JP2888252B2 - 半導体素子用ボンディング線 - Google Patents

半導体素子用ボンディング線

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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体素子のチップ電極と外部リードとを接
続するために用いられる半導体素子用ボンディング線、
特にボールボンディング法に好適なものに関する。
〈従来の技術〉 従来、この種の半導体素子用ボンディング線として例
えばキャピラリーの先端から垂下したAu線の先端を電気
トーチにより溶融させてボールを形成し、このボールを
半導体素子のチップ電極に圧着して接着せしめ、その後
ループ状に外部リードまで導いて該外部リードに圧着・
切断することにより、チップ電極と外部リードを接続さ
せたものがある。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかし乍ら、このような従来の半導体素子用ボンディ
ング線ではボール形成時にこのボール直上のネック部が
熱影響を受けて線材中に蓄積された応力が緩和されるた
め熱影響を受けない母線に比べ機械的強さが低下し、そ
の結果ボンディング作業中にネック部が破断したりワイ
ヤ倒れやワイヤ垂れが発生すると共に、製品の温度サイ
クル寿命試験において繰り返し温度変化により熱膨張・
収縮して発生する応力がネック部に集中し、ネック部の
破断が発生し易いという問題がある。
一方、近年LSIの高密度実装化に伴って多ピン化傾向
が強まる中、ボンディング線を細線化してボンディング
ピッチを短縮することが要求されている。
しかし、前述のボンディング線ではネック部が破断し
易いためにその線径を細くすることができず、上記要求
を満足し得ないという問題もある。
本発明は係る従来事情に鑑み、ネック部の強さを母線
と同等以上にすることを目的とする。
〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するために本発明が講ずる技術的手段
は、高純度Au又はAu合金に、これら母材の融点より低い
沸点を有してAuと固溶する低沸点元素Ｉ及びAuと固溶し
ない低沸点元素IIを の条件において合計５〜10000atppm含有させたことを特
徴とするものである。
そして、高純度AUとは不可避不純物を含む99.99％以
上のものを母材として用いる。
Au合金とは高純度AuにPd,Ag（20at％以下）、Pt（10a
t％以下）、Rh（2at％以下）、Os,Ru（1at％）、Be,Ca,
Ge,Y,La,Mg,Zr,Ga,In,Mo,Re,Cu,Fe（1atppm〜8at％）等
の中から選ばれる一種又は二種以上含有させたものを用
い、Au合金とすることにより母材自身の常温及び高温で
機械的強さを向上させて高速ボンディングを可能にする
と共に、ボール形成時におけるネック部の結晶粒粗大化
を防止している。
母材の融点より低い沸点を有してAu固溶する低沸点元
素Ｉとは例えばZn,Cd,Hg,Te等であり、母材の融点より
低い沸点を有してAuと固溶しない低沸点元素IIとは例え
ばP,S,As,Se,Rb,Cs等である。
〈作用〉 上記の半導体素子のボンディング用金線における各成
分の限定理由について述べる。
母材の融点より低い沸点を有する低沸点元素はボール
形成時に熔融したボール中から蒸発飛散するものの、ネ
ック部中からは蒸発できないが気化しようとして応力を
発生する作用があるが、そのうちAuと固溶する低沸点元
素ＩはAuから抜け難くその含有量が25atppm未満では特
性を満足することができず、一方10000atppm以上では母
線の脆化現象が見られるようになるため伸線加工が難し
くなると共に、ボール形成時においてボール中に飛散せ
ずに残留する量が多くなりボールが硬くなり過ぎてボン
ディングの際にチップ割れの原因となる。
また、Auと固溶しない低沸点元素IIはAuから抜け易く
その含有量が5atppm未満では特性を満足することができ
ず、一方500atppm以上では母線の脆化現象が見られるよ
うになるため伸線加工が難しくなると共に、ボール中に
飛散せずに残留する量が多くなりボールが硬くなり過ぎ
てチップ割れの原因となる。
Auと固溶する低沸点元素Ｉ及びAuと固溶しない低沸点
元素IIの合計の含有量の下限は、 の条件において5atppm未満では特性を満足することがで
きないので上記条件において5atppmとする必要がある。
一方、Auと固溶する低沸点元素Ｉ及びAuと固溶しない
低沸点元素IIの合計の含有量の上限は、 の条件において10000atppm以上では母線の脆化現象が見
られるようになるため伸線加工が難しくなると共に、ボ
ール中に飛散せずに残留する量が多くなりボールが硬く
なり過ぎてチップ割れの原因となるので上記条件におい
て10000atPPmとする必要がある。
そして高純度Au又はAu合金に、これら母材の融点より
低い沸点を有してAuと固溶する低沸点元素Ｉ及びAuと固
溶しない低沸点元素IIを の条件において合計５〜10000atppm含有させることによ
り、ボール形成時においてボール中の低沸点元素が蒸発
飛散し、これにより金属特有のガス吸収を防いで接合に
良好なボールが得られると共に、ネック部中の低沸点元
素は蒸発できないが気化しようとして応力を発生し、こ
れに伴いボンディング後のネック部の破断強度が応力の
発生しない母線に比べて向上するものである。
〈実施例〉 以下、具体的な実施例について説明する。
各試料は99.999％の高純度Auと、この高純度AuにPdを
20at％含有させたAu合金と、高純度AuにBeを10atppm含
有させたAu合金と、高純度AuにMoを0.5at％含有させたA
u合金と、高純度AuにCuを8at％含有させたAu合金を用意
し、これら高純度Au及び夫々のAu合金にZn,Cd,Hg,P,Rb
を添加して溶融鋳造し、次に溝ロール加工を施し、その
途中で焼なまし処理を施した後に線引加工で線径30μの
母線に成形し、更に十分な応力除去を行ったものであ
る。
各試料の元素含有率は表（１）に示す通りであり、そ
の試料No.1〜８は本発明の実施品、試料No.9,10は本発
明の組成範囲にない比較品である。
上記試料によってプルテストを所定回数（ｎ＝40）宛
行い、夫々のプル強度及びネック部以外の母線部分で破
断した回数と、加工性の良否と、チップ割れの有無を測
定した結果をAu、各Au合金毎に次表（２）に示す。
この測定結果により本発明の組成範囲にあるものはプ
ルテストにおけるＣモード破断の数が範囲外のものに比
べて明らかに多いことからネック部がそれ以外の母線部
分より強いことが判り、前述した範囲で最適であること
が理解される。
〈発明の効果〉 本発明は上記の構成であるから、以下の利点を有す
る。
高純度Au又はAu合金に、これら母材の融点より低い
沸点を有してAuと固溶する低沸点元素を25〜10000atppm
含有させるか、又はAuと固溶しない低沸点元素を５〜50
0atppm含有させるか、或いはこれら両低沸点元素I,IIを させることにより、ボール形成時においてボール中の低
沸点元素が蒸発飛散し、これにより金属特有のガス吸収
を防いで接合に良好なボールが得られると共に、ネック
部中の低沸点元素は蒸発できないが気化しようとして応
力を発生し、これに伴いボンディング後のネック部の破
断強度が応力の発生しない母線に比べて向上するので、
ネック部の強さを母線と同等以上にすることができる。
従って、ボール形成時にネック部が熱影響を受けて母
線より弱くなる従来のものに比べ、ボンディング作業中
のネック部の破断やワイヤ倒れ、ワイヤ垂れが発生しな
いと共に、製品の温度サイクル寿命試験において繰り返
し温度変化により発生する応力が母線全体に分散して吸
収され、ボンディング線の破断の最頻発生部位であるネ
ック部の破断は劇的に減少し、信頼性が向上する。
ネック部が破断し難くなるので、ボンディング線の
線径を微細化でき、これに伴いボンディングピッチの短
縮化が可能となり、LSIの高密度実装が図れる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊賀 祐人 東京都三鷹市下連雀８―５―１ 田中電 子工業株式会社三鷹工場内 (72)発明者 鯨岡 毅 東京都三鷹市下連雀８―５―１ 田中電 子工業株式会社三鷹工場内 (72)発明者 村上 憲正 東京都三鷹市下連雀８―５―１ 田中電 子工業株式会社三鷹工場内 (56)参考文献 特開 昭57−90954（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−133540（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−156936（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/60 301

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高純度Au又はAu合金に、これら母材の融点
    より低い沸点を有してAuと固溶する低沸点元素Ｉ及びAu
    と固溶しない低沸点元素IIを の条件において合計５〜10000atppm含有させたことを特
    徴とする半導体素子用ボンディング線。
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