JP2656236B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体のチップ電極と外部引出し用リードフ
レームのインナーリード部とをワイヤボンディングした
半導体装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般に、トランジスタ、IC（集積回路）、LSI（大規
模集積回路）の如き半導体装置としては、例えば第３図
に示す構造のものが知られている。ダイフレーム１の上
に半導体チップであるペレット２をダイボンディング
し、このペレット２の電極とリードフレーム３とをボン
ディングワイヤ４で電気的に接続した後、これらを樹脂
５でモールディングすることにより形成される。
上記ボンディングワイヤとして、熱圧着法あるいは超
音波併用熱圧着法によりボンディングするφ20〜100μ
ｍの金、超音波法によりボンディングするφ25〜50μｍ
のアルミニウム合金（Al−1.0wt％Si,Al−1.0wt％Mg
等）とφ100〜500μｍの高純度アルミニウム（99.99％
以上）が用いられている。
現在、金線は普及タイプのICやLSIに用い、アルミニ
ウム線はサーディプ型またはパワートランジスタ用にと
使いわけられている。
最近、集積度の増加に伴なう多ピン化の傾向によっ
て、金線のコストを無視することが出来なくなってい
る。そのため、ボンディングワイヤを高価な金線から比
較的安価な銅線に変更することが検討されている。
銅線のボンディングボールは不活性雰囲気中で形成さ
れるが、ボール表面が酸化し、さらに金あるいはアルミ
ニウムに比べてボールが硬すぎるため、ボンデイング時
に半導体チッブの損傷あるいはボンディングの強度不足
によるワイヤの剥離などが発生する場合がある。そこ
で、この問題を解決し、期待される良好なボンディング
性を有する導線の開発が望まれていた。
〔発明の目的〕
本発明はこのような問題を解決するためになされたも
ので、優れたボンディング性を有した銅ワイヤを用いた
半導体装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は半導体チップとの接続にワイヤボンディング
を用いた半導体装置において、前記ワイヤボンディング
素材として、チタン（Ti）、ジルコニウム（Zr）の少な
くとも１種を３〜20wt.ppm含有し、残部銅からなり、か
つプッシュ・テストにおけるせん断強度が線径25μｍに
おいて55（ｇ）以上である線材を用いることを特徴とす
る半導体装置である。
本発明者等はArガス等の不活性ガス中での放電あるい
は酸水素炎等により形成された銅ボールの硬化は、銅線
に固溶しているＳがボール表面に濃化偏析するためであ
ることを見出した。さらに研究を進める結果、微量のT
i,Zrの添加が、このＳの銅ボール表面での濃化偏析防止
に有効であることを見出したのである。
このTi,Zrは微量の添加でＳの銅ボール表面での濃化
偏析を防止し、銅ボールの硬化を防止する効果を発揮す
るが、あまり多いと銅中に固溶して強度が増大し、銅ボ
ールが硬化してボンディング後の接合強度が低下してし
まう。したがって、３〜20wt.ppmとする。さらには、８
〜13wt.ppmが好ましい。
また、Ti,Zrに加え、さらにCr,Mn,Fe,Hf等を加えるこ
ともできる。Cr,Mn,Fe,Hf等の添加も同様に銅ボールの
硬化を防止することができる。しかしながら、余り大量
の添加はかえって銅ボールを硬化させてしまうため、20
wt.ppm以下が好ましい。添加する場合は、5wt.ppm以上
程度からその効果があらわれる。
また本発明に係る線材は、残部が銅であるが、Ag,Ni,
As,Sn,Si,Sb,Te,Pb,Bi等の不可避的不純物を除くもので
はない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、銅ボール表面に
Ｓが濃化偏析するのを防止することができるため、接合
強度が高く、優れたボンディング性を有する半導体装置
を得ることができる。
〔発明の実施例〕
以下に本発明の実施例を説明する。
（実施例１） 純度99.99wt.％の無酸素銅にTiを添加した試料を真空
溶解により作製した。φ20mmの各鋳魂を面削し、1mmま
で冷間引抜き後、400℃で1hr焼鈍し、引抜き加工により
φ25μｍの細線とした。次に線材を300℃で等温焼鈍を
行ない、試料とした。
得られた試料をArガス中で放電により溶融してボール
を形成し、ボール断面の硬さをヌープ硬度計で測定し
た。その結果を第１図に示す。第１図から明らかなよう
に、本発明に規定する範囲の添加で放電ボールの硬さ
は、比較例の放電ボールに比べて低下していることが確
認された。Zrでも同様であった。
（実施例２） 純度99.99wt.％の無酸素銅に各種元素（純度99.99wt.
％）を添加して真空溶解した後、実施例１と同様な方法
によって試料（φ25μｍ）を作製した。各試料の組成
は、第１表に示す通りである。
硬さ測定およびプッシュ・テストの結果を同表に示
す。この表から明らかなように、本発明の実施例は優れ
た特性を有していることが確認された。
次にAESを用い、放電ボール表面からの不純物Ｓを分
析した結果を第２図に示す。比較例（純度99.99％の無
酸素同）により形成した放電ボール表面に存在するＳ濃
化偏析は、本発明の実施例である試料１により形成した
放電ボール表面には認められなかった。他の実施例も同
様であった。
【図面の簡単な説明】
第１図は硬度特性曲線図、第２図はＳピーク強度特性
図、第３図はプラスチックパッケージICを示す概略断面
図である。 ２……ペレット ３……リードフレーム ４……ボンディングワイヤ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体チップとの接合にワイヤボンディン
    グを用いた半導体装置において、前記ワイヤボンディン
    グ素材として、チタン（Ti）及びジルコニウム（Zr）の
    少なくとも１種を３〜20wt.ppm含有し、残部銅からな
    り、かつプッシュ・テストにおけるせん断強度が線径25
    μｍにおいて55（ｇ）以上である線材を用いることを特
    徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】前記チタン及びジルコニウムの少なくとも
    １種は８〜13wt.ppmであることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の半導体装置。
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