CN117581341A - 半导体装置用接合线 - Google Patents

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wire
concentration
bonding
coating layer
mass
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CN202280044066.3A
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小田大造
江藤基稀
山田隆
榛原照男
大石良
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Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Abstract

提供一种新型的Cu接合线，其带来良好的FAB形状，并且在严酷的高温环境下也带来良好的第二接合部的接合可靠性。该半导体装置用接合线的特征在于，包括由Cu或Cu合金构成的芯材以及在该芯材的表面形成的含有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为主要成分的区域，并且在将该被覆层的厚度设为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围内具有含有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％)和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的最大浓度的位置在距线表面深度0.5d的范围内，该Ni的最大浓度为10原子％以上，并且满足以下条件(i)、(ii)的至少一方，(i)In相对于线整体的浓度为1质量ppm以上100质量ppm以下，(ii)Ag相对于线整体的浓度为1质量ppm以上500质量ppm以下。

Description

半导体装置用接合线
技术领域
本发明涉及半导体装置用接合线。进而，涉及包括该接合线的半导体装置。
背景技术
在半导体装置中，通过接合线将形成于半导体芯片上的电极与引线框或基板上的电极之间进行连接。接合线的连接方法一般为超声波并用热压接方式，可使用通用接合装置、将接合线通过其内部而用于连接的毛细管夹具等。连接工艺通过与半导体芯片上的电极进行第一次接合，接着在形成环路后，将线部与引线框或基板上的外部电极进行第二次接合而完成。第一次接合是利用电弧热输入将线前端加热熔融，通过表面张力形成无空气焊球(FAB：Free Air Ball；以下，也简称为“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”)。另外，第二次接合不形成球，而是通过施加超声波、载荷而将线部压接接合于外部电极上(以下，称为“楔接合”)。
至今为止，接合线的材料以金(Au)为主流，但以LSI用途为中心，向铜(Cu)的替代正在推进(例如，专利文献1～3)，另外，以近年来的电动汽车、混合动力汽车的普及为背景而在车载用设备用途中，以及在空调、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，由于热导率及熔断电流高，因此有望转向由高效率且可靠性高的Cu的替代。
Cu与Au相比具有容易氧化的缺点，作为防止Cu接合线的表面氧化的方法，提出了用Pd、Ni等金属被覆Cu芯材的表面的结构(专利文献4)。另外，还提出了通过用Pd被覆Cu芯材的表面，进而在Cu芯材中添加Pd、Pt，由此改善第一接合部的接合可靠性的Pd被覆Cu接合线(专利文献5)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开昭61-48543号公报
专利文献2：日本国特表2018-503743号公报
专利文献3：国际公开第2017/221770号
专利文献4：日本国特开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
车载用设备或功率设备在工作时与一般的电子设备相比，有暴露于更高温的倾向，关于所使用的接合线，要求在严酷的高温环境下呈现良好的接合可靠性。
本发明人以车载用器件等要求的特性为基础实施了评价，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被覆层部分剥离而芯材的Cu露出，被覆Pd部与露出Cu部的接触区域在高温环境下暴露于包含从密封树脂产生的氧或水蒸气、硫化物类排气的环境，由此产生Cu的局部腐蚀、即电化学腐蚀，有时不能充分地得到第二接合部的接合可靠性。另一方面，关于不具有Pd被覆层的裸Cu接合线，虽然不会产生电化学符合，但FAB形状不良，进而第一接合部的压接形状差，对高密度安装所要求的窄间距连接的应对不充分。
如上所述，期望开发带来良好的FAB形状，并且抑制高温环境下的电化学腐蚀而带来良好的第二接合部的接合可靠性的Cu系的接合线。在这方面，车载用设备等所要求的特性越来越严苛，要求在更高温下的动作保证。在评价高温环境下的接合线的接合可靠性时，设想严酷的高温环境，进行暴露于温度175℃的环境中的高温放置试验(HTSL：HighTemperature Storage Life Test)的情况较多，但本发明人设想更严酷的高温环境而进行温度200℃下的HTSL。其结果，发现即使是在温度175℃下呈现良好的第二接合部的接合可靠性的接合线，在温度200℃下也有第二接合部的接合可靠性受损的倾向。另外，确认了该倾向随着接合线的线径变粗而变得显著。在此，由于随着线的线径变粗而第二接合部的接合可靠性的恶化变得显著的情况无法仅基于电化学腐蚀的不良模式进行说明，因此还发现在温度200℃这样的严酷的高温环境下，除了电化学腐蚀的不良模式之外，其他不良模式也显现、显著化。
本发明提供一种新型的Cu接合线，其带来良好的FAB形状，并且在严酷的高温环境下也带来良好的第二接合部的接合可靠性。
用于解决技术问题的技术手段
本发明人针对上述课题进行深入研究，结果发现通过具有以下构成能够解决上述课题，从而完成了本发明。
即，本发明包括以下内容。
[1]一种半导体装置用接合线，其是包括由Cu或Cu合金构成的芯材以及在该芯材的表面形成的含有Cu以外的导电性金属的被覆层的半导体装置用接合线，
该被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主要成分的区域，并且在将该被覆层的厚度设为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围内具有含有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％)和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的最大浓度的位置在距线表面深度0.5d的范围内，且该Ni的最大浓度为10原子％以上；
所述半导体装置用接合线满足以下条件(i)、(ii)的至少一方，
(i)In相对于线整体的浓度为1质量ppm以上100质量ppm以下，
(ii)Ag相对于线整体的浓度为1质量ppm以上500质量ppm以下。
[2]如[1]所记载的接合线，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]所记载的接合线，Pd、Ni、Au相对于线整体的合计浓度CM(质量％)和Pd的浓度CPd(质量％)之比CPd/CM为0.5以上。
[4]如[1]～[3]的任意一项所记载的接合线，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]的任意一项所记载的接合线，线的深度方向的浓度分布是从线的表面通过Ar溅射法在深度方向上向下挖，并在以下<条件>下通过俄歇电子能谱法(AES)进行测定而得到的，
<条件>以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，并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[1]～[5]的任意一项所记载的接合线，
在使用线形成无空气焊球(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]所记载的接合线，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]的任意一项所记载的接合线，含有从由B、P以及Mg构成的组中选择的一种以上的元素(以下，称为“第一添加元素”)，第一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]的任意一项所记载的接合线，含有从由Se、Te、As以及Sb构成的组中选择的一种以上的元素(以下，称为“第二添加元素”)，第二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]的任意一项所记载的接合线，含有从由Ga以及Ge构成的组中选择的一种以上的元素(以下，称为“第三添加元素”。)，第三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，包括如[1]～[10]的任意一项所记载的接合线。
发明效果
根据本发明，能够提供一种新型的Cu接合线，其带来良好的FAB形状，并且在严酷的高温环境下也带来良好的第二接合部的接合可靠性。
附图说明
图1是用于说明进行利用AES的组成分析时的测定面的位置及尺寸的概略图。
图2是用于说明与FAB的压接接合方向垂直的截面的概略图。
具体实施方式
以下,按照优选的实施方式对本发明进行详细说明。在说明中有时参照附图,但各附图只是以能够理解发明的程度概略示出构成要素的形状、大小及配置。本发明并不限定于以下实施方式及例示物，在不脱离本发明的权利要求及其均等的范围内可以任意变更而实施。
[半导体装置用接合线]
半导体装置用接合线(以下，也简称为“本发明的线”、“线”)的特征在于，
包括：由Cu或Cu合金构成的芯材；以及
在该芯材的表面形成的含有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为主要成分的区域，并且在将该被覆层的厚度设为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围内具有含有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％)和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的最大浓度的位置在距线表面深度0.5d的范围内，且该Ni的最大浓度为10原子％以上；
In及Ag的至少一方相对于线整体的浓度为1质量ppm以上。
如上所述，车载用设备、功率设备中使用的接合线要求在严酷的高温环境下呈现良好的接合可靠性。例如，在车载用设备中使用的接合线中，要求在超过150℃这样的高温环境下的接合可靠性。本发明人以车载用设备等要求的特性为基础实施了评价，发现在现有的具有Pd被覆层的Cu接合线中，在高温环境下产生电化学腐蚀，又是无法充分得到第二接合部的接合可靠性。另外，关于不具有Pd被覆层的裸Cu接合线，虽然不会产生电化学符合，但FAB形状不良，进而第一接合部的压接形状差，对高密度安装所要求的窄间距连接的应对不充分。
车载用设备、功率设备所要求的特性越来越严苛，要求在更高温下的动作保证。在评价高温环境下的接合线的接合可靠性时，设想严酷的高温环境，进行暴露于温度175℃的环境中的HTSL的情况较多，但本发明人设想更严酷的高温环境而进行温度200℃下的HTSL。其结果，发现即使是在温度175℃下呈现良好的第二接合部的接合可靠性的接合线，在温度200℃下也有第二接合部的接合可靠性受损的倾向。另外，确认了该倾向随着接合线的线径变粗而变得显著。在此，由于随着线的线径变粗而第二接合部的接合可靠性的恶化变得显著的情况无法仅基于电化学腐蚀的不良模式进行说明，因此还发现在温度200℃这样的严酷的高温环境下，除了电化学腐蚀的不良模式之外，其他不良模式也显现、显著化。
与此相对，本发明人发现，根据以下这样的接合线，带来良好的FAB形状，并且带来高温环境下的良好的第二接合部的接合可靠性，该接合线是包括由Cu或Cu合金构成的芯材以及在该芯材的表面形成的含有Cu以外的导电性金属的被覆层的半导体装置用接合线，该被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主要成分的区域，并且在将该被覆层的厚度设为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围内具有含有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％)和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的最大浓度的位置在距线表面深度0.5d的范围内，且该Ni的最大浓度为10原子％以上，In及Ag的至少一方相对于线整体的浓度为1质量ppm以上。本发明显著地有助于车载用设备等中的Cu接合线的实用化、其促进。
<由Cu或Cu合金构成的芯材>
本发明的线包括由Cu或Cu合金构成的芯材(以下，也简称为“Cu芯材”。)。
Cu芯材只要是由Cu或Cu合金构成则没有特别限定，可以使用构成作为半导体装置用接合线已知的现有的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，例如在Cu芯材的中心(轴心部)可以为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、99.98原子％以上或99.99原子％以上等。
从实现与接合线的线径无关地在严酷的高温环境下呈现良好的第二接合部的接合可靠性的接合线的观点出发，优选Cu芯材含有In、Ag，使得In及Ag的至少一方相对于线整体的浓度为1质量ppm以上。In、Ag相对于线整体的浓度的优选范围如后述说明。
另外，Cu芯材例如可以含有从后述说明的第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素中选择的一种以上的掺杂剂。这些掺杂剂的优选的含量如后述说明。
在一实施方式中，Cu芯材由Cu和不可避免的杂质构成。在其他实施方式中，Cu芯材由Cu、In及Ag的至少一方、以及不可避免的杂质构成。进而在另一实施方式中，Cu芯材由Cu、从后述说明的第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素中选择的一种以上的元素、以及不可避免的杂质构成。进而在又一实施方式中，Cu芯材由Cu、In及Ag的至少一方、从后述说明的第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素中选择的一种以上的元素、以及不可避免的杂质构成。此外，关于Cu芯材的用语“不可避免的杂质”也包含构成后述说明的含有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>
本发明的线包括在Cu芯材的表面形成的含有Cu以外的导电性金属的被覆层(以下，也简称为“被覆层”)。被覆层的优选的组成后述说明，但在本发明的线中，被覆层优选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，并且带来高温环境下的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满足以下所有条件(1)至(4)。
(1)在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主要成分的区域，并且在将该被覆层的厚度设为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围内具有含有Ni和Pd的区域，
(2)该被覆层的厚度d为10nm以上130nm以下，
(3)含有Ni和Pd，使得相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)和Pd的浓度CPd(质量％)之比CNi/CPd为0.02以上0.7以下，
(4)在线的深度方向的浓度分布中表示Ni的最大浓度的位置在距线表面深度0.5d的范围内，且该Ni的最大浓度为10原子％以上。
－条件(1)－
条件(1)涉及以下内容：被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主要成分的区域，并且在将该被覆层的厚度设为d(nm)时，在距线表面深度0.5d的范围内具有含有Ni和Pd的区域。
在条件(2)～(4)的组合中，通过包括满足条件(1)的被覆层，本发明的线能够带来良好的FAB形状，并且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(1)中，被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主要成分的区域。在本发明中，关于被覆层的“以Pd为主要成分的区域”是指Pd的浓度为50原子％以上的区域。如后述说明，作为Cu以外的导电性金属，被覆层除了Pd以外、在线表面侧含有Ni，进而也可以含有Au等导电性金属，但从带来良好的FAB形状的观点出发，被覆层优选含有Pd，使得相对于线整体的Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)和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。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的接合性，因此优选。上述比CPd/CM的上限只要满足条件(2)～(4)则没有特别限定，例如可以是0.98以下、0.96以下或0.95以下等。另外，如后述说明，在本发明的线中，被覆层在将该被覆层的厚度设为d时，在距线表面深度0.5d的范围内具有含有Ni和Pd的区域，但从带来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，被覆层优选含有Ni，使得相对于线整体的Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)和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。上述比CNi/CM的上限只要满足条件(2)～(4)则没有特别限定，例如可以是0.4以下、0.35以下或0.3以下等。该比CPd/CM、CNi/CM能够通过以下方法计算：将通过后述说明的“元素含量的测定”所记载的方法测定出的相对于线整体的Pd的浓度CPd(质量％)、Ni的浓度CNi(质量％)除以同样地测定出的Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)。
关于条件(1)，被覆层在将该被覆层的厚度设为d(nm；测定、计算方法与条件(2)相关联地后述说明)时，在距线表面深度0.5d的范围内具有含有Ni和Pd的区域，能够通过以下方法确认：从线的表面通过Ar溅射法进一步向深度方向(向线中心的方向)上向下挖，并通过俄歇电子能谱法(AES)进行组成分析。详细而言，1)进行线表面的组成分析后，通过进一步重复2)利用Ar的溅射和3)溅射后的表面的组成分析，从线的表面取得深度(中心)方向的各元素的浓度变化(所谓深度方向的浓度分布)，能够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，深度的单位进行SiO2换算。
在进行1)线表面的组成分析、3)溅射后的表面的组成分析时，测定面的位置和尺寸如以下这样确定。此外，以下，测定面的宽度是指与线轴垂直的方向(线的粗细方向)上的测定面的尺寸，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，并且与线轴垂直的方向(线的粗细方向)与图1的水平方向(左右方向)对应的方式表示。图1中，在与线1的关系中示出测定面2，测定面2的宽度是与线轴垂直的方向上的测定面的尺寸wa，测定面2的长度是线轴的方向上的测定面的尺寸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，并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，线的宽度用标记W表示，线的宽度的中心用单点划线X表示。因此，测定面2以其宽度的中心与作为线的宽度的中心的单点划线X一致的方式进行定位，并且，以测定面的宽度wa成为线直径(与线的宽度W为相同值)的5％以上15％以下、即、0.05W以上0.15W以下的方式进行确定。另外，测定面的长度la满足la＝5wa的关系。通过如上述这样确定测定面的位置和尺寸，能够高精度地确认适合带来高温环境下的良好的第二接合部的接合可靠性的被覆层中的以Pd为主成分的区域、含有Ni和Pd的区域的存在。
在本发明中，被覆层在被覆层的厚度方向中，在芯材侧具有以Pd为主成分的区域，并且在距线表面深度0.5d的范围内具有含有Ni和Pd的区域基于在后述说明的“利用俄歇电子能谱法(AES)的被覆层的厚度分析”栏所记载的条件下测定出的结果。
关于对一实施方式的本发明的线求出的、深度方向的浓度分布，以下说明其倾向。从线的表面到一定深度位置，存在含有Ni和Pd的区域。在该区域中，从线的表面向深度方向具有Ni的浓度降低并且Pd的浓度上升的倾向。若进一步向深度方向推进，则Pd的浓度成为最大值，接着具有Pd的浓度降低并且Cu的浓度上升的倾向。Pd可以在某一深度位置(d1)示出最大浓度，也可以在某一深度范围(d1～d2)示出最大值。在这样的浓度分布中，着眼于Ni、Pd的浓度的增减，能够求出同时含有Ni和Pd的区域或以Pd为主要成分的区域的存在、这些区域的位置。另外，在这样的浓度分布中，着眼于Ni、Pd的浓度的增减，能够根据其浓度成为最大的位置求出Ni、Pd的最大浓度。此外，如后述说明，在被覆层在线表面侧含有Au的情况下，在深度方向的浓度分布中，具有从线的表面到极浅的位置存在Au浓度降低并且Ni的浓度上升的区域的倾向。在该情况下，也着眼于被覆层中的Ni、Pd的浓度的增减，求出同时含有Ni和Pd的区域或以Pd为主要成分的区域的存在、这些区域的位置、Ni、Pd的最大浓度即可。在本发明的线中，只要在距线表面深度0.5d的范围内具有含有Ni和Pd的区域，则在距线表面的深度超过0.5d的位置也可以具有含有Ni和Pd的区域。此外，在求出被覆层中的Ni、Pd的最大浓度时，优选针对在线轴方向上相互分开1mm以上的多处(n≧3)测定面取得浓度分布，采用其算术平均值。Pd的最大浓度的优选范围后述说明，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为主要成分的区域”。
在优选的一实施方式中，在线的深度方向的浓度分布中，表示Ni的最大浓度的位置位于比表示Pd的最大浓度的位置靠线的表面侧。
在条件(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。另外，在被覆层中的Pd的最大浓度在上述范围内时，能够进一步提高第二次接合性(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，因此优选。被覆层中的Pd的最大浓度的上限没有特别限定，例如也可以为100质量％。
－条件(2)－
条件(2)涉及被覆层的厚度d。
在与条件(1)、(3)、(4)的组合中，通过包括满足条件(2)的被覆层，本发明的线能够带来良好的FAB形状。另外，通过包括满足条件(2)的被覆层，能够进一步提高第二接合部的接合性，并且能够进一步提高第一接合部的接合可靠性。
关于条件(2)，从实现良好的FAB形状的观点出发，被覆层的厚度d(计算方法后述说明。)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、更进一步优选为16nm以上、特别优选为18nm以上或20nm以上。若被覆层的厚度小于10nm，则具有在FAB形成时产生偏心、FAB形状恶化，并且第一接合部的压接形状恶化的倾向。另外，从实现良好的FAB形状的观点出发，被覆层的厚度d的上限优选为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。若被覆层的厚度超过130nm，则具有在FAB形成时产生异形、熔融不良、FAB恶化，并且第一接合部的压接形状恶化的倾向。
条件(2)中的被覆层的厚度d可以根据上述的深度方向的浓度分布确定。首先，以Cu的浓度为基准判定Cu芯材与被覆层的边界。将Cu的浓度为50原子％的位置判定为边界，Cu的浓度为50原子％以上的区域为Cu芯材，小于50原子％的区域为被覆层。在本发明中，Cu芯材与被覆层的边界不一定需要是晶界。然后，从线表面向线中心侧确认浓度分布，被覆层的厚度能够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％的深度位置的距离而求出。在本发明中，在根据深度方向的浓度分布确定被覆层的厚度时，深度的单位进行SiO2换算。另外，优选针对在线轴方向上相互分开1mm以上的多处(n≧3)测定面取得浓度分布，采用其算术平均值。
－条件(3)－
条件(3)涉及相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)和Pd的浓度CPd(质量％)之比CNi/CPd的范围。
在与条件(1)、(2)、(4)的组合中，通过包括满足条件(3)的被覆层，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，同时能够带来良好的FAB形状。
关于条件(3)，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，比CNi/CPd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。若比CNi/CPd小于0.02，则具有FAB形状恶化，并且第一接合部的压接形状恶化的倾向。另外，具有第二接合部的接合可靠性恶化的倾向。从实现良好的FAB形状的观点出发，比CNi/CPd的上限为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。若比CNi/CPd超过0.7，则具有FAB形状恶化，并且第一接合部的压接形状恶化的倾向。
条件(3)中的比CNi/CPd可以通过以下方法计算：将通过后述说明的“元素含量的测定”所记载的方法测定出的相对于线整体的Ni的浓度CNi(质量％)除以同样地测定出的Pd的浓度CPd(质量％)。
－条件(4)－
条件(4)涉及在线的深度方向的浓度分布中的表示Ni的最大浓度的位置和最大浓度值。
在与条件(1)～(3)的组合中，通过包括满足条件(4)的被覆层，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的最大浓度的位置在距线表面深度0.5d的范围内，优选为在距线表面深度0.4d的范围内、更优选为在距线表面深度0.3d的范围内。在此，d如上所述，意味着被覆层的厚度(nm)。
关于条件(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。若该Ni的最大浓度小于10原子％，则具有第二接合部的接合可靠性恶化的倾向。Ni的最大浓度的上限没有特别限定，也可以是100原子％，但从实现良好的第二接合部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。
条件(4)中的表示Ni的最大浓度的位置、最大浓度值如与条件(1)相关联地说明，在深度方向的浓度分布中，着眼于Ni的浓度的增减，能够求出其浓度成为最大的位置。
上述条件(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说明的“利用俄歇电子能谱法(AES)的被覆层的厚度分析”栏所记载的条件下测定出的结果。
被覆层例如也可以含有从后述说明的第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素中选择的一种以上的掺杂剂。这些掺杂剂的优选的含量如后述说明。
在本发明的线中，被覆层在被覆层的厚度方向上，也可以在线表面侧还含有Au。通过被覆层还含有Au，能够进一步改善第二接合部的接合性。
从进一步改善第二接合部的接合性的观点出发，本发明的线的表面的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。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，本发明的线的表面的Au的浓度的上限优选为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，在优选的一个实施方式中，本发明的线的表面的Au的浓度为10原子％以上90原子％以下。
在本发明中，线表面的Au的浓度可以通过将线表面作为测定面，通过俄歇电子能谱法(AES)进行线表面的组成分析而求出。在此，在求出表面的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。
线表面的组成分析可以在与取得深度方向的浓度分布的方法相关联地说明的1)线表面的组成分析同样的条件下实施。即，在通过俄歇电子能谱法对线表面进行组成分析时，测定面的位置和尺寸如以下这样确定。
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，并且以测定面的宽度成为线直径的5％以上15％以下的方式确定测定面。测定面的长度设定为成为测定面的宽度的5倍。通过像上述这样确定测定面的位置和尺寸，能够高精度地测定适合进一步改善第二次接合性的线表面的Au的浓度。另外，优选对在线轴方向上相互分开1mm以上的多处(n≧3)测定面实施，采用其算术平均值。
上述的表面的Au的浓度基于在后述说明的“利用俄歇电子能谱法(AES)的线表面的组成分析”栏所记载的条件下测定出的结果。
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的最大浓度的位置位于比表示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。
在一实施方式中，被覆层由Pd及Ni、以及不可避免的杂质构成。在另一实施方式中，被覆层由Pd及Ni、In及Ag的至少一方、以及不可避免的杂质构成。进而在另一实施方式中，被覆层由Pd及Ni、Au、从后述说明的第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素中选择的一种以上的元素、以及不可避免的杂质构成。进而在又一实施方式中，被覆层由Pd及Ni、In及Ag的至少一方、Au、从后述说明的第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素中选择的一种以上的元素、以及不可避免的杂质构成。此外，关于被覆层的用语“不可避免的杂质”也包含构成上述Cu芯材的元素。
本发明的线的特征在于含有In及Ag的至少一方。通过包括满足所有上述条件(1)至(4)的被覆层，并且相对于线整体，含有1质量ppm以上的In及Ag的至少一方，本发明的线能够带来良好的FAB形状，并且能够带来高温环境下的良好的第二接合部的接合可靠性。
因此，本发明的线包括满足所有上述条件(1)至(4)的被覆层，并且满足以下条件(i)、(ii)的至少一方，
(i)In相对于线整体的浓度为1质量ppm以上，
(ii)Ag相对于线整体的浓度为1质量ppm以上。
－条件(i)－
条件(i)涉及In相对于线整体的浓度。关于条件(i)，从实现与接合线的线径无关地在严酷的高温环境下呈现良好的第二接合部的接合可靠性的接合线的观点出发，In相对于线整体的浓度为1质量ppm以上、优选为2质量ppm以上、3质量ppm以上、4质量ppm以上或5质量ppm以上、更优选为6质量ppm以上、8质量ppm以上或10质量ppm以上、进一步优选为20质量ppm以上、30质量ppm以上或40质量ppm以上、更进一步优选为50质量ppm以上。特别是，In相对于线整体的浓度为50质量ppm以上时，容易实现与接合线的线径无关地在严酷的高温环境下呈现良好的第二接合部的接合可靠性的接合线，因此优选。由于即使进一步含有，高温环境下的第二接合部的接合可靠性的提高效果也达到顶点，因此考虑成本等，In相对于线整体的浓度的上限例如可以为100质量ppm以下、95质量ppm以下、90质量ppm以下等。因此，在一实施方式中，在本发明的线满足条件(i)的情况下，In相对于线整体的浓度为1质量ppm以上100质量ppm以下。
－条件(ii)－
条件(ii)涉及Ag相对于线整体的浓度。关于条件(ii)，从改善高温环境下的接合可靠性的观点出发，其中，从实现与接合线的线径无关地在严酷的高温环境下呈现良好的第二接合部的接合可靠性的接合线的观点出发，Ag相对于线整体的浓度为1质量ppm以上、优选为2质量ppm以上、3质量ppm以上、4质量ppm以上或5质量ppm以上、更优选为10质量ppm以上、20质量ppm以上、30质量ppm以上、40质量ppm以上或50质量ppm以上、进一步优选为60质量ppm以上或80质量ppm以上、更进一步优选为100质量ppm以上。特别是，Ag相对于线整体的浓度为100质量ppm以上时，容易实现与接合线的线径无关地在严酷的高温环境下呈现良好的第二接合部的接合可靠性的接合线，因此优选。由于即使进一步含有，高温环境下的第二接合部的接合可靠性的提高效果也达到顶点，因此考虑成本等，Ag相对于线整体的浓度的上限例如可以为500质量ppm以下、480质量ppm以下、460质量ppm以下、450质量ppm以下等。因此，在一实施方式中，在本发明的线满足条件(ii)的情况下，Ag相对于线整体的浓度为1质量ppm以上500质量ppm以下。
在不满足条件(i)、(ii)的任意一方的情况下，即，在In、Ag的任意一方相对于线整体的浓度均小于1质量ppm的情况下，在温度200℃这样的严酷的高温环境下，具有第二接合部的接合可靠性受损的倾向。如上所述，该倾向随着接合线的线径变粗而变得显著。
对于条件(i)、(ii)，In及Ag的浓度的优选范围如上所述。在更优选的一实施方式中，本发明的线满足以下条件(i)、(ii)的至少一方，
(i)In相对于线整体的浓度为1质量ppm以上100质量ppm以上，
(ii)Ag相对于线整体的浓度为1质量ppm以上500质量ppm以上。
此外，在满足条件(i)、(ii)的至少一方的情况下，从能够进一步享受本发明的效果的观点出发，In及Ag相对于线整体的总计浓度为1质量ppm以上、优选为2质量ppm以上、3质量ppm以上、4质量ppm以上或5质量ppm以上、更优选为6质量ppm以上、8质量ppm以上或10质量ppm以上、进一步优选为20质量ppm以上、30质量ppm以上或40质量ppm以上、更进一步优选为50质量ppm以上、60质量ppm以上或70质量ppm以上，其上限优选为600质量ppm以下、更优选为550质量ppm以下、进一步优选为500质量ppm以下。
在本发明的线中，可以在Cu芯材和被覆层的任意一方中含有In、Ag，也可以在这双方中含有In、Ag。从实现与接合线的线径无关地在严酷的高温环境下呈现良好的第二接合部的接合可靠性的接合线的观点出发，优选在Cu芯材中含有In、Ag。
本发明的线也可以还含有从由B、P及Mg构成的组中选择的一种以上的元素(“第一添加元素”)。在本发明的线含有第一添加元素的情况下，第一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，能够实现带来更良好的第一接合部的压接形状的接合线。第一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。从抑制线的硬质化、降低第一次接合时的芯片损伤的观点出发，第一添加元素的总计浓度优选为100质量ppm以下、更优选为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，在优选的一实施方式中，本发明的线含有第一添加元素，第一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一添加元素的情况下，可以在Cu芯材和被覆层的任意一方中含有第一添加元素，也可以在这双方中含有第一添加元素。从实现带来更良好的第一接合部的压接形状的接合线的观点出发，优选在Cu芯材中含有第一添加元素。
本发明的线也可以还含有从由Se、Te、As及Sb构成的组中选择的一种以上的元素(“第二添加元素”)。在本发明的线含有第二添加元素的情况下，第二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。第二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，第二添加元素的总计浓度优选为100质量ppm以下、更优选为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，在优选的一实施方式中，本发明的线含有第二添加元素，第二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二添加元素的情况下，可以在Cu芯材和被覆层的任意一方中含有第二添加元素，也可以在这双方中含有第二添加元素。从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，优选在被覆层中含有第二添加元素。在被覆层含有第二添加元素的情况下，可以在含有Ni和Pd的区域中含有第二添加元素，也可以在位于芯材侧的以Pd为主要成分的区域中含有第二添加元素。另外，在被覆层在表面侧含有Au的情况下，也可以与该Au一起含有第二添加元素。
本发明的线也可以还含有从由Ga及Ge构成的组中选择的一种以上的元素(“第三添加元素”)。在本发明的线含有第三添加元素的情况下，第三添加元素相对于线整体的总计浓度优选为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。第三添加元素相对于线整体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、0.035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的接合性的观点出发，第三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，在优选的一实施方式中，本发明的线含有第三添加元素，第三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。
在本发明的线含有第三添加元素的情况下，可以在Cu芯材和被覆层的任意一方中含有第三添加元素，也可以在这双方中含有第三添加元素。
线中的In、Ag、第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素的含量能够通过后述说明的“元素含量的测定”所记载的方法进行测定。
在本发明的线中，Cu、Ni、Au、Pd的总计浓度例如可以为98.4质量％以上、98.5质量％以上、98.6质量％以上或98.7原子％以上等。
－其他优选条件－
以下，对本发明的线优选进一步满足的条件进行说明。
本发明的线在使用该线形成FAB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的结果中，优选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，能够实现更良好的第一接合部的压接形状。
如上所述，利用接合线的连接工艺通过与半导体芯片上的电极进行第一次接合，接着在形成环路后，将线部与引线框或基板上的外部电极进行第二次接合而完成。第一次接合是利用电弧热输入将线前端加热熔融，通过表面张力形成FAB后，将该FAB与半导体芯片上的电极进行压接接合(球接合)。本发明人发现，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，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，也简称为“FAB的截面的<100>晶体取向的比例”。)为30％以上的线，能够实现更良好的第一接合部的压接形状。
从实现更良好的第一接合部的压接形状的观点出发，FAB的截面的<100>晶体取向的比例更优选为35％以上、进一步优选为40％以上、更进一步优选为45％以上、特别优选为50％以上、55％以上或60％以上的线适合，特别是，FAB的截面的<100>晶体取向的比例为50％以上的线，能够实现特别良好的第一接合部的压接形状。因此，在优选的一实施方式中，FAB的截面的<100>晶体取向的比例为30％以上、更优选为50％以上。FAB的截面的<100>晶体取向的比例的上限没有特别限定，例如可以为100％，也可以为99.5％以下、99％以下、98％以下等。
参照图2，对与FAB的压接接合方向垂直的截面进行说明。图2表示利用电弧热输入将线1的前端加热熔融，通过表面张力形成FAB10时的概略图。将所形成的FAB10与半导体芯片上的电极(未图示)压接接合。在图2中，FAB10的压接接合方向是用箭头Z表示的方向(是图2中的垂直方向(上下方向))，与压接接合方向Z垂直的截面是沿着与该方向Z垂直的虚线A-A将FAB切断而露出的截面。在此，作为进行截面露出时的基准的虚线A-A设定在露出截面的直径成为最大的位置，即，在将FAB的直径设为D时露出截面的直径成为D的位置。在截面露出作业中，直线A-A可能从目标偏离而露出截面的直径小于D，但只要露出截面的直径为0.9D以上，则其偏离对晶体取向的比例的影响小到可以忽视，因此是可以允许的。
与FAB的压接接合方向垂直的截面的晶体取向可以使用电子背散射衍射(EBSD：Electron Backscattered Diffraction)法进行测定。EBSD法中使用的装置由扫描型电子显微镜和其具备的检测器构成。EBSD法是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，通过解析其衍射图案来确定各测定点的晶体取向的方法。由EBSD法得到的数据的解析可以使用专用软件(株式会社TSL solutions制OIM analysis等)。将与FAB的压接接合方向垂直的截面作为检查面，通过利用附属于装置的解析软件，能够计算特定的晶体取向。
在本发明中，FAB的截面的<100>晶体取向的比例定义为将相对于测定面积的<100>晶体取向的面积以百分率表示。在计算该比例时，在测定面内，仅采用能够以某可靠度为基准鉴定的晶体取向，不能测定晶体取向的部位或者即使能够测定但取向解析的可靠度低的部位等从测定面积以及<100>晶体取向的面积排除来计算。在此，在被排除的数据例如超过整体的2成的情况下，由于测定对象存在某些污染的可能性高，因此应该从截面露出再次实施。另外，在本发明中，FAB的截面的<100>晶体取向的比例为对3个以上的FAB进行测定而得到的比例的各值的算术平均。
关于FAB的截面的<100>晶体取向的比例为30％以上的线能够实现更良好的第一接合部的压接形状的理由，本发明人推测如下。
已知金属通过在特定的晶面、晶体方向上滑动(该面、该方向也称为“滑动面”、“滑动方向”)而变形。使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。在采用这样的晶体结构的情况下，若与压接接合方向垂直的截面的晶体取向为<100>，则在相对于压接面45度的方向上发生金属的滑动而变形，因此FAB相对于压接面在45度方向上相对于与压接面平行的平面呈放射状扩展并变形。其结果，推测压接形状更接近正圆。
在本发明中，FAB的截面的<100>晶体取向的比例具有通过调整被覆层的厚度、被覆层中的Ni浓度和Pd浓度、芯材的Cu纯度而成为期望的范围的倾向。例如，关于被覆层的厚度对FAB的截面的<100>晶体取向的比例造成影响的理由，本发明人推测如下。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，固溶而含有该适度扩散混合后的Ni和Pd的Cu或Cu合金，相对于压接接合方向取向为<100>晶体取向。并且，推测若被覆层的厚度在规定的范围内，则熔融时的Ni和Pd的扩散混合适度，相对于压接接合方向容易取向为<100>晶体取向，另一方面，若被覆层的厚度过薄则容易成为没有取向性的随机的晶体取向，若被覆层的厚度过厚则容易优先成为不同的晶体取向。
本发明的线的直径没有特别限定，可以根据具体目的适当确定，可以优选为30μm以上、35μm以上或40μm以上等。该直径的上限没有特别限定，例如可以为80μm以下、70μm以下或50μm以下等。
<线的制造方法>
对本发明的半导体装置用接合线的制造方法的一个示例进行说明。
首先，通过连续铸造将高纯度(4N～6N：99.99～99.9999质量％以上)的原料铜加工成大径(直径约3～6mm)，得到铸锭。
作为上述In、Ag，或在进行添加的情况下第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素等掺杂剂的添加方法，例如可举出在Cu芯材中含有的方法、在被覆层中含有的方法、被覆于Cu芯材的表面的方法以及被覆于被覆层的表面的方法，也可以组合多种这些方法。无论采用何种添加方法，都能够发挥本发明的效果。在Cu芯材中含有掺杂剂的方法中，使用含有所需的浓度的掺杂剂的铜合金作为原料制造Cu芯材即可。在向作为原材料的Cu中添加掺杂剂而得到该铜合金的情况下，可以直接向Cu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。在被覆层中含有掺杂剂的方法中，在形成被覆层时的Pd、Ni镀浴(湿式镀覆的情况下)或靶材(干式镀覆的情况下)中含有掺杂剂即可。在被覆于Cu芯材的表面的方法或被覆于被覆层的表面的方法中，将Cu芯材的表面或被覆层的表面作为被覆面，实施从(1)(2)镀覆法(湿式)、(3)蒸镀法(干式)中选择的一种以上被覆处理即可。
对大径的铸锭进行锻造、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，也称为“中间线”。)。
作为在Cu芯材的表面形成被覆层的方法，可以利用电镀、无电镀、蒸镀法等，但工业上优选能够稳定地控制膜厚的电镀。例如，可以在中间线的表面形成被覆层。另外，被覆层可以在大径的铸锭的阶段进行被覆，或者，可以在将中间线拉丝而进一步细线化后(例如拉丝至最终的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Ni层或以规定比率含有Ni和Pd的NiPd合金层而形成，也可以通过在设置Ni层或NiPd合金层后进一步设置含有Pd的层而形成。从形成与Cu芯材的密合性优异的被覆层的观点出发，也可以在Cu芯材的表面实施导电性金属的冲击镀覆后形成规定的被覆层。
在线表面侧形成具有含有Au的区域的被覆层的情况下，能够利用与上述同样的方法，通过在被覆层的表面侧设置Au层而形成。
拉丝加工可以使用能够设置多个进行了金刚石涂层的模具的连续拉丝装置来实施。根据需要，也可以在拉丝加工的中途阶段实施热处理。通过热处理使构成元素在线表面侧的Ni层或NiPd合金层与下层的Pd层之间相互扩散，能够在距线表面深度0.5d的范围内形成含有Ni和Pd的区域。另外，在形成在线表面侧具有含有Au的区域的被覆层的情况下，通过热处理使构成元素在线表面的Au层与下层的Ni层或NiPd合金层(在设置的情况下为含有Pd的层)之间相互扩散，能够在被覆层的线表面侧形成含有Au的区域(例如，含有Au和Ni和Pd的合金区域)，使得线表面的Au的浓度成为上述优选范围。作为其方法，在一定的炉内温度下在电炉中、通过在一定速度下连续地吹扫线而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成控制在期望的范围，因此优选。此外，也可以采用最初被覆含有Au和Ni、Pd中的一种以上的合金区域的方法来替代在被覆层的表面侧设置Au层后通过热处理形成含有Au的区域的方法。
本发明的线能够带来良好的FAB形状，并且能够带来高温环境下的良好的第二接合部的结合可靠性。因此，本发明的接合线特别是能够适合用作车载用设备、功率设备用的接合线。
[半导体装置的制造方法]
通过使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框或电路基板上的电极连接，能够制造半导体装置。
在一实施方式中，本发明的半导体装置的特征在于，包括电路基板、半导体芯片、以及用于使电路基板和半导体芯片导通的接合线，该接合线是本发明的线。
在本发明的半导体装置中，电路基板和半导体芯片没有特别限定，可以使用能够用于构成半导体装置的公知的电路基板和半导体芯片。或者，也可以使用引线框架来替代电路基板。例如，如日本特开2020-150116号公报中记载的半导体装置那样，也可以为包括引线框和安装于该引线框的半导体芯片的半导体装置的结构。
作为半导体装置，可举出供于电气产品(例如，计算机、移动电话、数码照相机、电视、空调、太阳能发电系统等)以及交通工具(例如，摩托车、汽车、电车、船舶及飞机等)等的各种半导体装置。
[实施例]
以下，关于本发明，示出实施例并进行具体说明。但是，本发明并不限定于以下所示的实施例。
(样品)
首先说明样品的制作方法。作为Cu芯材的原材料的Cu使用纯度为99.99质量％以上(4N)且剩余部分由不可避免的杂质构成的Cu。另外，In、Ag或在添加的情况下第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素使用纯度为99质量％以上且剩余部分由不可避免的杂质构成的原材料，或者在Cu中以高浓度配合这些添加元素的母合金。
芯材的Cu合金首先在石墨坩埚中装填原料，使用高频炉，在N2气体、Ar气体等惰性气氛中加热至1090～1500℃而熔解后，通过连续铸造制造直径约3～6mm的铸锭。接着，对得到的铸锭进行拉拔加工而制作直径为0.7～2.0mm的中间线，进一步使用模具连续地进行拉丝加工等，由此将线细径化至进行被覆的线径。在拉丝加工中，使用市售的润滑液，拉丝速度设为20～150m/分钟。关于被覆层的形成，为了除去线表面的氧化膜，进行利用盐酸或硫酸的酸洗处理后，以覆盖芯材的Cu合金的整个表面的方式形成Pd层，并在其表面设置Ni层。进而，一部分线(实施例No.23～25、27、28、30、33、37、40、44、45、49、52)在Ni层之上设置有Au层。Pd层、Ni层、Au层的形成使用电镀法。Pd镀液、Ni镀液、Au镀液准备市售的镀液，适当制备并使用。
之后，进一步进行拉丝加工等，加工至作为最终线径的根据需要，在拉丝加工的途中进行1～2次300～700℃、2～15秒的中间热处理。在进行中间热处理的情况下，连续地吹扫线，一边使N2气体或Ar气体流动一边进行。在加工至最终线径后，连续地吹扫线，一边使N2气体或Ar气体流动一边进行调质热处理。调质热处理的热处理温度设为200～600℃，线的输送速度设为20～200m/分钟，热处理时间设为0.2～1.0秒。在被覆层薄的情况下或Ni浓度低的情况下降低热处理温度，将线的输送速度设定为快，在相反的情况下提高热处理温度，将线的输送速度设定为慢。
(试验、评价方法)
以下，说明试验、评价方法。
[利用俄歇电子能谱法(AES)的线表面的组成分析]
关于在线表面侧设有含有Au的被覆层的线，线表面的Au的浓度是将线表面作为测定面，如以下这样通过俄歇电子能谱法(AES)进行测定而求出的。
首先将供于测定的接合线呈直线状固定于试样支架。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，并且以测定面的宽度成为线直径的5％以上15％以下的方式确定测定面。测定面的长度为测定面的宽度的5倍。然后，使用AES装置(ULVAC﹒PHI制PHI-700)，在加速电压10kV的条件下进行线表面的组成分析，求出表面Au浓度(原子％)。
此外，利用AES的组成分析针对在线轴方向上相互分开1mm以上的3处实施，采用其算术平均值。在求出表面的Au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。
[利用俄歇电子能谱法(AES)的被覆层的厚度分析]
被覆层的厚度分析使用利用AES的深度分析。利用AES的深度分析是通过交错进行组成分析和溅射来分析深度方向的组成的变化，能够得到从线表面到深度(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，1)进行线表面的组成分析后，通过进一步重复2)利用Ar的溅射和3)溅射后的表面的组成分析来取得深度方向的浓度分布)。2)的溅射在Ar+离子、加速电压2kV下进行。另外，在1)、3)的表面的组成分析中，测定面的尺寸或利用AES的组成分析的条件设为与上述[利用俄歇电子能谱法(AES)的线表面的组成分析]栏所说明的相同。
此外，深度方向的浓度分布的取得针对在线轴方向上相互分开1mm以上的3处测定面实施。
－被覆层的厚度d－
在所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，求出从线表面位置到作为芯材的Cu的浓度初次达到50原子％的深度位置的距离作为所测定的被覆层的厚度。采用针对3处测定面取得的数值的算数平均值作为被覆层的厚度d。
此外，通过AES分析测定的深度作为溅射速度与时间之积求出。通常，由于溅射速度使用作为标准试样的SiO2进行测定，因此通过AES分析的深度为SiO2换算值。即，被覆层的厚度的单位使用SiO2换算值。
－被覆层中的Pd、Ni的最大浓度－
在所取得的深度方向的浓度分布中，着眼于Pd、Ni的浓度的增减，根据Pd、Ni的浓度为最大的位置，求出它们的最大浓度。采用针对3处测定面取得的数值的算术平均值作为Pd、Ni的最大浓度。
此外，关于实施例的线，确认在芯材侧具有以Pd为主要成分的区域、在距线表面深度0.5d的范围内具有含有Ni和Pd的区域、表示Ni的最大浓度的位置在距线表面深度0.5d的范围内、以及表示Ni的最大浓度的位置位于比表示Pd的最大浓度的位置靠表面侧。关于在线表面侧设有含有Au的被覆层的实施例的线，确认表示Au的最大浓度的位置位于比表示Ni的最大浓度的位置及表示Pd的最大浓度的位置靠表面侧。
[元素含量的测定]
线中的Ni、Pd、In、Ag、Au、第一添加元素、第二添加元素、第三添加元素的含量是使用ICP发光分光分析装置、ICP质量分析装置对用强酸溶解了接合线的液体进行分析，作为线整体中含有的元素的浓度而检测出的。作为分析装置，使用ICP-OES((股份)日立High-Tech Science制“PS3520UVDDII”)或ICP-MS(Agilent Technologies(股份)制“Agilent7700x ICP-MS”)。此外，Pd、Ni、Au的合计浓度CM(质量％)通过对Pd、Ni、Au的各浓度进行合计而算出的。
[FAB形状]
FAB形状的评价是使用市售的引线接合机在引线框上制作FAB并用扫描型电子显微镜(SEM)观察到的(评价数N＝100)。另外，FAB是将电流值设定为30～75MaM、将EFO的间隙设定为762μm、将尾的长度设定为500μm，一边以0.4～0.6L/分钟的流量使N2+5％H2气体流动一边形成的，其直径相对于线径为1.5～1.9倍的范围。FAB形状的判定将正球状的形状判定为良好，如果存在偏心、异形、熔融不良则判定为不良。然后，按照以下基准进行评价。
评价基准：
◎：不良5处以下
○：不良6～10处(实用上没有问题)
×：不良11处以上
[FAB的截面的晶体取向的测定]
使用市售的引线接合机，在上述[FAB形状]栏所记载的条件下形成FAB，将与FAB的压接接合方向垂直的截面作为测定面来测定晶体取向。在本发明中，与FAB的压接接合方向垂直的截面是指沿着图2所示的虚线A-A将FAB切断而露出的截面，作为基准的虚线A-A设定在露出截面的直径成为最大的位置。测定使用EBSD法，通过利用附属于装置的解析软件，按照上述步骤计算<100>晶体取向的比例。对3个FAB进行测定，对得到的比例的各值进行算术平均，作为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次接合窗口试验进行评价。第二次接合窗口试验是如下的试验：横轴将第二次接合时的超声波电流从140mA到180mA按每10mA设置5个阶段，纵轴将第二次接合时的载荷从80gf到120gf按每10gf设置5个阶段，针对全部25个第二次接合条件求出能够进行接合的条件的数量。
[表1]
(表1)
本试验针对实施例和比较例的各线，使用市售的引线接合机，在引线框的引线部分，按各条件分别接合200根。引线框使用实施了Ag镀覆的引线框，在工作台温度200℃、N2+5％H2气体0.5L/分钟流通下进行接合。然后，求出没有未附着、接合机停止的问题而能够连续接合的条件的数量，按照以下基准进行评价。
评价基准：
◎：24个条件以上
○：22～23个条件
×：21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)进行评价。
将在引线框的引线部分使用市售的引线接合机进行楔接合而成的样品用市售的热固化性环氧树脂进行密封，制作第二接合部的接合可靠性试验用样品。引线框使用实施了1～3μm的Ni/Pd/Au镀覆的Fe-42原子％Ni合金引线框。使用高温恒温机将制作的接合可靠性评价用的样品暴露于温度200℃的环境。第二接合部的接合寿命为每隔500小时实施楔接合部的拉伸试验，拉伸强度的值成为初始得到的拉伸强度的1/2的时间。拉伸强度的值使用随机选择的楔接合部的50处的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除去树脂、使楔接合部露出后进行。然后，按照以下基准进行评价。
评价基准：
◎◎：接合寿命2500小时以上
◎：接合寿命2000小时以上且小于2500小时
○：接合寿命1000小时以上且小于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)和高温高湿试验(HAST：Highly Accelerated Temperature and HumidityStress Test)的双方进行。
－HTSL－
对在一般的金属框架上的Si基板上形成厚度2.0μm的Al-1.0质量％Si-0.5质量％Cu的合金而设置的电极使用市售的引线接合机进行球接合而成的样品，用市售的热固化性环氧树脂进行密封，制作第一接合部的接合可靠性试验用样品。球在上述[FAB形状]栏所记载的条件下形成。使用高温恒温机将制作的接合可靠性评价用的样品暴露于温度200℃的环境。第一接合部的接合寿命为每隔500小时实施球接合部的剪切试验，剪切强度的值成为初始得到的剪切强度的1/2的时间。剪切强度的值使用随机选择的球接合部的50处的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除去树脂、使球接合部露出后进行。然后，按照以下基准进行评价。
评价基准：
◎：接合寿命2500小时以上
○：接合寿命1000小时以上且小于2500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步骤制作的第一接合部的接合可靠性评价用样品暴露于温度130℃、相对湿度85％的高温高湿环境，并施加7V的偏压。第一接合部的接合寿命为每隔48小时实施球接合部的剪切试验，剪切强度的值成为初始得到的剪切强度的1/2的时间。剪切强度的值使用随机选择的球接合部的50处的测定值的算术平均值。剪切试验在通过酸处理除去树脂、使球接合部露出后进行。然后，按照以下基准进行评价。
◎：接合寿命480小时以上
○：接合寿命384小时以上且小于480小时
△：接合寿命288小时以上且小于384小时
×：接合寿命小于288小时
[压接形状]
第一接合部的压接形状(球的压扁形状)的评价如下进行：使用市售的引线接合机，在上述[FAB形状]栏所记载的条件下形成球，将其压接接合于在Si基板上形成厚度2.0μm的Al-1.0质量％Si-0.5质量％Cu的合金而设置的电极，用光学显微镜从正上方进行观察(评价数N＝100)。球的压扁形状的判定中，在压扁形状接近正圆的情况下判定为良好，若为椭圆形或花瓣状的形状则判定为不良。然后，按照以下基准进行评价。
评价基准：
◎：没有不良
○：不良1～3处
△：不良4或5处
×：不良6处以上
[芯片损伤]
芯片损伤的评价如下进行：使用市售的引线接合机，在上述[FAB形状]栏所记载的条件下形成球，将其压接接合于在Si基板上形成厚度2.0μm的Al-1.0质量％Si-0.5质量％Cu的合金而设置的电极后，利用药液将线和电极溶解而使Si基板露出，用光学显微镜观察接合部正下方的Si基板(评价数N＝50)。然后，按照以下基准进行评价。
评价基准：
○：没有裂纹和接合的痕迹
△：没有裂纹但存在可确认到接合的痕迹的部位(3处以下)
×：上述以外
将实施例和比较例的评价结果示于表2～4。
[表2]
[表3]
[表4]
实施例No.1～40的线均确认了：包括满足所有本发明特定的条件(1)～(4)的被覆层，并且相对于线整体含有1质量ppm以上的In和Ag的至少一方，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。其中，针对上述条件(1)～(4)、条件(i)、(ii)的至少一方满足更优选的范围的线，确认了即使在线径为50μm的较粗的情况下，在温度200℃的高温环境下也容易实现更良好的第二接合部的接合可靠性。
另外，确认了表面含有Au的线容易得到更良好的第二接合部的接合性(实施例No.23～25、27、28、30、33、37、40)。
除此以外，总计含有1质量ppm以上的第一添加元素的实施例No.12～15、26～28、31、38的线，确认了带来更良好的第一接合部的压接形状。总计含有1质量ppm以上的第二添加元素的实施例No.16～19、26、28、32、38～40的线，确认了带来更良好的高温高湿环境下的第一接合部的接合可靠性。总计含有0.011质量％以上的第三添加元素的实施例No.20～22、27、28、36、38～40的线，确认了带来更良好的高温环境下的第一接合部的接合可靠性。
另一方面，比较例No.1～8的线具备不满足本发明特定的条件(1)～(4)的至少一个的被覆层或In、Ag相对于线整体的浓度小于1质量ppm，确认了FAB形状、第二接合部的接合可靠性中的任意一个以上不良。
在使用线形成FAB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％以上时，确认了能够实现良好的第一接合部的压接形状(实施例No.41～52)。特别是该<100>晶体取向的比例为50％以上时，确定了能够实现特别优异的第一接合部的压接形状(实施例No.41、44～46、49、52)。
附图标记说明
1 接合线(线)
2 测定面
X 线的宽度的中心
W 线的宽度(线直径)
wa 测定面的宽度
la 测定面的长度
10 FAB
Z FAB的压接接合方向

Claims (11)

1.一种半导体装置用接合线，其是包括由Cu或Cu合金构成的芯材以及在该芯材的表面形成的含有Cu以外的导电性金属的被覆层的半导体装置用接合线，
该被覆层在被覆层的厚度方向上，在芯材侧具有以Pd为主要成分的区域，并且在将该被覆层的厚度设为dnm时，在距线表面深度0.5d的范围内具有含有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、以质量％计的Ni的浓度CNi和以质量％计的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的最大浓度的位置在距线表面深度0.5d的范围内，且该Ni的最大浓度为10原子％以上；
所述半导体装置用接合线满足以下条件(i)、(ii)的至少一方，
(i)In相对于线整体的浓度为1质量ppm以上100质量ppm以下，
(ii)Ag相对于线整体的浓度为1质量ppm以上500质量ppm以下。
2.如权利要求1所述的接合线，
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，
相对于线整体的、以质量％计的Pd、Ni、Au合计浓度CM和以质量％计的Pd的浓度CPd之比CPd/CM为0.5以上。
4.如权利要求1至3的任意一项所述的接合线，
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至4的任意一项所述的接合线，
线的深度方向的浓度分布是从线的表面通过Ar溅射法在深度方向上向下挖，并在以下条件下通过俄歇电子能谱法进行测定而得到的，
条件：以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，并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至5的任意一项所述的接合线，
在使用线形成无空气焊球时，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，
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至7的任意一项所述的接合线，
含有从由B、P以及Mg构成的组中选择的一种以上的元素作为第一添加元素，第一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至8的任意一项所述的接合线，
含有从由Se、Te、As以及Sb构成的组中选择的一种以上的元素作为第二添加元素，第二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至9的任意一项所述的接合线，
含有从由Ga以及Ge构成的组中选择的一种以上的元素作为第三添加元素，第三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，
包括如权利要求1至10的任意一项所述的接合线。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6148543A (ja) 1984-08-10 1986-03-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体素子結線用銅合金線
JP2005167020A (ja) 2003-12-03 2005-06-23 Sumitomo Electric Ind Ltd ボンディングワイヤーおよびそれを使用した集積回路デバイス
JP4672373B2 (ja) * 2005-01-05 2011-04-20 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
JP6254841B2 (ja) * 2013-12-17 2017-12-27 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
KR101902091B1 (ko) * 2014-04-21 2018-09-27 신닛테츠스미킹 마테리알즈 가부시키가이샤 반도체 장치용 본딩 와이어
SG10201408586XA (en) 2014-12-22 2016-07-28 Heraeus Materials Singapore Pte Ltd Corrosion and moisture resistant bonding wire
CN106489199B (zh) * 2015-06-15 2019-09-03 日铁新材料股份有限公司 半导体装置用接合线
WO2017013796A1 (ja) 2015-07-23 2017-01-26 日鉄住金マイクロメタル株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
JP6047214B1 (ja) * 2015-11-02 2016-12-21 田中電子工業株式会社 ボールボンディング用貴金属被覆銅ワイヤ
WO2017221434A1 (ja) 2016-06-20 2017-12-28 日鉄住金マイクロメタル株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
SG11202001124YA (en) * 2017-08-09 2020-03-30 Nippon Steel Chemical & Material Co Ltd Cu ALLOY BONDING WIRE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE
JP2020150116A (ja) 2019-03-13 2020-09-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP7168779B2 (ja) * 2019-06-04 2022-11-09 田中電子工業株式会社 パラジウム被覆銅ボンディングワイヤ、パラジウム被覆銅ボンディングワイヤの製造方法、これを用いた半導体装置及びその製造方法
KR20220153593A (ko) * 2020-03-25 2022-11-18 닛데쓰마이크로메탈가부시키가이샤 반도체 장치용 본딩 와이어

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