JP2005175089A - 低放射性ボンディングワイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】 メモリーエラーやソフトエラーの発生確率を低減することができる低放射性ボンディングワイヤを提供する
【解決手段】 本発明の低放射性ボンディングワイヤは、４Ｎ（４ナイン、９９．９９％）以上の純度を有する金線からなり、放射性同位元素の含有量が５０ｐｐｂ未満で、かつ、放射性α粒子のカウント数が０．５ＣＰＨ／ｃｍ2 以下である。放射性α粒子のカウント数は、時間当たりで規定され、単位はＣＰＨ／ｃｍ2 であり、ＣＰＨはカウント毎時を示す。
【選択図】 なし

Description

本発明は、半導体素子のチップと外部リードとを電気的に接続するために使用される半導体素子用ボンディングワイヤに関し、特に、大容量記憶装置におけるメモリーエラーやソフトエラーの発生を防ぐことが可能な低放射性ボンディングワイヤに関する。
ＩＣチップが組み込まれた半導体装置の組立てにおいて、半導体素子と外部リードとを接続するボンディングワイヤとして、耐食性に優れることから、純金よりなる金線が半導体素子用ボンディングワイヤとしてもっぱら使用されている。
一方、ボンディングワイヤを接合される側である半導体素子に関して、従来から放射線の影響による記憶装置のメモリーエラーやソフトエラー、すなわち記憶内容が書き換えられてしまう故障が指摘されていた。この放射線の発生源として、たとえば、封止材料であるモールド樹脂中に含まれる微量のウラン２３５（235Ｕ）およびウラン２３８（238Ｕ）や、トリウム２３０（230Ｔｈ）が挙げられる。
メモリーエラー問題やソフトエラー問題に対して従来は、封止材構成成分を純化して、含有放射線源を減らしたり（たとえば、特開平７−３０４９３２号公報参照）、集積回路のシリコン表面に有機薄膜をコーティングして、放射線を遮蔽したり（たとえば、特開平６−１１２２４８号公報参照）、コンデンサ容量を大きくして、臨界電荷量を大きくする（たとえば、特開２０００−２１６３６０号公報）などの対策が採られてきた。このため、メモリーエラーやソフトエラーの発生確率は低く抑えられ、また、ボンディングワイヤ中に含まれる放射線物質は微量であるため、これらの影響は無視することができていた。
ところが近年、情報技術産業の発展により、ますます大容量の記憶装置が必要とされる反面、機器自身は、利便性からますます小型化が求められ、半導体集積回路の集積密度が極めて高くなってきている。これにより、情報を蓄積するコンデンサ部の微細化が求められ、コンデンサ部に蓄えられる電荷容量が小さくなってきた。
また、情報は１と０の２進数で記憶され、コンデンサ部において、一般に３０万〜３００万個の電子の蓄積状態の差で実現される。情報の１と０を区別する電荷は、臨界電荷と呼ばれている。すなわち、コンデンサ部に蓄えられる電荷容量が小さくなると、臨界電荷も小さくなる。このため、放射線の入射ショックで論理反転しやすくなるなど、近年の高密度半導体回路は、ますます外部環境の影響を受けやすくなる傾向にある。
メモリーエラーやソフトエラーのメカニズムについては、Mayらの研究（May et al., 1978 International Reliability Physics Symposium, 1.7）によって明らかにされている。
これによれば、まず、235Ｕ、238Ｕ、230Ｔｈなどの放射線源が崩壊し、発生したα線が半導体表面に入射し、コンデンサ周囲を電離して、空孔と電子を発生させる。発生した電子が、２進数の１を表しているコンデンサの空乏領域へと流れ込み、これにより情報が１から０へと変更されてしまい、メモリーエラーやソフトエラーとなる。
ここで、電離で発生した電子の数をＱとし、発生した電子のうち、空乏領域へ流れ込む電子の割合を収集効率をαとすると、メモリーエラーやソフトエラーとなるのは、Ｑ×α＞Ｑｃとなる場合である。ここで、Ｑｃは臨界電荷である。
前述したように、近年、記憶装置の臨界電荷が小さくなる傾向にあるため、これまで問題とならなかったわずかな放射線でも、メモリーエラーやソフトエラーを発生させる可能性が出てきている。このことは、半導体記憶装置の構成要素の一つであるボンディングワイヤについても例外ではない。すなわち、もしボンディングワイヤ中の放射性同位元素、特に、235Ｕ、238Ｕ、230Ｔｈなどの含有量が高い場合には、この影響によってメモリーエラーやソフトエラーを発生させてしまう可能性が十分に予想される。もし、自動車や航空機、発電所などに使用され、高信頼性を要求される装置に用いられた場合には、深刻な事態を引き起こしかねないため、メモリーエラーやソフトエラーの発生を抑えることは、社会的に見ても、極めて重要である。
特開平７−３０４９３２号公報
特開平６−１１２２４８号公報
特開２０００−２１６３６０号公報
May et al., 1978 International Reliability Physics Symposium, 1.7
本発明は、メモリーエラーやソフトエラーの発生確率を低減することができる低放射性ボンディングワイヤを提供することを目的とする。
本発明の低放射性ボンディングワイヤは、４Ｎ（４ナイン、９９．９９％）以上の純度を有する金線からなり、放射性同位元素の含有量が５０ｐｐｂ未満で、かつ、放射性α粒子のカウント数が０．５ＣＰＨ／ｃｍ2 以下である。放射性α粒子のカウント数は、時間当たりで規定され、単位はＣＰＨ／ｃｍ2 であり、ＣＰＨはカウント毎時を示す。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、４Ｎ（４ナイン、９９．９９％）以上の純度を有し、放射性同位元素の含有量が５０ｐｐｂ未満で、かつ、放射性α粒子のカウント数が０．５ＣＰＨ／ｃｍ2 以下である低放射性金線のみを選択してボンディングワイヤとする。
本発明により、半導体用ボンディングワイヤ中に含まれる放射線源を減少し、半導体に入射する放射線を低減できるため、メモリーエラーやソフトエラーの発生確率を低減することができる。これにより、高信頼性の記憶装置の実現に寄与することができ、情報技術産業のさらなる発展に貢献することができる。
通常、ボンディングワイヤは、９９．９９９％（５Ｎ、５ナイン）まで精製した金に、添加物を溶かし込み、９９．９９％（４Ｎ、４ナイン）の純度として製造する。市場には、９９％（２Ｎ、２ナイン）の純度の製品も、合金のボンディングワイヤとして存在するが、主流は４Ｎの純度となっている。
４Ｎの純度を有するボンディングワイヤの場合、最大０．０１％、すなわち１００，０００ｐｐｂの不純物が含まれ、原料である５Ｎの純度の金に含有されていた最大１０，０００ｐｐｂの不純物を差し引いた約９０，０００ｐｐｂ未満の添加物により、ボンディングワイヤの性質がコントロールされている。
この添加物については、各社が様々な元素の種類や、添加量の組合せを設計し、強度および信頼性や、その他について、ボンディングワイヤにとって望ましい性質を付与する。
通常、原料となる金には、数ｐｐｂ〜数百ｐｐｂ程度の放射性同位元素が含まれている。また、放射性同位元素の含有量の低い原料金から製造した金線の放射性同位元素の量が増えている場合があり、これは、添加物から入ったものと思われる。
本発明により規定される放射性同位元素は、原料に含まれる分と、添加物に含まれる分の合計で、含有量が５０ｐｐｂ未満である。これらの放射性同位元素の量を制御することは困難であるから、材料を選定して、含有量を抑える。
また、放射性同位元素の含有量だけによる規定では元素の種類により放射線の強度が異なるため、放射性α粒子のカウント数を０．５ＣＰＨ／ｃｍ2 以下とする。
放射性同位元素の含有量が５０ｐｐｂ以上であったり、または、放射性α粒子のカウント数が０．５ＣＰＨ／ｃｍ2 を超えるボンディングワイヤを、記憶装置の組立てに使用すると、メモリーエラーが発生しやすくなり、好ましくない。
表１に示すように、５Ｎの品位の５種類の金原料（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）を用いて、Ｂｅ、Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅを添加し、溶解鋳造により鋳塊を作成した。得られた鋳塊を、溝ロール圧延、ダイス線引きを順次行い、最終線径３０μｍのボンディングワイヤとした。
得られたボンディングワイヤについて、不純物の含有量を測定し、α粒子のカウント数を測定した。その後、図１に断面図を示したＩＣパッケージのような記憶装置を組み立てて、メモリーエラーの発生の有無を観察した。その測定結果を、表１に示す。
Figure 2005175089
本発明の実施例１〜１２では、メモリーエラーが発生しなかったが、不純物の多い比較例１〜４では、メモリーエラーが発生した。
以上のように、本発明の低放射性ボンディングワイヤは、自動車や航空機、発電所などに使用され、高信頼性を要求される装置に用いられた場合にも、メモリーエラーやソフトエラーの発生を抑え、安全性を高めることができる。
ＩＣパッケージを示す断面図である。
符号の説明
ａ ボンディングワイヤ
１ 集積回路
２ 封止樹脂
３ リードフレーム

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  1. ４Ｎ（４ナイン、９９．９９％）以上の純度を有する金線からなり、放射性同位元素の含有量が５０ｐｐｂ未満で、かつ、放射性α粒子のカウント数が０．５ＣＰＨ／ｃｍ2 以下であることを特徴とする低放射性ボンディングワイヤ。
  2. ４Ｎ（４ナイン、９９．９９％）以上の純度を有し、放射性同位元素の含有量が５０ｐｐｂ未満で、かつ、放射性α粒子のカウント数が０．５ＣＰＨ／ｃｍ2 以下である低放射性金線のみを選択してボンディングワイヤとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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