JP2911886B2 - セリウムミッシュメタルを含有する金合金から成る極細線及びその製造方法 - Google Patents

セリウムミッシュメタルを含有する金合金から成る極細線及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、セリウムミッシュ
メタル（Ｃｅｒ−Ｍｉｓｃｈｍｅｔａｌｌ）を含有する
金合金から成る、半導体構造部材の接触用極細線に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体構造部材の接触−結合のために適
当な線−結合線（Ｂｏｎｄｄｒａｈｔ）とも称される−
は、優れた電気的特性及び機械的強度を有しなければな
らない。線の直径は約１０〜２００マイクロメ−トルで
あってよく、通常は約２０〜６０マイクロメ−トルであ
る。それは使用目的により選択される。
【０００３】結合線は高純度の金又は希土類金属を含有
する金合金から成ることが多い。
【０００４】すなわち例えばドイツ国特許第１６０８１
６１号明細書からは、集積回路における導電線の製造の
ために、金及び特にセリウムミッシュメタルの形の１種
以上の希土類金属又はイットリウム０．００１〜０．１
％から成る合金を使用することが公知である。少量の希
土類金属又はイットリウムを含有するこの金合金は、５
００℃までの加熱温度では著しく改良された強度及び伸
び特性を有するが、金の他の特性、例えば硬度、化学的
安定性又は電気抵抗は著しい影響を受けない。
【０００５】またドイツ国特許公開第３２３７３８５号
（米国特許第４８８５１３５号）及び同第３９３６２８
１号（米国特許第４９３８９２３号）明細書、特開平５
−１７９３７５号、特開平５−１７９３７６号及び特開
平６−１１２２５８号公報、ヨ−ロッパ特許出願公開第
０７４３６７９号及び同第０７６１８３１号明細書に
も、結合線のための金−希土類金属合金が記載されてい
る。
【０００６】ドイツ国特許出願公開第３２３７３８５号
明細書は、希土類金属、特にセリウム０．０００３〜
０．０１重量％及び場合により更にゲルマニウム、ベリ
リウム及び／又はカルシウムを含有する金合金から成
る、高い引張り強さを有する微細金合金線に関するもの
である。
【０００７】ドイツ国特許出願公開第３９３６２８１号
明細書は、少量のランタン、ベリリウム、カルシウム及
び白金族の元素、特に白金及び／又はパラジウムと合金
された、高純度の金から成る、半導体装置の結合用金線
を記載している。
【０００８】特開平５−１７９３７５号及び−１７９３
７６号明細書は、高純度の金及び及びアルミニウム又は
ガリウム０．０００３〜０．００５重量％、カルシウム
０．０００３〜０．００３重量％及びイットリウム、ラ
ンタン、セリウム、ネオジム、ジスプロシウム及び／又
はベリリウム０．０００３〜０．００３重量％から成
る、結合用微細金合金線に関する。
【０００９】特開平６−１１２２５８号公報（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ Ｖｏｌ．１２１，８９
２８７ｍに抄録）から公知の結合線は、白金１〜３０％
及びスカンジウム、イットリウム及び／又は希土類金属
０．０００１〜０．０５％及び場合によりベリリウム、
カルシウム、ゲルマニウム、ニッケル、鉄、コバルト及
び／又は銀０．０００１〜０．０５％を含有する金合金
から成る。
【００１０】ヨ−ロッパ特許出願公開第０７４３６７９
号明細書には、同様に白金を含有する金−希土類金属合
金から成る結合線が提案されている。同合金は金及び少
量の白金（０．０００１〜０．００５重量％）、銀、マ
グネシウム及びユ−ロピウムから成り、さらに例えば
０．０００１〜０．００２重量％の量のセリウムも含有
することができる。
【００１１】ヨ−ロッパ特許出願公開第０７６１８３１
号明細書には、白金及び／又はパラジウムを含有する金
−希土類金属−合金から成る細線が記載されている。該
合金は、白金及び／又はパラジウム０．１〜２．２重量
％、ベリリウム、ゲルマニウム、カルシウム、ランタ
ン、イットリウム及び／又はユ−ロピウム０．０００１
〜０．００５重量％、残り金から成る。この線は、合金
を形成する元素をるつぼで溶融し、るつぼ中に存在する
合金溶融物を下から上へと漸進的に冷却して鋳造片（イ
ンゴット）を作り、次に圧延し、延ばしかつ赤熱するこ
とによって製造する。この鋳造片は３〜８％の伸び及び
６８００〜９０００ｋｇｆ／ｍｍ２のヤング率を有す
る。
【００１２】特開平７−３３５６８５号公報からは、
金、白金０．１〜０．８重量％及びカルシウム、ベリリ
ウム、ゲルマニウム、希土類金属、ストロンチウム、バ
リウム、インジウム、錫及び／又はチタン０．０００３
〜０．０１重量％から成る結合線が公知である。
【００１３】特開平８−２９３５１５号公報も同様に、
金−白金−合金から成る結合線に関する。この金合金
は、金の他に白金０．０４〜１．５重量％、イットリウ
ム、カルシウム、ランタン及び／又はセリウム０．００
４〜０．０６重量％及び場合によりさらにアルミニウム
及び／又はインジウム０．０００５〜０．０５重量％を
含有している。
【００１４】特開平６−１１２２５４号公報には、金、
白金０．１〜１重量％及び鉄、ケイ素、ベリリウム、カ
ルシウム、ゲルマニウム、イットリウム、スカンジウム
及び／又は希土類金属０．０００１〜０．００５重量％
から成る混合物からの結合線の製造が記載されている。
この混合物を溶融して鋳造する。次に形状圧延（Ｆｏｒ
ｍｗａｌｚｅｎ）、赤熱及び線延ばしを行って２５マイ
クロメ−トルの直径を有する線を形成する。白金を添加
することによって結合線の強度が増大し、それによって
高温試験の際の損失がより小さくなる。
【００１５】特開平６−１１２２５６号公報には、金、
パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、オスミウム
及び／又はルテニウム０．００３〜０．１重量％及びス
カンジウム、イットリウム及び／又は希土類金属０．０
００１〜０．０５重量％から成る混合物からの結合線の
製造が記載されている。この混合物を溶融して鋳造す
る。次に形状圧延、赤熱及び線延ばしを行って直径２５
マイクロメ−トルを有する線を形成する。白金族金属の
添加によって結合線の強度が増大し、それによって高温
試験の際の損失がより小さくなる。
【００１６】特開平２−９１９４４号公報は、金の他に
パラジウム０．５〜１０重量％及びランタン、セリウム
及び／又はカルシウム０．０００１〜０．０２重量％を
含有する金合金から成る、金バンプ（Ｇｏｌｄ−Ｂｕｍ
ｐ）に適当な金細線に関する。
【００１７】ドイツ国特許第４４４２９６０号明細書
は、フリップチップ（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ）装置用はん
だノッブ（Ｌｏｔｈｏｅｃｋｅｒ）（バンプ）及びその
製造方法に関する。はんだノッブ核はボ−ルバンプ（Ｂ
ａｌｌ−Ｂｕｍｐｓ）として金９８％及びパラジウム２
％から成る線材料を使用して機械的に製造することがで
きる。
【００１８】結合線の選択の場合には、化学的及び物理
的な特殊な特性の他に、特にまた所与の伸びの際の可及
的に高い強度が要求される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従ってドイ
ツ国特許第１６０８１６１号明細書から出発して、セリ
ウムミッシュメタルを含有する金合金から成る冒頭記載
の特徴を有する種類の極細線であって、可及的に優れた
強度／伸び−比を有するものを見いだすという課題を基
礎にしている。また本発明は、該極細線の連続的製造を
経済的に有利に可能にする方法を提案するものである。
本発明はまた、該極細線を線結合のためならびに例えば
ドイツ国特許第４４４２９６０号明細書に記載されてい
るような、フリップチップ法に用いる所謂ボ−ルバンプ
（Ｂａｌｌ−Ｂｕｍｐｓ）を製造するために適するよう
にすることである。
【００２０】セリウムミッシュメタルは、Ｒｏｅｍｐｐ
Ｃｈｅｍｉｅ Ｌｅｘｉｋｏｎ，Ｇｅｏｒｇ Ｔｈｉ
ｅｍｅ Ｖｅｒｌａｇ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ−Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ，第９版，１９８９，６２５頁によれば、セリ
ウム４５〜６０％、ランタン１５〜３０％、ネオジム１
０〜２０％、プラセオジム４〜６％及びサマリウム１〜
２％、さらにイットリウム０．５〜１％及びしばしばさ
らに鉄及びケイ素０．５〜１％、炭素、リン、マンガ
ン、マグネシウム及びカルシウムから成る混合物であ
り、Ｒｏｅｍｐｐ Ｃｈｅｍｉｅ Ｌｅｘｉｋｏｎ，第
１０版，１９９６，６４７頁によれば、セリウム５０〜
６０％、ランタン２５〜３０％、ネオジム１０〜１５
％、プラセオジム４〜６％及び鉄１％ならびに少量の他
の希土類金属を含有する混合物である。
【００２１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する極細
線は、本発明によれば、金合金が白金０．０５〜０．９
５重量％、セリウムミッシュメタル０．００１〜０．１
重量％、アルカリ土類金属０〜０．１重量％、残り金か
ら成り、かつセリウムミッシュメタルの少なくとも５０
重量％がセリウムから成ることを特徴とする。
【００２２】特に極細線は、金合金の白金含量が０．２
５〜０．９重量％である場合が効果がある。有利にはセ
リウムミッシュメタルの含量は０．００１〜０．０１重
量％であり、アルカリ土類金属の含量は０．０００１〜
０．０１重量％である。
【００２３】結合線用に使用する直径を有する本発明の
極細線は、結合のために使用するのに必要なすべての特
性を有している。該極細線は特に伸びに対する極めて良
好な強度によって優れている。合金成分（セリウムミッ
シュメタル、白金及び場合によりアルカリ土類金属）の
種類及び量の本発明の選択は、意外にも極めて有利な、
極細線の強度／伸び−比をもたらし、この比は接続結合
（Ｂｏｎｄｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇｅｎ）の極めて良好な
質に著しく貢献する。
【００２４】図１には、伸び（破断点伸び）［％］に従
属する、本発明による若干の極細線（例１〜５）及び比
較のためにドイツ国特許第１６０８１６１号明細書から
公知の従来の技術水準による極細線（例６）の強度（引
張強さ）［ＭＰａ］を図示してある。本発明の極細線は
所与の伸びで高い強度を有する。
【００２５】本発明の極細線は、その有利な特性に基づ
いて線結合のため、また開発状態にある高周波結合のた
め及びフリップチップの接触ノッブ（Ｋｏｎｔａｋｔｈ
ｕｅｇｅｌ）の製造のために極めて有利に使用すること
ができる。
【００２６】また前記課題の解決は、セリウムミッシュ
メタルを含有する金合金から成る半導体構造部材の接触
用極細線の製造方法において、白金０．０５〜０．９５
重量％、セリウムミッシュメタル０．００１〜０．１重
量％、アルカリ土類金属０〜０．１重量％、残り金から
成り、セリウムミッシュメタルの少なくとも５０重量％
がセリウムから成る金合金を溶融し、溶融合金を連続的
に鋳造し（ｓｔｒａｎｇｖｅｒｇｉｅｓｓｅｎ）、鋳造
ストランドを結合目的のために普通用いられている直径
を有する線に延ばし、この線を赤熱する（ｇｌｕｅｈｅ
ｎ）ことを特徴とする。
【００２７】本発明の方法は、溶融合金を円形断面を有
するストランドに鋳造し、線を約３００〜７００℃で赤
熱する場合に、特に効果があった。赤熱によって初めは
引伸し困難な線が必要な伸びを得る。合金の溶融及び鋳
造は空気中、保護ガス、例えばアルゴン下、または真空
中で行うことができる。
【００２８】本発明の場合には特に、白金含量０．２５
〜０．９重量％、セリウムミッシュメタル含量０．００
１〜０．０１重量％及びアルカリ土類金属含量０．００
０１〜０．０１重量％を含む金合金の溶融が極めて有利
であることが判明した。
【００２９】アルカリ土類金属としては、ベリリウム、
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウ
ム、又はこれらの元素の少なくとも２種類からなる混合
物を使用することができる。特にベリリウムとカルシウ
ムとから成る混合物が有効であり、ベリリウム約５０重
量％及びカルシウム約５０重量％から成る混合物が好ま
しい。
【００３０】白金が一部分又は完全にパラジウムによっ
て代用されている合金を溶融するのが有利である場合も
ある。
【００３１】本発明の方法は、特に、同方法が連続的に
実施され、極めて均一かつ不変の品質を有する方法生成
物（鋳造ストランド及び引伸し線）を供給することによ
って優れている。
【００３２】
【実施例】本発明をさらに詳述するために、以下の実施
例に、本発明による極細線及びその製造（例１〜５）及
び比較のためにドイツ国特許第１６０８１６１号明細書
から公知の従来の技術水準による極細線（例６）を記載
する。これらの極細線は伸び（破断点伸び）［％］及び
強度（引張り強さ）［ＭＰａ］によって特性を示す。例
中で使用したセリウムミッシュメタルは５０重量％以上
のセリウム含量を有する市販製品である。
【００３３】例１ 白金０．２５重量％及びセリウムミッシュメタル０．０
０３重量％を含む金合金から成る極細線 白金０．２５重量％及び５３．６重量％のセリウム含量
を有するセリウムミッシュメタル０．００３重量％及び
残部としての金から成る合金の溶融物を、連続鋳造装置
（Ｓｔｒａｎｇｇｕｓｓａｎｌａｇｅ）で円形断面を有
するストランドに鋳造する。次にこのストランドから３
０マイクロメ−トルの直径を有する線を作り、この線を
目標とする伸びに応じて約３００〜６００℃で空気中で
赤熱する。伸び［％］に従属して測定した強度値［ＭＰ
ａ］を第１表に記載する。
【００３４】直径２７５マイクロメ−トルの線により測
定した室温での比電気抵抗は０．０２６オ−ムｍｍ２／
ｍである。
【００３５】
【表１】
【００３６】例２ 白金０．５重量％及びセリウムミッシュメタル０．００
３重量％を含む金合金から成る極細線 白金０．５重量％、５３．６重量％のセリウム含量を有
するセリウムミッシュメタル０．００３重量％及び残部
としての金から成る合金の溶融物を、連続鋳造装置で円
形断面を有するストランドに鋳造する。次にこのストラ
ンドから３０マイクロメ−トルの直径を有する線を作
り、この線を目標とする伸びに応じて約３００〜６００
℃で空気中で赤熱する。伸び［％］に従属して測定され
た強度値［ＭＰａ］を第２表に記載する。
【００３７】直径２７５マイクロメ−トルを有する線に
より測定した、室温での比電気抵抗は０．０２８オ−ム
ｍｍ２／ｍである。
【００３８】
【表２】
【００３９】例３ 白金０．７５重量％及びセリウムミッシュメタル０．０
０３重量％を含む金合金から成る極細線 白金０．７５重量％、５３．６重量％のセリウム含量を
有するセリウムミッシュメタル０．００３重量％及び残
部としての金から成る合金の溶融物を連続鋳造装置で円
形断面を有するストランドに鋳造する。次にこのストラ
ンドから直径３０マイクロメ−トルを有する線を作り、
この線を目標とする伸びに応じて約３００〜６００℃で
空気中で赤熱する。伸び［％］に従属して測定した強度
値［ＭＰａ］を第３表に記載する。
【００４０】直径２７５マイクロメ−トルの線により測
定した、室温での比電気抵抗は０．０３１オ−ムｍｍ２
／ｍである。
【００４１】
【表３】
【００４２】例４ 白金０．９重量％及びセリウムミッシュメタル０．００
３重量％を含む金合金からの極細線 白金０．９重量％、５３．６重量％のセリウム含量を有
するセリウムミッシュメタル０．００３重量％及び残部
としての金から成る合金の溶融物を連続鋳造装置で円形
断面を有するストランドに鋳造する。次にこのストラン
ドから直径２５マイクロメ−トルを有する線及び直径３
０マイクロメ−トルを有する線を作り、各線を目標とす
る伸びに応じて約３００〜６００℃で赤熱する。伸び
［％］に従属して測定した強度値［ＭＰａ］を第４表に
記載する。
【００４３】直径２７５マイクロメ−トルを有する線に
より測定した、室温での比電気抵抗は０．０３２オ−ム
ｍｍ２／ｍである。
【００４４】
【表４】
【００４５】例５ 白金０．９重量％、セリウムミッシュメタル０．００３
重量％、ベリリウム０．００１重量％及びカルシウム
０．００１重量％を含有する金合金から成る極細線白金
０．９重量％、５３．６重量％のセリウム含量を有する
セリウムミッシュメタル０．００３重量％、ベリリウム
０．００１重量％、カルシウム０．００１重量％及び残
部としての金から成る合金の溶融物を、連続鋳造装置で
円形断面を有するストランドに鋳造する。次にこのスト
ランドから直径３０マイクロメ−トルを有する線を作
り、目標とする伸びに応じて約３００〜６００℃で空気
中で赤熱する。伸び［％］に従属して測定した強度値
［ＭＰａ］を第５表に記載する。
【００４６】
【表５】
【００４７】例６（比較） ドイツ国特許第１６０８１６１号明細書によるセリウム
ミッシュメタルを含有する金合金からの極細線 金及び５３．６重量％のセリウム含量を有するセリウム
ミッシュメタルから成る合金の溶融物を連続鋳造装置で
円形断面を有するストランドに鋳造する。次にこのスト
ランドから直径２５マイクロメ−トルの線及び直径３０
マイクロメ−トルの線を作り、各線を目標とする伸びに
応じて約３００〜６００℃で空気中で赤熱する。伸び
［％］に従属して測定した強度値［ＭＰａ］を第６表に
記載する。
【００４８】直径２７５マイクロメ−トルを有する線に
より測定した、室温での比電気抵抗は０．０２４オ−ム
ｍｍ２／ｍである。
【００４９】
【表６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による極細線の引張り強さと公知技術水
準による極細線の引張り強さとの比較を示すグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６６１ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６６１Ａ ６８２ ６８２ ６８５ ６８５Ｚ ６８６ ６８６Ａ ６９１ ６９１Ｂ (72)発明者 ユルゲン ロイエル ドイツ連邦共和国 ゲルンハウゼン イ ム ノイエン ベルク 17 (72)発明者 ルッツ シュレープラー ドイツ連邦共和国 アルツェナウ ベル リーナー シュトラーセ 20ベー (72)発明者 クリストフ ジモンス ドイツ連邦共和国 ビーバーゲミュント ズュートリング ３ (56)参考文献 特開 平11−26491（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−293516（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/60 301 C22C 5/02 C22F 1/00

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セリウムミッシュメタルを含有する金合
    金から成る、半導体の構造部材の接触のための極細線に
    おいて、金合金が白金０．０５〜０．９５重量％、セリ
    ウムミッシュメタル０．００１〜０．１重量％、アルカ
    リ土類金属０〜０．１重量％、残り金から成り、かつセ
    リウムミッシュメタルの少なくとも５０重量％がセリウ
    ムから成ることを特徴とする、セリウムミッシュメタル
    を含有する金合金から成る極細線。
  2. 【請求項２】 金合金の白金含量が０．２５〜０．９重
    量％である、請求項１記載の極細線。
  3. 【請求項３】 金合金のセリウムミッシュメタル含量が
    ０．００１〜０．０１重量％である、請求項１又は２記
    載の極細線。
  4. 【請求項４】 金合金のアルカリ土類金属含量が０．０
    ００１〜０．０１重量％である、請求項１から請求項３
    までのいずれか１項記載の極細線。
  5. 【請求項５】 アルカリ土類金属がベリリウム及びカル
    シウムから成る混合物である、請求項１から請求項４ま
    でのいずれか１項記載の極細線。
  6. 【請求項６】 白金が部分的に又は完全にパラジウムに
    よって代用されている、請求項１から請求項５までのい
    ずれか１項記載の極細線。
  7. 【請求項７】 請求項１から請求項６までのいずれか１
    項記載のセリウムミッシュメタルを含有する金合金から
    成る、半導体構造部材の接触のための極細線を製造する
    に当たり、白金０．０５〜０．９５重量％、セリウムミ
    ッシュメタル０．００１〜０．１重量％、アルカリ土類
    金属０〜０．１重量％、残り金から成り、セリウムミッ
    シュメタルの少なくとも５０重量％がセリウムから成る
    金合金を溶融し、溶融合金を連続的に鋳造し、鋳造スト
    ランドを結合目的に普通用いられている直径を有する線
    に延ばしかつこの線を赤熱することを特徴とする、セリ
    ウムミッシュメタルを含有する金合金から成る極細線の
    製造方法。
  8. 【請求項８】 溶融合金を円形断面を有するストランド
    に鋳造する、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 ０．２５〜０．９重量％の白金含量を有
    する金−白金−希土類金属−合金を溶融する、請求項７
    又は８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ０．００１〜０．０１重量％のセリウ
    ムミッシュメタルを有する金合金を溶融する、請求項７
    から請求項９までのいずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 ０．０００１〜０．０１重量％のアル
    カリ土類金属含量を有する金合金を溶融する、請求項７
    から請求項１０までのいずれか１項記載の方法。
  12. 【請求項１２】 アルカリ土類金属としてベリリウム及
    びカルシウムから成る混合物を含有する金合金を溶融す
    る、請求項７から請求項１１までのいずれか１項記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】 白金がその中で部分的又は完全にパラ
    ジウムによって代用されている、金合金を溶融する、請
    求項７から請求項１２までのいずれか１項記載の方法。
  14. 【請求項１４】 極細線を３００〜７００℃で赤熱す
    る、請求項７から請求項１３までのいずれか１項記載の
    方法。
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