JP2556084B2 - 半導体装置用のＣｕ合金極細線 - Google Patents

半導体装置用のＣｕ合金極細線

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造に際して、ボンデイン
グワイヤとして用いた場合の、Siチツプ上のAl合金配線
被膜との接合性を向上させたCu合金極細線に関するもの
である。
〔従来の技術〕
従来、一般に、半導体装置としてトランジスタやIC、
さらにLSIなどが知られているが、この中で、例えばIC
の製造法の１つとして、 （ａ） まず、リードフレーム素材として、板厚:0.1〜
0.3mmを有するCu合金条材を用意し、 （ｂ） 上記リードフレーム素材より、エッチングまた
はブレス打抜き加工にて製造せんとするICの形状に適合
したリードフレームを形成し、 （ｃ） ついで、上記リードフレームの所定個所に、Si
チツプを、Agペーストなどの導電性樹脂を用いて加熱接
着するか、あるいは予め上記Siチツプおよびリードフレ
ームの片面に形成しておいたAu、Ag、Ni、Cu、またはこ
れらの合金で構成されためつき層を介してはんだ付けす
るか、さらにAuろう付けするかし、 （ｄ） 上記Siチツプと上記リードフレームとに渡つ
て、ボンデイングワイヤとして直径:20〜50μｍを有す
るAu極細線を用いてボールボンデイングを施し、 （ｅ） 引続いて、上記のSiチツプ、ボンデイングワイ
ヤ、およびSiチツプが取付けられた部分のリードフレー
ムを、これらを保護する目的で樹脂封止し、 （ｆ） 最終的に、上記リードフレームにおける相互に
連なる部分を切除してICを形成する、 以上（ａ）〜（ｆ）の主要工程からなる方法が知られて
いる。
上記のように、半導体装置の製造には、ボンデイング
ワイヤとしてAu極細線が用いられているが、近年、高価
なAu極細線に代つて安価な高純度無酸素銅極細線が注目
され、用いられるようになつてきた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、一般の高純度無酸素銅極細線を半導体装置の
ボンデイングワイヤとして用いる場合に、超音波を用い
た熱圧着ボンデイングを行なうのが普通であるが、ボン
デイング時にワイヤ先端部に形成されたボール部によつ
て、例えばSiチツプ上に形成されているAl合金配線被膜
が破壊されたり、時にはSiチツプ自体にマイクロクラツ
クが生じたりするなどの問題点があつた。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上記一般の高純度無酸素銅極
細線を半導体装置のボンデイングワイヤとして用いた場
合に、何故に上記Siチツプ上のAl合金配線被膜の破壊や
Siチツプのマイクロクラツクが発生するのか、その原因
を究明した結果、 ボンデイング温度、ボンデイング荷重、ボンデイング
時間、超音波出力等、種々のボンデイング条件の影響が
あげられるが、その中でも特に超音波出力の影響が最大
の原因であるということがわかつたのである。具体的に
は、通常の高純度無酸素銅極細線によるボールボンデイ
ングは、超音波出力:40mW未満の出力では接合不良が発
生するので、40mW以上の超音波出力を必要としていた
が、かかる40mW以上の超音波出力でボールボンデイング
を行なうと、Siチツプ上のAl合金配線被膜が破壊された
り、時にはSiチツプ自体にマイクロクラツクが生じたり
するということがわかつたのである。
そこで、上記Siチツプ上のAl合金配線被膜の破壊やSi
チツプ自体のマイクロクラツク発生を避けるためには、
40mW未満の超音波出力でも接合不良なしにボンデイング
可能なCu合金極細線を得ることが必要であり、そのため
の開発研究を行なつた結果、 S:1.0ppm以下、 Se:0.1ppm以下、 Te:0.1ppm以下、 とした高純度無酸素銅に、Ｂを0.5〜20ppm添加すること
によつて、超音波出力を下げたボンデイング条件でも接
合不良なしにボンデイング可能となり、従来高純度無酸
素銅に於いて発生していたSiチツプ上のAl合金配線被膜
の破壊や、Siチツプのマイクロクラツクを避けることが
できるという知見を得たのである。
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたもので
あつて、 B:0.5〜20ppm、 残部:Cuおよび不可避不純物からなる組成からなり、上
記不可避不純物は S:1ppm以下、 Se:0.1ppm以下、 Te:0.1ppm以下、 O:10ppm以下、 であるCu合金からなる半導体装置用Cu合金極細線に特徴
を有するものである。
なお、この発明の半導体装置用Cu合金極細線におい
て、合金成分としてのＢの含有量を0.5〜20ppmと定めた
のは、その含有量が0.5ppm未満では、上記のように40mW
未満の超音波出力を下げた条件でAl合金配線被膜との接
合性を向上させるという効果が得られず、一方その含有
量が20ppmを越えると、ワイヤボンデイング時における
ワイヤ先端部に形成されたボール部の変形に伴う加工硬
化が急激に現われるようになつて高速でのワイヤボンデ
イングが困難となるという理由にもとづくものである。
また、不可避不純物としてのＳ、SeおよびTeの含有量の
上限値は、いずれの場合も、これらの上限値を越える
と、従来高純度無酸素銅極細線に発生していた問題点の
発生を避けることができなくなるものである。
さらに、この発明の半導体装置用Cu合金極細線の酸素
含有量は、一般の高純度無酸素銅の酸素含有量と同じく
10ppm以下に押える必要がある。
〔実施例〕
つぎに、この発明のCu合金極細線を実施例により具体
的に説明する。
まず、通常の電気銅を原料とし、これに電解精製を繰
り返し施した後、Ｓ、SeおよびTeと化合物を形成し易い
元素であるLaを添加後、ゾーンリフアイニングを行な
い、S:1ppm以下、Se:0.1ppm以下、Te:0.1ppm以下とした
高純度無酸素銅を作製した。引続いてこの高純度無酸素
銅を真空溶解炉で溶解し、これにＢを合金成分として添
加し、最終的に第１表の本発明Cu合金極細線１〜８の成
分組成を有するインゴツトを作製した。
さらに比較のために、上記真空溶解炉で溶解した高純
度無酸素銅にB:0.2ppmおよび26.3ppm（この値は、この
発明のＢ含有量の範囲を外れた値である）含有のCu合金
インゴツト、Ｂはこの発明の範囲内であつてもＳ、Se、
Teがこの発明の範囲を越えて含有したCu合金インゴツト
を作製した。これらのCu合金インゴツトの成分組成は、
第１表の比較Cu合金極細線１〜５に示してある。
これらCu合金インゴツトを通常の条件で熱間および冷
間線引加工し、いずれも直径:25μｍの本発明Cu合金極
細線１〜８および比較Cu合金極細線１〜５を作製した。
上記本発明Cu合金極細線１〜８および比較合金極細線
１〜５の各種Cu合金極細線を、超音波出力:25mWにてAl
合金配線被膜を有するSiチツプにボールボンデイングを
行ない、1400回のボンデイングで発生した、接合不良個
数、Al合金配線被膜損傷個数およびSiチツプのマイクロ
クラツク発生個数を測定し、これらの測定結果を第１表 に示した。
〔発明の効果〕
第１表に示される結果から、本発明Cu合金極細線１〜
８は、S:1ppm以下、Se:0.1ppm以下、Te:0.1ppm以下とし
た高純度無酸素銅にＢを0.5〜20ppm含有することによつ
て、従来高純度無酸素銅では接合困難であつた25mWの超
音波出力でも接合不良が全く発生しておらず、またAl合
金配線被膜の損傷や、Siチツプのマイクロクラツクも全
く生じていないのに対し、この発明の条件を外れた成分
組成を有する比較Cu合金極細線１〜５では、Siチツプ上
のAl合金配線被膜の損傷やマイクロクラツク発生を回避
することができない。
また、Ｂを含有しない通常の高純度無酸素銅極細線で
は、超音波出力が25mWと小さいため、Al合金被膜損傷や
マイクロクラツクは発生しないが、接合不良が多発する
ことが明らかである。
上述のように、この発明のCu合金極細線は、これを半
導体装置のボンデイングワイヤとして用いた場合、ボー
ルボンデイングを行なうに際して、半導体チツプを損傷
することのない小さい超音波出力にて接合が可能とな
り、Au極細線に代るボンデイングワイヤとして工業上す
ぐれた効果を奏するものである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】B:0.5〜20ppm 残部:Cuおよび不可避避純物からなる組成からなり、上
    記不可避不純物は S:1ppm以下、 Se:0.1ppm以下、 Te:0.1ppm以下、 O:10ppm以下、 であるCu合金からなることを特徴とする半導体装置用Cu
    合金極細線。
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