JP2993660B2 - ボンディングワイヤ - Google Patents

ボンディングワイヤ

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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディングワイ
ヤおよびその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】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、例えば樹脂封止型ＩＣとしては図１の概略断面図に
示す構造のものが知られている。すなわち、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のアルミニウム（Ａｌ）など
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、これを樹脂５でモールディングす
ることにより形成される。 【０００３】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線
径２０〜１００μｍの金（Ａｕ），超音波によりボンデ
ィングする線径２５〜５０μｍのＡｌ合金（Ａｌ−１ w
t.％Ｓｉ，Ａｌ−１ wt.％Ｍｇ等）と線径１００〜５０
０μｍの高純度Ａｌ（９９．９９％以上）などが用いら
れている。 【０００４】現在、Ａｕボンディングワイヤは普及タイ
プのＩＣやＬＳＩに用いられ、Ａｌ系合金ボンディング
ワイヤはサーディプ型またはパワートランジスタ用にと
使い分けられている。 【０００５】近年、集積度の増加に伴う多ピン化の傾向
により、Ａｕボンディングワイヤのコストを無視するこ
とができなくなってきている。そのため、ボンディング
ワイヤを高価なＡｕから比較的安価な銅（Ｃｕ）に変更
することが検討されている。 【０００６】また、ＣｕはＡｕに比べて材料コストが大
幅に低減する他に、導電性が高く細線化が容易であり、
さらにＡｌ電極との金属間化合物が生成しにくく、接合
部の高温強度が優れているなどの特徴を有している。 【０００７】Ｃｕボンディングワイヤを用いたボンディ
ングは、アルゴン（Ａｒ），窒素（Ｎ2 ），水素
（Ｈ2 ）などの還元ガスあるいは不活性ガス雰囲気中
で、電気トーチによる放電あるいは酸水素炎による加熱
によりＣｕボンディングワイヤの先端部を溶融してボー
ルを形成し、このボールをＡｌ電極にキャピラリで超音
波を印加しながら接合する。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】Ｃｕボンディングワイ
ヤのボンディング時、Ｃｕボールの表面が侵入空気によ
って酸化し、さらに形成されたボールがＡｕあるいはＡ
ｌ系のボンディングワイヤのボールに比べて硬度が高い
ために、半導体チップの損傷あるいはボンディングの強
度不足によるボンディングワイヤの剥離などが発生する
場合があった。 【０００９】そこで、このような問題を解決し、基体さ
れる良好なボンディング性を有するＣｕ線の開発が望ま
れていた。 【００１０】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するボン
ディングワイヤおよびその製造方法を提供することを目
的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段と作用】 【００１２】 【００１３】 【００１４】請求項１の発明のボンディングワイヤは、
不可避不純物としての硫黄を含有し、残部銅からなるボ
ンディングワイヤにおいて、マグネシウム（Ｍｇ）を５
〜１５０wt.ppm含有し、さらに硼素（Ｂ），バナジウム
（Ｖ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），クロ
ム（Ｃｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）から選ばれる少な
くとも１種の元素を２０wt.ppm以下含有することを特徴
とする。 【００１５】 【００１６】本発明者らは、Ａｒガスなどの不活性ガス
中での放電あるいは酸水素炎などにより形成されたボー
ルの硬度は、銅線中に銅の不純物として固溶している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。さらに研究を進めた結果、微量のＭｇ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
を初めて見出したのである。 【００１７】このＭｇ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硬
化を発揮する。しかし、その量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い、逆にあまりその量が少
ないと意図する効果を得ることができない。したがっ
て、本発明におけるＭｇの含有量は５〜１５０wt.ppmと
する。このましくは、３０〜９０wt.ppmである。 【００１８】また、本発明のボンディングワイヤの酸素
量は、２０wt.ppm以下とすることが好ましい。これは、
酸素の含有量が余り多いと、銅ボールの硬化に対して前
記Ｍｇの含有効果を低減するためである。 【００１９】また、本発明においては、Ｍｇに加えさら
に、Ｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，ＣｒおよびＨｆ等から選ばれ
る少なくとも１種以上の元素を２０wt.ppm以下含有する
ことも可能である。 【００２０】これらの元素は、Ｍｇと同様にＣｕボール
の硬化を防止することができる。しかし、あまりそれら
の含有量が多いとかえってＣｕボールを硬化させてしま
うため、それらの量は２０wt.ppm以下が好ましい。特に
これらの元素は５wt.ppm以上含有することが好ましい。 【００２１】本発明は、残部が不純物としてＳを含有し
たＣｕであるが、Ｓと同様にＣｕの不可避不純物として
銀（Ａｇ），ニッケル（Ｎｉ），スズ（Ｓｎ），シリコ
ン（Ｓｉ），テルル（Ｔｅ），鉛（Ｐｂ），ビスマス
（Ｂｉ）などを除くものではない。 【００２２】上記本発明のボンディングワイヤの製造方
法の一例としては、例えば無酸素銅にＭｇを添加した試
料を真空溶解などにより溶解鋳造しインゴットを得た
後、得られたインゴットを、任意により面削後、引抜き
加工などの各種加工および焼鈍を繰り返し行い、意図す
るボンディングワイヤを得る。 【００２３】 【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明す
る。 【００２４】（実施例１）純度９９．９９ wt.％の無酸
素銅にＭｇを添加量を変化した試料を真空溶解により溶
解し、直径２０mmのＭｇ含有量の異なる鋳塊を作成し
た。この直径２０mmの各鋳塊を面削し、１mmまで冷間引
抜き後、４００℃で１時間焼鈍し、さらに引抜き加工を
行って、直径２５μｍの線材とした。次にこの線材を３
００℃で等温焼鈍を行い、試料とした。 【００２５】得られた各試料をＡｒガス中で放電により
溶解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。その結果を硬度特性曲線図として図２
に示す。 【００２６】図２より明らかなように、本発明で規定す
る範囲のＭｇの含有でボールの硬さが低下していること
が確認された。 【００２７】（実施例２）純度９９．９９ wt.％の無酸
素銅に、表１に示すような各種元素（純度９９．９９ w
t.％）の含有量を変化した試料（直径２５μｍ）を、上
記実施例１と同様の方法によって製造した。 【００２８】得られた各試料のヌープ硬度（Ｈｋ）およ
びプッシュ・テストの結果（せん断強度（ｇ））併せて
表１に示す。 【００２９】また、比較例として無酸素銅（純度９９．
９９ wt.％）のヌープ硬度（Ｈｋ）およびプッシュ・テ
ストの結果も併せて表１に示す。 【００３０】 【表１】 上記表１より明らかなように、本発明のボンディングワ
イヤは優れた特性を有していることが確認できた。 【００３１】次に、ＡＥＳを用い、試料１のボール表面
からの不純物Ｓを分析した結果をＳピーク強度特性図と
して図３に示す。また比較例として、無酸素銅（純度９
９．９９ wt.％）により形成したボールの表面からの不
純物Ｓを測定した結果も、併せて図３に示す。 【００３２】図３より明らかなように、比較例のボール
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で形成したボール表面には認められなかった。他の
試料についても同様であった。 【００３３】 【発明の効果】本発明によれば、優れたボンディング性
を有するボンディングワイヤおよびその製造方法を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】 【図１】樹脂封止型ＩＣを示す概略断面図である。 【図２】ボールのＭｇ含有量に対する硬度特性曲線図で
ある。 【図３】ボール表面からの不純物Ｓを分析したＳピーク
強度特性図である。 【符号の説明】 １ ダイフレーム ２ ペレット ３ リードフレーム ４ ボンディングワイヤ ５ 樹脂

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．不可避不純物としての硫黄を含有し、残部銅からな
    るボンディングワイヤにおいて、マグネシウムを５〜１
    ５０wt.ppm含有し、さらに硼素，バナジウム，チタン，
    ジルコニウム，クロムおよびハフニウムから選ばれる少
    なくとも１種の元素を２０wt.ppm以下含有することを特
    徴とするボンディングワイヤ。
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