JP2708574B2 - 半導体用ボンディング細線の製造方法 - Google Patents

半導体用ボンディング細線の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体チップとリードを結ぶ半導体ボンディ
ング細線の製造法に関するものである。
（従来の技術） 半導体用のボンディング細線は、従来高純度のAu,Al,
Cuが使用されているが、最近半導体の多ピン化に伴いボ
ンディング線も次第に細線（20μｍ以下）化されるよう
になり、それなりの強度，伸び等の機械的特性や接合
性，ボール成形性等のボンディング特性が要求される。
これらの要求は例えば特公昭57−35577号公報にみられ
るように、通常特殊な合金元素を添加することでこれを
満足するように製造される。
細線の合金化は通常高純度素材を真空中で高周波誘導
加熱等の方法により溶解し、合金化元素あるいは合金化
元素を高濃度に含有する母合金を添加することにより行
なう。
この方法は高純度素材を溶解するためにルツボあるい
は雰囲気からの不純物介在物の混入があり、ワイヤーの
特性を劣化させるおそれがあること、又Al2O3,SiO2等の
介在物が混入することにより伸線中に断線することがあ
り、歩留りを低下させる。又、凝固中に偏析が生じるた
め、ワイヤーの各部の濃度が多少変化するため、特性、
特に強度，伸びが長手方向でバラツキを生じている。そ
れらの改善のため、インゴットを再加熱（又は溶解）し
均一化する処理を行なっている（ゾーンレベリング）
が、それでも十分とはいえない。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、前記した従来法の問題点を改善するもので
あり、高純度素材の純度を劣化させずに合金を添加する
ものであって、すなわち介在物の混入は全くなく、合金
元素の偏析がみられない細線への合金添加法を提供する
ものである。
（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明の要旨は次の通りで
ある。
導体表面に合金元素あるいは高濃度合金を被覆した
後、誘導体に拡散熱処理を施すことにより合金化を行な
い、その後、伸線することを特徴とする半導体用ボンデ
ィング細線の製造方法。
導体表面を合金元素あるいは高濃度合金で被覆する前
に、スパッタリングによりクリーニングすることを特徴
とする前記記載の半導体用ボンディング細線の製造方
法。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明の導体は、Au,Cu,Al等からなる高純度金属であ
り該金属のインゴットを圧延し、伸線して0.1〜5mmの径
の線（中間素材）にする。
この高純度中間素材（線）を蒸着領域あるいはメッキ
槽内を連続的に通過させ線の表面に合金元素あるいは合
金元素を高濃度に含有する母合金を被覆する。
蒸着方法には、スパッタリング、イオンプレーティン
グ、真空蒸着に代表される物理蒸着方法、プラズマCVD
に代表される化学蒸着方法を用い、メッキは通常行なわ
れている浸漬，電解方法を採用する。被覆厚は得ようと
する合金濃度をＣ（重量パーセント）とし、高純度線の
径をｄ（mm）、蒸着あるいはメッキする合金化元素の被
覆厚みをΔｄ（mm）、又、合金化元素の密度をρｃ、高
純度線の密度をρＭとすると、 の関係となる合金化の濃度は高濃度になりすぎるとボー
ル硬化の要因となり、好ましくないので、0.1％以下に
するのが通常であり、すなわちｄ≫Δｄであるから として目的とする濃度Ｃが保たれるよう厚みΔｄを決定
すればよい。
すなわち合金濃度は通常0.0001％〜0.1％の範囲であ
るのでΔｄは2.5×ｄ×ρＭ×ρｃ×10-7〜2.5×ｄ×ρ
M/ρｃ×10-4の範囲となる。
合金化元素が高濃度母合金として供給される場合は、
合金化元素の含有する割合に応じて被覆厚みを変化させ
る必要がある。その濃度がα（％）とすると となる。
上式により、必要な厚さを被覆した後は拡散熱処理を
行なう。拡散熱処理により、被覆合金を線の中心部まで
均一に拡散させる。均一拡散するための条件は Ｄは拡散係数であり、D0とＱが与えられれば、各温度
に対して求められる。D0とＱは各元素特有の定数で、例
えば、日本金属学会編金属データブックあるいはCRC Pr
ess発行のCRC Handbook of chemistry and physics等に
掲載されている。なおＲは気体係数である。ここでＫは
ほぼ１〜10の間の値の定数である。
本発明において、被覆，拡散による合金化は、必要と
する細線の線径の３〜200倍の太いところで行ない、そ
の後伸線をして所望の径の細線とすることが好ましい。
最も好ましくは細線の５〜100倍である。すなわち本発
明においては、例えば径30μｍφの細線を得ようとする
場合には、径0.15〜3mmφの中間材に合金を被覆し、拡
散処理を施してから伸線することが最も好ましい。この
ようにすることによって、生産性が極めて大となり、細
線化した後に蒸着−拡散処理をした場合に起こる粒の粗
大化を防ぐことができる。また通常は、伸線の中間工程
で中間焼鈍を行なってひずみとりをするのであるが、中
間焼鈍をすべき線径で、蒸着，拡散−熱処理を行なうこ
とにより、中間焼鈍を省略することができる。
（実 施 例） 以下本発明を実施例に基づいて説明する。
第１図は本発明のクリーニング及び蒸着を行なう装置
の一例を示すもので、真空容器１中に、線２を回巻し、
これを繰り出すリール３と線２を巻取る巻取りリール４
を設置する。これらのリールは線２を回転しながら移送
する機能を備えている。線２の移行領域には、繰り出し
側に電極5,6を配したクリーニングゾーンと、巻取り側
にターゲット７及び８を設けたスパッタリングゾーンを
設けている。９はArガス供給管であり、10は排気管であ
る。
直径1mmφの金線（純度99.999％）を第１図に示す装
置を用いて連続的に回転させながら移行させ、移行線２
に連続的にグロー放電スパッタリングを行なって表面を
清浄にした後、大気中に出すことなくスパッタリング蒸
着をした。
ターゲットには、銅＋２％ベリリウムを用い、線表面
への蒸着厚みが約1100Åになるように調整した。
スパッタリングに用いた雰囲気ガスはArであり、グロ
ー放電は何れも300〜1000Vの直流電源により行なった。
拡散処理は、950℃で４時間行なった。拡散処理後、
線の断面を研磨し、Ｘ線分析、イオンマイクロアナライ
ザーにより分析した結果、銅、ベリリウム共ほぼ均一に
拡散していることが確かめられた、化学分析した結果、
銅は210ppm、ベリリウムは4ppm含有していることがわか
った。このことは上記した式の関係が成り立っているこ
とを示している。この金合金線を20μｍまで伸線した
後、仕上げ熱処理を行ない、この細線を用いて半導体チ
ップとリードとのボンディングを実施した。ボール形成
性、強度延性バランスは安定してバラツキがなく伸線時
の断線もなかった。
第１表に、上記組成よりなる本発明線と、同一組成の
細線を溶解法で作成し、それぞれの製造時における断線
回数と長手方向での伸びのバラツキのデーターを示す。
上記の結果より、本発明によって製造した細線は極め
て安定した機械的性質を有し、しかも接合にもトラブル
がない優れたボンディング線であることがわかる。
（発明の効果） 以上のように本発明は純度の高い（介在物率が極めて
少なく）合金細線に所望の特性が安定して得られると共
に、このように細線を高能率で生産できるのであり、そ
の工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の蒸着（スパッタリング）処理をする装
置の一例を示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮嶋 俊平 神奈川県川崎市中原区井田1618 新日本 製鐵株式会社第一技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−236252（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−259541（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−52118（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】導体の表面に、合金元素あるいは高濃度合
    金を蒸着、メッキにより被覆した後、拡散熱処理を施す
    ことにより合金化を行ない、その後伸線することを特徴
    とする半導体用ボンディング細線の製造方法。
  2. 【請求項２】導体表面を合金元素の蒸着前にスパッタリ
    ングによりクリーニングすることを特徴とする請求項
    記載の半導体用ボンディング細線の製造方法。
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