Ar气体等惰性气氛中加热到1090～1500℃并溶解后，通过连续铸造制造了直径约3～6mm的硅。接着，针对得到的硅，进行拉拔加工，制作直径0.7～2.0mm的中间线，再用模连续地进行拉丝加工等，由此将线细径化到被覆的线径。在拉丝加工中，使用市售的润滑液，拉丝速度设为20～150m/分。关于被覆层的形成，为了除去线表面的氧化膜，在进行了基于盐酸或硫酸的酸洗处理后，以覆盖芯材的Cu合金的表面整体的方式形成Pd层，并在其表面设置Ni层。进而，一部分线(实施例No.18～23)在Ni层上设置Au层。对于Pd层、Ni层、Au层的形成，使用了电解镀法。镀Pd液、镀Ni液、镀Au液准备市售的镀敷液，并适当调制使用。
然后，进一步进行拉丝加工等，并加工到座位最终线径的根据需要，在拉丝加工的中途，进行了1～2次300～700℃，2～15秒钟的中间热处理。在进行中间热处理的情况下，一边对线连续地进行扫描，使N2气体或Ar气体流动一边进行。在加工到最终线径后，一边对线连续地进行扫描，使N2气体或Ar气体流动一边进行了调质热处理。调质热处理的热处理温度设为200～600℃，线的进给速度设为20～200m/分，热处理时间设为0.2～1.0秒。在被覆层较薄的情况下或Ni浓度较低的情况下，降低热处理温度，加快线的进给速度地进行了设定，在相反的情况下，提高热处理温度，使线的进给速度变慢地进行了设定。
(试验、评价方法)
以下，针对试验、评价方法进行说明。
[基于俄歇电子能谱法(AES)的线表面的组分分析]
针对在线表面侧设置含有Au的被覆层的线，关于线表面中的Au的浓度，以线表面为测定面，如下地通过俄歇电子能谱法(AES)进行测定并求出。
首先，将供测定的接合线直线状地固定于试样架。接着，以与线轴垂直的方向上的线的宽度的中心成为测定面的宽度的中心的方式进行定位，且以测定面的宽度成为线直径的5％以上，15％以下的方式确定了测定面。测定面的长度设为测定面的宽度的5倍。然后，用AES装置(ULVAC-PHI制PHI-700)，以加速电压10kV的条件进行线表面的组分分析，求出表面Au浓度(原子％)。
另外，基于AES的组分分析针对与线轴方向彼此离开1mm以上的3处测定面来实施，并采用了其算术平均值。在求表面中的Au的浓度时，未考虑碳(C)、硫(S)、氧(O)、氮(N)等气体成分、非金属元素等。
[基于俄歇电子能谱法(AES)的被覆层的厚度分析]
对于被覆层的厚度分析，使用了基于AES的深度分析。通过与基于AES的深度分析交替地进行组分分析与溅射，对深度方向的组分的变化进行分析，能够得到距线表面深度(中心)方向的各元素的浓度变化(所谓深度方向的浓度分布)。
具体而言，通过AES，在1)进行了线表面的组分分析后，进一步重复2)基于Ar的溅射和3)溅射后的表面的组分分析，由此取得了深度方向的浓度分布。2)的溅射以Ar+离子、加速电压2kV来继续拧。此外，在1)、3)的表面的组分分析中，使得测定面的尺寸及基于AES的组分分析的条件与在上述[基于俄歇电子能谱法(AES)的线表面的组分分析]栏中说明的相同。
另外，深度方向的浓度分布的取得针对在线轴方向上彼此分离1mm以上的3处测定面进行了实施。
-被覆层的厚度d-
在取得的深度方向的浓度分布中，从线表面向线中心侧确认浓度分布，并对从线表面位置到将作为芯材的Cu的浓度初次达到50原子％的深度位置的距离作为被测定的被覆层的厚度来求出。将针对3处测定面取得的数值的算术平均值采用为被覆层的厚度d。
另外，将以AES分析测定的深度作为溅射速度与时间之积来求出。一般地，溅射速度使用作为标准试样的SiO2来测定，因此以AES分析的深度会成为SiO2换算值。即，对于被覆层的厚度的单位，使用了SiO2换算值。
-被覆层中的Pd、Ni的最大浓度-
在取得的深度方向的浓度分布中，着眼于Pd、Ni的浓度的増减，根据Pd、Ni的浓度成为最大的位置，求得了它们的最大浓度。将针对3处测定面取得的数值的算术平均值采用为Pd、Ni的最大浓度。
另外，关于实施例的线，确认了：在芯材侧具有以Pd为主成分的区域、在距线表面深度0.5d的范围具有包含Ni和Pd的区域、表示Ni的最大浓度的位置处于距线表面深度0.5d的范围、以及表示Ni的最大浓度的位置处于比表示Pd的最大浓度的位置靠表面侧处。关于在线表面侧设置含有Au的被覆层的实施例的线，确定了：表示Au的最大浓度的位置比表示Ni的最大浓度的位置及表示Pd的最大浓度的位置靠表面侧处。
[元素含量的测定]
关于线中的Ni、Pd、Au、第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素的含量，用ICP发光分光分析装置、ICP质量分析装置将接合线以强酸溶解得到的液体进行分析，并作为线整体中包含的元素的浓度进行了检测。作为分析装置，使用了ICP-OES((株)日立High-TechScience制“PS3520UVDDII”)或ICP-MS(Agilent·Technologies(株)制“Agilent7700xICP-MS”)。另外，Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)通过合计Pd、Ni、Au的各浓度来算出。
[FAB形状]
关于FAB形状的评价，用市售的线接合机将FAB制作为引线框，并以扫描型电子显微镜(SEM)进行了观察(评价数N＝100)。另外，关于FAB，将电流值设定为30～75mA，将EFO的间隙设定为762μm，将尾的长度设定为254μm，一边以流量0.4～0.6L/分使N2+5％H2气体流动一边形成，该直径相对于线径设为1.5～1.9倍的范围。于FAB形状的判定，将正球状的判定为良好，当为偏心、异形、熔融不良时，判定为不良。然后，按照以下的基准进行了评价。
评价基准：
◎：5处以下不良
○：6～10处不良(无实用上的问题)
×：11处以上不良
[FAB的截面中的晶体取向的测定]
用市售的线接合机，以上述[FAB形状]栏所记载的条件来形成FAB，将与FAB的压接接合方向垂直的截面作为测定面，对晶体取向进行了测定。在本发明中，所谓与FAB的压接接合方向垂直的截面，意味着沿着图2所示的虚线A-A切断FAB而露出的截面，作为基准的虚线A-A设定为露出截面的直径成为最大的位置。对于测定，使用EBSD法，利用附属于装置的分析软件，由此以前述的顺序来算出＜100＞晶体取向的比例。针对3个FAB进行测定，将得到的比例的各值作为算术平均值，并设为FAB的截面中的＜100＞晶体取向的比例。
[第二接合部的接合性]
第二接合部的接合性通过第二接合窗试验进行了评价。第二接合窗试验为一种如下的试验：将与横轴进行第二接合时的超声波电流从30mA到80mA每10mA设置6个阶段，将与纵轴进行第二接合时的载荷从20gf到70gf每10gf设置6个阶段，针对所有36个第二接合条件，求出可接合的条件数。
【表1】
(表1)
本试验针对实施例及比较例的各线，使用市售的线接合机，就各条件，将各200根与引线框的引线部分进行了接合。对于引线，使用实施了镀Ag的引线，在阶段温度200℃、N2+5％H2气体0.5L/分的流通下进行了接合。然后，求出没有不附着或接合机停止的问题，可连续接合的条件数，按照以下的基准进行了评价。
评价基准：
◎：33个条件以上
○：30～32个条件
△：26～29个条件
×：25个条件以下
[第二接合部的接合可靠性]
第二接合部的接合可靠性通过高温放置试验(HTSL：High Temperature StorageLife Test)进行了评价。
将用市售的线接合机楔接合于引线框的引线部分的样本通过市售的热固性环氧树脂进行密封，制作了第二接合部的接合可靠性试验用的样本。引线使用实施了了1～3μm的镀Ag的Fe-42原子％Ni合金引线。使用高温恒温机，将制作的接合可靠性评价用的样本暴露于温度175℃的环境。关于第二接合部的接合寿命，每500小时实施楔接合部的拉伸试验，拉伸强度的值设为初始得到的拉伸强度的1/2的时间。拉伸强度的值使用了随机地选择的楔接合部的50处测定值的算术平均值。高温放置试验后的拉伸试验在通过酸处理来除去树脂而使楔接合部露出后进行。然后，按照以下的基准进行了评价。
评价基准：
◎：接合寿命2000小时以上
○：接合寿命1000小时以上，小于2000小时
×：接合寿命小于1000小时
[第一接合部的接合可靠性]
第一接合部的接合可靠性通过高温放置试验(HTSL：High Temperature StorageLife Test)及高温高湿试验(HAST；Highly Accelerated Temperatureand HumidityStress Test)这两者进行了评价。
-HTSL-
将用市售的线接合机球接合于在一般的金属框上的Si基板将厚度1.5μm的Al-1.0质量％，Si-0.5质量％，Cu的合金成膜来设置的电极的样本通过市售的热固性环氧树脂来密封，制作了第一接合部的接合可靠性试验用的样本。球以上述[FAB形状]栏所记载的条件来形成。使用高温恒温机，将制作的接合可靠性评价用的样本暴露于温度175℃的环境。关于第一接合部的接合寿命，每500小时实施球接合部的剪切试验，并设为剪切强度的值成为初始得到的剪切强度的1/2的时间。剪切强度的值使用了随机地选择的球接合部的50处测定值的算术平均值。高温放置试验后的剪切试验在通过酸处理来除去树脂而使球接合部露出后进行。然后，按照以下的基准进行了评价。
评价基准：
◎：接合寿命2000小时以上
○：接合寿命1000小时以上，小于2000小时
×：接合寿命小于1000小时
-HAST-
使用不饱和型压力锅试验机，将以与上述同样的顺序制作的第一接合部的接合可靠性评价用的样本暴露于温度130℃，相对湿度85％的高温高湿环境，并施加7V的偏压。关于第一接合部的接合寿命，每48小时实施球接合部的剪切试验，剪切强度的值设为初始得到的剪切强度的1/2的时间。剪切强度的值使用了随机地选择的球接合部的50处测定值的算术平均值。剪切试验在通过酸处理来除去树脂而使球接合部露出后进行。然后，按照以下的基准进行了评价。
评价基准：
◎：接合寿命480小时以上
○：接合寿命384小时以上，小于480小时
△：接合寿命288时间以上，小于384小时
×：接合寿命小于288小时
[压接形状]
关于第一接合部的压接形状(球的压溃形状)的评价，用市售的线接合机，以上述[FAB形状]栏所记载的条件来形成球，将其与在Si基板成膜厚度1.5μm的Al-1.0质量％、Si-0.5质量％、Cu的合金成膜而设置的电极压接接合，从正上方以光学显微镜进行了观察(评价数N＝100)。球的压溃形状的判定在压溃形状接近正圆的情况下判定为良好，当为椭圆形或花瓣状的形状时判定为不良。然后，按照以下的基准进行了评价。
评价基准：
◎：无不良
○：不良1～3处
△：不良4或5处
×：6处以上不良
[芯片损伤]
关于芯片损伤的评价，用市售的线接合机，以上述[FAB形状]栏所记载的条件来形成球，将其与在Si基板成膜厚度1.5μm的Al-1.0质量％、Si-0.5质量％、Cu的合金成膜而设置自动电极压接接合，然后，以药液将线及电极溶解，露出Si基板，以光学显微镜对接合部正下方的Si基板进行观察，由此来进行(评价数N＝50)。然后，按照以下的基准进行了评价。
评价基准：
○：无裂纹及结合的痕迹
△：尽管无裂纹，但是存在可确认结合的痕迹的位置(3处以下)
×：其以外
将实施例及比较例的评价结果在表2～4中示出。
【表2】
【表3】
【表4】
(表4)
*1相对于线整体的Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)与Pd的浓度XPd(质量％)之比
可确认的是，实施例No.1～57的线均具备全部满足本件特定的条件(1)～(4)的被覆层，会带来良好的FAB形状，并且带来良好的第二接合部的接合可靠性。
此外，可确认的是，在表面含有Au的线易于得到格外良好的第二接合部的接合性(实施例No.18～23)。
此外，可确认的是，含有第1添加元素总计1质量ppm以上的实施例No.24～29、38～41、52～57的线会带来格外良好的第一接合部的压接形状。可确认的是，含有第2添加元素总计1质量ppm以上的实施例No.30～41、55～57的线会带来格外良好的高温高湿环境下的第一接合部的接合可靠性。可确认的是，含有第3添加元素总计0.011质量％以上的实施例No.44～57的线会带来格外良好的高温环境下的第一接合部的接合可靠性。
另一方面，可确认的是，比较例No.1～7的线具备不满足本件特定的条件(1)～(4)中的至少1个的被覆层，FAB形状、第二接合部的接合可靠性中的任意1个以上不良。
在用线形成FAB时，当在对与该FAB的压接接合方向垂直的截面的晶体取向进行测定的结果中，可确认的是，相对于压接接合方向角度差为15度以下的<100>晶体取向的比例为30％以上时，能够实现良好的第一接合部的压接形状(实施例No.58～63、65～70)。可确认的是，尤其当该<100>晶体取向的比例为50％以上时，能够实现格外优异的第一接合部的压接形状(实施例No.58、65、67、68)。

Claims (11)

1.一种半导体装置用接合线，其包含芯材和被覆层，该芯材由Cu或Cu合金构成，该被覆层被形成于该芯材的表面，并含有Cu以外的导电性金属；
该半导体装置用接合线中，
该被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域，且在将该被覆层的厚度记为dnm时，在距线表面深度0.5d的范围中具有包含Ni和Pd的区域；
该被覆层的厚度d为10nm以上，130nm以下；
以质量％计，相对于线整体的Ni的浓度CNi与Pd的浓度CPd之比CNi/CPd为0.02以上0.7以下；
在线的深度方向的浓度分布中，表示Ni的最大浓度的位置处于距线表面深度0.5d的范围中，且该Ni的最大浓度为10原子％以上。
2.如权利要求1所述的接合线，其中，
被覆层在被覆层的厚度方向上，在线表面侧含有Au。
3.如权利要求1或2所述的接合线，其中，
以质量％计，相对于线整体的Pd、Ni、Au的合计浓度CM与Pd的浓度CPd之比CPd/CM为0.5以上。
4.如权利要求1～3的任意一项所述的接合线，其中，
在线的深度方向的浓度分布中，Pd的最大浓度为80原子％以上。
5.如权利要求1～4的任意一项所述的接合线，其中，
线的深度方向的浓度分布一边从线的表面通过Ar溅射在深度方向上向下挖，一边以下述条件通过俄歇电子能谱法进行测定而得到，
条件：进行定位，使得线的宽度的中心为测定面的宽度的中心，且测定面的宽度为线直径的5％以上，15％以下，测定面的长度为测定面的宽度的5倍。
6.如权利要求1～5的任意一项所述的接合线，其中，
在用线形成了无空气焊球时，在对与该无空气焊球的压接接合方向垂直的截面的晶体取向进行测定得到的结果中，相对于压接接合方向的角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的比例为30％以上。
7.如权利要求6所述的接合线，其中，
相对于压接接合方向的角度差为15度以下的＜100＞晶体取向的比例为50％以上。
8.如权利要求1～7的任意一项所述的接合线，其中，
包含从由B、P及Mg构成的组中选择的1种以上的元素作为第1添加元素，第1添加元素相对于线整体的总计浓度为1质量ppm以上，100质量ppm以下。
9.如权利要求1～8的任意一项所述的接合线，其中，
包含从由Se、Te、As及Sb构成的组中选择的1种以上的元素作为第2添加元素，第2添加元素相对于线整体的总计浓度为1质量ppm以上，100质量ppm以下。
10.如权利要求1～9的任意一项所述的接合线，其中，
包含从由Ga、Ge及In构成的组中选择的1种以上的元素作为第3添加元素，第3添加元素相对于线整体的总计浓度为0.011质量％以上，1.5质量％以下。
11.一种半导体装置，其包含如权利要求1～10的任意一项所述的接合线。
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