JP2501306B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2501306B2 JP6179653A JP17965394A JP2501306B2 JP 2501306 B2 JP2501306 B2 JP 2501306B2 JP 6179653 A JP6179653 A JP 6179653A JP 17965394 A JP17965394 A JP 17965394A JP 2501306 B2 JP2501306 B2 JP 2501306B2
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bonding
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茂美 山根
幸一郎 渥美
鉄男 安藤
典章 八木
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボンディングワイヤー
を用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置
は、例えば図１に示すように、樹脂モールド４の内部に
おいて、半導体チップ１および半導体装置の外部へ電気
的結線を行うためのリードフィンガ２が設けられてお
り、これらを線径１０〜１００μｍ程度のボンディング
ワイヤー３で結ぶ構造となっている。
【０００３】このボンディングワイヤー３の接続方法の
一例としては、まずボンディングワイヤーの先端をボー
ル状に加熱溶融させ、次にこのボール状の先端を半導体
チップ１に圧接し、さらに弧を描くようにボンディング
ワイヤー３を延ばし、３００〜３５０℃に加熱されたリ
ードフィンガ２にボンディングワイヤー３の一部を再度
圧接し、切断することにより、半導体チップ１とリード
フィンガ２とを結線するものである。
【０００４】この種のボンディングワイヤーとしては、
導電性，ワイヤー伸び，ワイヤー強度，半導体チップと
の接合強度（以下「ボール接合強度」という）およびボ
ール形成性が要求されている。
【０００５】従来においては、上記ボンディングワイヤ
ーには金線が使用されている。
【０００６】しかし、近年、低価格化および導電性向上
の点から、上記ボンディングワイヤーとして金線に代え
て銅線を用いる試みがなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、銅線を用いて
熱圧接を行うと、ボール接合強度が低下する場合があ
り、一方ボール接合強度を改善しようとすると導電性が
低下してしまい、双方の特性を満足する銅ボンディング
ワイヤーは得られていなかった。
【０００８】このため、従来のボンディングワイヤーを
用いて半導体装置の電気的結線を行った半導体装置とし
ての信頼性の低下などの各種の問題を有していた。
【０００９】本発明は、上記問題点を解決し、ボール接
合強度が良好でかつ導電性が良好な銅系ボンディングワ
イヤーを用い、高い信頼性を有する半導体装置を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは、ま
ずボンディングワイヤーについて鋭意研究した結果、従
来のボンディングワイヤーのボール接合強度の低下は、
主に形成されたボール中のガスにより生じることを見出
した。
【００１１】すなわち、半導体チップ上にこのボールが
圧接された際、ガスによる空洞が接合部に発生，位置し
てしまい、ボール接合強度を低下させること、およびこ
の現象は特に銅線で発生しやすいことを見出した。
【００１２】本発明は、これらの知見をもとに完成され
たものである。
【００１３】本発明の第１の発明の半導体装置は、電気
的結線に、Ｂｅ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ａｇ，Ｃｒおよび
Ｆｅ（第１添加元素群）から選択された２種以上の元素
を０．１重量％〜２重量％含有し、かつＭｇ，Ｃａ，希
土類元素，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｐｄ，
Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｂ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂ，Ｐ，
Ｓｂ，Ｂｉ，ＳｅおよびＴｅ（第２添加元素群）から選
択された１種または２種以上の元素を０．００１〜２重
量％含有し、残部が実質的に銅であるボンディングワイ
ヤーを用いたことを特徴とする。
【００１４】以下に、本発明の組成に関し説明する。
【００１５】上記本発明の半導体装置に用いられるボン
ディングワイヤーに含有される第１添加元素群および第
２添加元素群の元素は、合金中のＨ，Ｏ，Ｎ，Ｃを固定
し、Ｈ2 ，Ｏ2 ，Ｎ2 およびＣＯガスの発生を抑制する
ためのものである。
【００１６】しかし、これらの含有量が多すぎると導電
性を低下させ、一方少なすぎると効果が生じにくい。こ
のため、上記第１添加元素群の含有量は０．１〜２重量
％、さらに好ましくは０．２〜１．８重量％であり、第
２添加元素群の含有量は０．００１〜２重量％、さらに
好ましくは０．０１〜１重量％である。
【００１７】第１添加元素群のうちでは、Ａｇ，Ｃｒお
よびＺｒ、第２添加元素群のうちではＭｇおよびＨｆが
導電性を低下させず、高いガス発生防止効果を有し、好
ましい元素である。
【００１８】しかし、これらの含有量が多すぎると、導
電性を低下させ、一方少なすぎると効果が生じにくい。
【００１９】したがって、Ａｇ，ＣｒおよびＺｒから選
択された２種以上の元素の含有量は０．２〜１．８重量
％、さらには０．３〜１．７重量％が好ましい。またＭ
ｇ，Ｙ，ランタノイド元素およびＨｆから選択された１
種または２種以上の元素の含有量は０．０１〜１重量
％、さらには０．０５〜０．２重量％が好ましい。
【００２０】上記本発明の半導体装置に使用されるボン
ディングワイヤーの第２添加元素群の各元素は、その１
種の含有においても従来に比較し特性を向上することが
できるが、本発明においてはそれらの元素を２種以上含
有することによりボンディングワイヤーとして要求され
る全ての特性においてより優れた特性を得ることが可能
となると共に、それを用いた半導体装置として優れた信
頼性を得ることができる。
【００２１】なお、本発明の半導体装置に使用されるボ
ンディングワイヤーは、被覆されて使用されても良い。
【００２２】次に、本発明の半導体装置の製造方法の一
例に関し説明する。
【００２３】まず、本発明の半導体装置に使用されるボ
ンディングワイヤーは、成分元素を添加して溶解鋳造し
てインゴットを得る。次いで、このインゴットを７００
〜８００℃で熱間加工し、その後９００〜９６０℃で熱
処理し、急冷後、６０％以上の冷間加工を施し、４００
〜６００℃で熱処理を施す。それにより、本発明の半導
体装置に使用されるボンディングワイヤー、さらには本
発明の第３の発明で規定する特性を有するボンディング
ワイヤーが得られる。
【００２４】そして、上記ボンディングワイヤーを用い
て、常法により半導体装置を製造する。例えば、この半
導体装置としては、少なくとも半導体チップとリードフ
ィンガを有すると共に、前記半導体チップとリードフィ
ンガとの結線に、上記ボンディングワイヤーを用いたも
のであれば良い。
【００２５】
【実施例】下記表１に示す成分のボンディングワイヤー
を製造し、その特性として導電性（IACS％），初期ボー
ル硬度（ビッカース硬度），ワイヤー強度（kg／m
m2 ），ワイヤー伸び（％），ボール接合強度（gf），
およびボール形成性を測定した。
【００２６】初期ボール硬度は、ボール圧着時の硬度を
いい、硬度が低いほど圧着性は良好となる。
【００２７】また、ワイヤー伸びは、ボンディングワイ
ヤーが破断するまでの伸びをいい、伸びが大きいほど破
線率が低い。
【００２８】また、ボール接合強度は、熱圧着されてい
るボンディングワイヤーの接合部に、つり針状のカギを
かけ、真横に引っ張って、接合部をせん断破壊させるま
での加重（gf）を測定することにより得られる。
【００２９】また、ボール形成性は、ボンディングワイ
ヤーの先端がボール状に溶融した際、酸化するかどう
か、空洞ができるかどうか、ボール径のバラツキが大き
いか小さいかということを評価することにより判断され
る。
【００３０】
【表１】 上記表１より、まず導電性に関しては、実施例１〜４お
よび比較例１がＡｕ線より高い導電率を示し、非常に有
効である。
【００３１】また、初期ボール硬度に関しては、実施例
１〜４および比較例１，３，４がビッカース硬度１４０
以下を示し、実用的である。
【００３２】また、ワイヤー強度に関しては、実施例１
〜４および比較例１〜３がＡｕ線より大きい強度を示
し、有用である。
【００３３】また、ワイヤー伸びに関しては、実施例１
〜４および比較例１，３がＡｕ線より大きい伸びを示
し、有用である。
【００３４】また、ボール接合強度に関しては、実施例
１〜４および比較例２〜４がボール接合強度６５gr以上
であり、実用的である。
【００３５】また、ボール形成性に関しては、全て良好
である。
【００３６】以上の各特性を総合的に考慮すると、本発
明の実施例１〜４は比較例１〜４に比べて優れている。
【００３７】そして、半導体チップとリードフィンガを
有する半導体装置の半導体チップとリードフィンガとの
結線に、上記優れた特性を有するボンディングワイヤー
を用いたところ、信頼性の高い半導体装置を得ることが
できた。
【００３８】
【発明の効果】本発明は、ボール接合強度が良好でかつ
導電性が良好な銅系ボンディングワイヤーを用い、高い
信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の一部切り欠き斜視図。
【符号の説明】
１…半導体チップ ２…リードフィンガー ３…ボンディングワイヤー ４…樹脂モールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 典章 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８ 株式 会社東芝 横浜金属工場内 (56)参考文献 特開 昭57−149744（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−139662（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−155746（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気的結線に、Ｂｅ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｚ
    ｒ，Ａｇ，ＣｒおよびＦｅ（第１添加元素群）から選択
    された２種以上の元素を 0.1重量％〜２重量％含有し、
    かつＭｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｎｉ，
    Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｂ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐ
    ｂ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉ，ＳｅおよびＴｅ（第２添加元素
    群）から選択された１種または２種以上の元素を 0.001
    〜２重量％含有し、残部が実質的に銅であるボンディン
    グワイヤーを用いたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 半導体装置は、少なくとも半導体チップ
    とリードフィンガを有すると共に、前記半導体チップと
    リードフィンガとの結線に、ボンディングワイヤーを用
    いたものである請求項１記載の半導体装置。
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