JP2000357706A - ボンディング用金合金線 - Google Patents

ボンディング用金合金線

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温で長時間保持したときの接合性の信頼性
を向上させ、かつボール真球度、振動破断率、ＩＣチッ
プ割れにも優れた金合金線を提供すること。 【解決手段】 高純度金にＣｏ，Ｚｎのうち少なくとも
１種を１重量ppm 以上１０００重量ppm 未満、Ｍｎを１
〜１０００重量ppm 、及びＬａ，Ｙ，Ｇａ，Ｂｅ，Ｃ
ａ，Ｅｕのうち少なくとも１種を１〜４００重量ppm 含
有させる。または高純度金にＣｏを１重量ppm 以上１０
００重量ppm 未満含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子のボンデ
ィングワイヤおよびバンプ形成用として有用な半導体素
子ボンディング用金合金線に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から半導体装置に用いられるＩＣチ
ップ電極と外部リードを接続する線としては、純度９
９．９９重量％以上の高純度金に他の金属元素を微量含
有させた金合金線が信頼性に優れているとして多用され
ている。通常半導体装置は前記接続する方法として、金
合金線を用いた超音波併用熱圧着ボンディング法が主と
して用いられ、その後樹脂封止して半導体装置とされて
いる。
【０００３】ここで超音波併用熱圧着ボンディング法に
より配線し、ループを形成した状態を図１に示す。１は
ＩＣチップ、２はＩＣチップ上のＡｌ電極、３は金合金
線、４はリードフレーム、５はファースト側接合点、６
はセカンド側接合点である。最近半導体装置は動作電源
や外部環境によって加熱され、高温に晒されて使用され
ることが多く、ボンディングワイヤには高温で長時間保
持しても接合劣化が小さいことが求められている。この
為、従来から高温に保持した後のプル強度劣化に有効で
あるとして所定の金合金組成が提案されている。例えば
特開平１０−４１１５号公報にはワイヤボンディングし
た試料を２００℃で１００時間保持した後のプル強度に
優れているとしてＣｏ，Ｇｅ等を含有した組成の金合金
線が開示されている。また、特開平２−２１５１４０号
公報にはワイヤボンディングした試料を２５０℃で９０
０分保持した後のシェア強度に優れているとしてＭｎ等
を含有した組成の金合金線が開示されている。
【０００４】一方前記高温に保持した後の接合性を向上
するような金合金線にするために、金に合金元素を添加
すると振動破断性能が低下してくるという問題が生じて
くる。該振動破断性能は半導体装置の樹脂封止前の試料
運搬時に振動による断線を防止出来る性能として金合金
線に要求されるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ここで従来から接合性
の信頼性を向上させようとするとボール真球度、振動破
断率、ＩＣチップの割れ性の何れかに問題が生じると共
に、最近では高温で更に長時間の環境に保持した後の更
なる接合性の信頼性の向上が求められている。前記した
金合金線に於いても前述の要求に対して未だ不十分であ
る。
【０００６】本発明は上述したような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは高温で長時間
の環境に保持した後の接合性の信頼性が向上すると共
に、ボール真球度に優れ、振動破断率が小さく、ＩＣチ
ップの割れが少ない金合金線を提供する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等が鋭意研究を
重ねた結果、所定量のＣｏ，Ｚｎ（第１群元素）のうち
少なくとも１種と所定量のＭｎと所定量のＬａ，Ｙ，Ｇ
ｄ，Ｂｅ，Ｃａ，Ｅｕ（第２群元素）のうち少なくとも
１種を高純度金に含有させることにより、あるいは所定
量のＣｏと所定量のＭｎを高純度金に含有させることに
より、前述の目的を達成しうることを知見し、本発明を
完成するに至った。
【０００８】（１）高純度金にＣｏ，Ｚｎのうち少なく
とも１種を１重量ppm 以上１０００重量ppm 未満、Ｍｎ
を１〜１０００重量ppm 及びＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，Ｃ
ａ，Ｅｕのうち少なくとも１種を１〜４００重量ppm 含
有させたことを特徴とする半導体素子ボンディング用金
合金線。 （２）高純度金にＣｏ，Ｚｎのうち少なくとも１種を１
重量ppm 以上１０００重量ppm 未満、Ｍｎを１〜１００
０重量ppm 及びＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，Ｅｕのうち少な
くとも１種を１〜４００重量ppm 含有させたことを特徴
とする半導体素子ボンディング用金合金線。
【０００９】（３）高純度金にＣｏ，Ｚｎのうち少なく
とも１種を１重量ppm 以上１０００重量ppm 未満、Ｍｎ
を１〜１０００重量ppm 及びＣａを１０〜４００重量pp
m 含有させたことを特徴とする半導体素子ボンディング
用金合金線。（４）高純度金にＣｏ，Ｚｎのうち少なく
とも１種を１重量ppm 以上１０００重量ppm 未満、Ｍｎ
を１〜１０００重量ppm 、Ｃａ及びＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂ
ｅ，Ｅｕのうち少なくとも１種を各々５重量ppm 以上且
つその合計で１０〜４００重量ppm 含有させたことを特
徴とする半導体素子ボンディング用金合金線。 （５）高純度金にＣｏを１重量ppm 以上１０００重量pp
m 未満、Ｍｎを１〜１０００重量ppm 含有させたことを
特徴とする半導体素子ボンディング用金合金線。 （６）更にＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉのうち少なく
とも１種を０．０１〜２．０重量％含有させたことを特
徴とする上記（１）〜（５）の半導体素子ボンディング
用金合金線。
【００１０】本発明の半導体素子ボンディング用金合金
線は、ボール真球度、振動破断率、ＩＣチップ割れと共
に、特に高温接合性に優れているので、ワイヤボンディ
ング用のみならず、バンプ形成用に用いても優れてお
り、本発明はバンプ形成用を含むものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】（１）原料金 原料金としては少なくとも９９．９９重量％以上に精製
した高純度金を用いることが好ましい。更に好ましくは
９９．９９５重量％以上であり、最も好ましくは９９．
９９９重量％以上である。この為合金中の不可避不純物
は０．０１重量％未満が好ましい。更に好ましくは０．
００５重量％未満であり、最も好ましくは０．００１重
量％未満である。不可避不純物が少ない程有害元素を除
去出来るため信頼性が向上して好ましい。
【００１２】（２）〔Ｃｏ，Ｚｎ〕 ａ）前記高純度金に所定量のＭｎと所定量の第２群元素
のうち少なくとも１種との共存において、所定量のＣ
ｏ，Ｚｎのうち少なくとも１種を含有した組成とするこ
とにより、あるいは前記高純度金に所定量のＭｎとの共
存において所定量のＣｏを含有した組成とすることによ
り、前記課題を達成することが出来る。ｂ）前記共存組
成において、１〜１０００重量ppm のＭｎと１〜４００
重量ppm の第２群元素のうち少なくとも１種と共存した
Ｃｏ，Ｚｎのうち少なくとも１種、あるいは１〜１００
０ppm のＭｎと共存したＣｏの含有量が１重量ppm 以上
になると、これを含有しないものと対比して高温接合性
が向上してくる。前記Ｃｏ，Ｚｎのうち少なくとも１種
の含有量が１．０重量％迄は前記効果を維持出来るもの
の、１．０重量％を越えるとＩＣチップの割れが生じて
くるが、本発明はそのうち１０００重量ppm 未満の場合
に向けられている。そこで、該共存組成に於けるＣｏ，
Ｚｎのうち少なくとも１種の含有量は１重量ppm 以上、
１０００重量ppm 未満と定めた。（以下、第１群元素の
量についてこの範囲を単に１〜１０００重量ppm と表記
するが、正確には１重量ppm 以上１０００重量ppm 未満
である）
【００１３】（３）Ｍｎ ａ）前記高純度金に所定量の第１群元素のうち少なくと
も１種と所定量の第２群元素のうち少なくとも１種との
共存において、あるいは前記高純度金に所定量のＣｏと
の共存において、所定量のＭｎを含有した組成とするこ
とにより前記課題を達成することが出来る。 ｂ）前記共存組成において、１〜１０００重量ppm の第
１群元素のうち少なくとも１種と１〜４００重量ppm の
第２群元素のうち少なくとも１種と共存したＭｎ、ある
いは１〜１０００重量ppm のＣｏと共存したＭｎの含有
量が１重量ppm以上になると、これを含有しないものと
対比して高温接合性が向上してくる。前記Ｍｎの含有量
が１．０重量％を越えるとＩＣチップの割れが生じてく
るが、本発明はそのうち１０００重量ppm 以下の場合に
向けられている。この為該共存組成に於けるＭｎの含有
量は１〜１０００重量ppm と定めた。
【００１４】（４）〔Ｌａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，Ｃａ，Ｅ
ｕ〕 ａ）前記高純度金に所定量の第１群元素のうち少なくと
も１種と所定量のＭｎとの共存において、所定量の第２
群元素のうち少なくとも１種を含有した組成とすること
により前記課題を達成することが出来る。 ｂ）前記共存組成において１〜１０００重量ppm の第１
群元素のうち少なくとも１種と１〜１０００重量ppm の
Ｍｎと共存した第２群元素のうち少なくとも１種の含有
量が１重量ppm 以上になるとこれを含有しないものと対
比して高温接合性、振動破断率が向上してくる。前記第
２群元素のうち少なくとも１種の含有量が４００重量pp
m を越えるとボール真球度が悪くなる。この為該共存組
成に於ける第２群元素のうち少なくとも１種の含有量は
１〜４００重量ppm と定めた。
【００１５】ｃ）更に前記共存組成において所定量の第
２群元素のうち少なくとも１種が次の３種類の場合は、
Ｃａを単独で１重量ppm 以上１０重量ppm 未満含有する
場合と対比してボール真球度が一段と向上してくる。こ
の為、前記共存組成において所定量の第２群元素のうち
少なくとも１種が次の３種類のうち何れか１つであるこ
とが好ましい。
【００１６】ｉ）Ｌａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，Ｅｕのうち少
なくとも１種を１〜４００重量ppm ii）Ｃａを１０〜４００重量ppm iii)ＣａとＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，Ｅｕのうち少なくと
も１種とを各々５重量ppm 以上且つその合計で１０〜４
００重量ppm （５）〔Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ〕 ａ）前記（１）〜（４）の共存組成において、所定量の
Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ（第３群元素）のうち少
なくとも１種をさらに含有しても、同様に、前記課題を
達成できる。 ｂ）前記共存組成において、１〜１０００重量ppm の第
１群元素のうち少なくとも１種と１〜１０００重量ppm
のＭｎと共存し、さらに第２群元素のうち少なくとも１
種の共存又は非共存において、更に第３群元素のうち少
なくとも１種の含有量が０．０１〜２．０重量％の範囲
内であれば含有しても、これらの元素を含まないものと
同様に優れた効果が得られる。この為共存組成における
第３群元素のうち少なくとも１種の含有量は０．０１〜
２．０重量％と定めた。 （６）金合金線の製造方法 本発明になる金合金線の好ましい製造方法を説明する。
【００１７】高純度金に所定量の元素を添加し、真空溶
解炉で溶解した後インゴットに鋳造する。インゴットに
溝ロール、伸線機を用いた冷間加工と中間アニールを施
し、最終冷間加工により直径１０〜１００μｍの細線と
した後最終アニールを施すものである。（７）用途 本発明の半導体素子ボンディング用金合金線は、半導体
装置の実装に際して、ＩＣチップ等の半導体素子をリー
ドフレームに接続する際、超音波併用熱圧着ボンディン
グ法を用いた配線材料として好ましく用いられる。ま
た、半導体装置のＩＣチップ等の電極バンプ形成用とし
ても有用である。半導体装置はその後樹脂封止をして仕
上げられる。
【００１８】
【実施例】表１〜３に示す実施例及び比較例について説
明する。 （実施例１）純度９９．９９９重量％の高純度金に所定
量のＣｏ，Ｍｎ，Ｌａを添加し真空溶解炉で溶解した
後、鋳造して表１に示す組成の金合金インゴットを得、
これに溝ロール、伸線機を用いた冷間加工と中間アニー
ルを施し、最終冷間加工により直径３０μｍとし、伸び
率４％となるように最終アニールを行い更に表面処理剤
を被覆して金合金線に仕上げた。
【００１９】金合金線を全自動ボンディングマシン（新
川株式会社製 ＵＴＣ−１００型）を用いてＩＣチップ
のＡｌ電極と銅合金リードフレームを超音波併用熱圧着
ボンディング法でピン数９６個のボンディング試料（こ
の樹脂封止前の試料を「ボンディング試料」という）を
作成した。次いでボンディング試料をエポキシ樹脂で樹
脂封止した半導体試料（この樹脂封止後の試料を「半導
体試料」という）を作成した。これらの試料を用いて次
の試験を行った。 〔高温接合性試験〕前記半導体試料を用いて事前に端子
間の電気抵抗を測定した。次いで高温槽を用いて２００
℃で２，０００時間保持して高温加速試験を行った後、
同一端子間の電気抵抗を測定し、電気抵抗の変化が１Ω
以上となった場合不良箇所とした。試験は４個の半導体
試料から任意に１００カ所選定して測定した。不良箇所
の数を高温放置不良率として表１に示した。 〔ボール真球度〕全自動ボンディングマシンにて大気中
でボールを作成し、１０００倍の測定顕微鏡を用いてボ
ールの縦、横長さを測定し、次式によってボール真球度
を算出した。１０個のボールについて測定し、その平均
値をボール真球度として表１に示した。
【００２０】ボール真球度＝（短径）／（長径） 〔振動破断率〕前記ボンディング試料を搬送用マガジン
に挿入したものを振動試験機に固定し、試料を振動させ
た。振動は周波数１００Hz、変位量０．１mmとして繰り
返し与えた。２００００回の振動を与えた後、実体顕微
鏡にて破断したワイヤ本数を数えた。試験は４個のボン
ディング試料から任意に選定した１００本のワイヤ中の
ワイヤ破断数を振動破断率として表１に示した。 〔チップ割れ〕前記ボンディング試料をＫＯＨ１wt％水
溶液中に約３０分浸漬し、ＩＣチップ上のＡｌ電極膜を
除去した後、ＩＣチップ表面を金属顕微鏡で観察し、チ
ップ割れの有無を観察した。試験は４個のボンディング
試料から任意に選定した電極試料数１００個中のチップ
割れ数をチップ割れ不良率として表１に示した。 （実施例２〜６４）（比較例１〜１９） 金合金線の組成を表１〜４に示すようにしたこと以外は
実施例１と同様にして金合金線に仕上げ、同様の試験を
行ってその結果を表１〜４に示した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】（試験結果） （１）高純度金にＣｏ，Ｚｎ（第１群元素）のうち少な
くとも１種を１〜１０００重量ppm 、Ｍｎを１〜１００
０重量ppm 、Ｌａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，Ｃａ，Ｅｕ（第２
群元素）のうち少なくとも１種を１〜４００重量ppm 共
存して含有した組成である実施例１〜３９および４７〜
５１は高温放置不良率が０〜５％、ボール真球度が０．
９２〜０．９９、振動破断率が０〜１０％、チップ割れ
不良率が０％と優れた効果を示した。 （２）高純度金にＣｏを１〜１０００重量ppm 、Ｍｎを
１〜１０００重量ppm共存した組成である実施例４０〜
４６は高温放置不良率が０〜５％、ボール真球度が０．
９５〜０．９８、振動破断率が０〜１０％、チップ割れ
不良率が０％と優れた効果を示した。 （３）高純度金に第１群元素のうち少なくとも１種を１
〜１０００重量ppm と、Ｍｎを１〜１０００重量ppm
と、第２群元素のうち少なくとも１種を１〜４００重量
ppm と、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ（第３群元素）
のうち少なくとも１種を０．０１〜２．０重量％とを共
存して含有した組成である実施例４７〜５９、および、
高純度金にＣｏを１〜１０００重量ppm とＭｎを１〜１
０００重量ppm と第２群元素のうち少なくとも１種を１
〜４００重量ppm とを共存して含有した組成である実施
例６０〜６６は、高温放置不良率が０％、ボール真球度
が０．９５〜０．９８、振動破断率が０〜１０％、チッ
プ割れ不良率が０％と優れた効果を示した。
【００２６】（４）この中でも第２群元素のうち少なく
とも１種が次の３種類のうち何れか１つである場合は、
Ｃａのみを１〜１０重量ppm 未満含有する実施例２３と
対比して振動破断率が１０％に対して０％と更に優れた
効果を示す様になる。この為共存元素としての第２群元
素のうち少なくとも１種は次の３種類のうち何れか１つ
であることが好ましい。 ｉ）Ｌａ，Ｅｕ，Ｙ，Ｂｅのうち少なくとも１種を１〜
４００重量ppm ii）Ｃａを１０〜４００重量ppm iii)Ｃａ及びＬａ，Ｅｕ，Ｙ，Ｂｅのうち少なくとも１
種とを各々５重量ppm以上且つその合計で１〜４００重
量ppm
【００２７】（５）高純度金に第１群元素のうち少なく
とも１種又はＭｎのみを含有する比較例１〜５は高温放
置不良率が６３〜８２％、振動破断率が１９〜３６％で
あり本願の構成である実施例１〜６６の方が優れている
ことがわかる。
【００２８】（６）高純度金にＺｎを１〜１０００重量
ppm 含有するが第２群元素のうち少なくとも１種を含有
しない比較例６は高温放置不良率が４２％、振動破断率
が２１％であり本願の構成である実施例１〜６６の方が
優れていることがわかる。 （７）高純度金に第１群元素のうち少なくとも１種を含
有しない比較例７〜９は高温放置不良率が５７〜６６％
であり本願の構成である実施例１〜６６の方が優れてい
ることがわかる。
【００２９】（８）高純度金にＭｎを含有しない比較例
１０，１１は高温放置不良率が６９〜７２％であり本願
の構成である実施例１〜６６の方が優れていることがわ
かる。 （９）高純度金に第２群元素のうち少なくとも１種のみ
を含有する比較例１２〜１３は高温放置不良率が１００
％であり本願の構成である実施例１〜６６の方が優れて
いることがわかる。
【００３０】（１０）高純度金に含有する第１群元素の
うち少なくとも１種又はＭｎの含有量が１重量％を越え
る比較例１４〜１７はチップ割れ不良率が５１〜６３％
であり本願の構成である実施例１〜６６の方が優れてい
ることがわかる。 （１１）高純度金に含有する第２群元素のうち少なくと
も１種の含有量が１０００重量ppm を越える比較例１
８，１９はボール真球度が０．６２〜０．６７であり本
願の構成である実施例１〜６６の方が優れていることが
わかる。
【００３１】
【発明の効果】本発明により高純度金にＣｏ，Ｚｎのう
ち少なくとも１種を１〜１０００重量ppm ，Ｍｎを１〜
１０００重量ppm ，Ｌａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，Ｃａ，Ｅｕ
のうち少なくとも１種を１〜４００重量ppm 含有させた
組成、あるいは高純度金にＣｏを１〜１０００重量ppm
、Ｍｎを１〜１０００重量ppm 含有させた組成、さら
にはこれらにＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉのう
ち少なくとも１種を０．０１〜２．０重量％添加した組
成を有する半導体素子ボンディング用金合金線によれ
ば、高温で長時間の環境に保持した後の接合性の信頼性
が向上すると共に、ボール真球度に優れ、振動破断率が
小さく、ＩＣチップの割れが少ない金合金線とすること
が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤボンディング法により金合金線を用いて
ＩＣチップとリードフレームの間を接続した様子を示
す。
【符号の説明】
１…ＩＣチップ ２…Ａｌ電極 ３…金合金線 ４…リードフレーム ５，６…接合点

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高純度金にＣｏ，Ｚｎのうち少なくとも
    １種を１重量ppm 以上１０００重量ppm 未満、Ｍｎを１
    〜１０００重量ppm 及びＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，Ｃａ，
    Ｅｕのうち少なくとも１種を１〜４００重量ppm 含有さ
    せたことを特徴とする半導体素子ボンディング用金合金
    線。
  2. 【請求項２】 高純度金にＣｏ，Ｚｎのうち少なくとも
    １種を１重量ppm 以上１０００重量ppm 未満、Ｍｎを１
    〜１０００重量ppm 及びＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，Ｅｕの
    うち少なくとも１種を１〜４００重量ppm 含有させたこ
    とを特徴とする半導体素子ボンディング用金合金線。
  3. 【請求項３】 高純度金にＣｏ，Ｚｎのうち少なくとも
    １種を１重量ppm 以上１０００重量ppm 未満、Ｍｎを１
    〜１０００重量ppm 及びＣａを１０〜４００重量ppm 含
    有させたことを特徴とする半導体素子ボンディング用金
    合金線。
  4. 【請求項４】 高純度金にＣｏ，Ｚｎのうち少なくとも
    １種を１重量ppm 以上１０００重量ppm 未満、Ｍｎを１
    〜１０００重量ppm 、Ｃａ及びＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｂｅ，
    Ｅｕのうち少なくとも１種を各々５重量ppm 以上且つそ
    の合計で１０〜４００重量ppm 含有させたことを特徴と
    する半導体素子ボンディング用金合金線。
  5. 【請求項５】 高純度金にＣｏを１重量ppm 以上１００
    ０重量ppm 未満、Ｍｎを１〜１０００重量ppm 含有させ
    たことを特徴とする半導体素子ボンディング用金合金
    線。
  6. 【請求項６】 更にＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉのう
    ち少なくとも１種を０．０１〜２．０重量％含有させた
    ことを特徴とする請求項１〜５記載の半導体素子ボンデ
    ィング用金合金線。
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