JP3475511B2 - ボンディングワイヤー - Google Patents

ボンディングワイヤー

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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子上のチップ
電極と、外部リードとを接続するために用いるボンディ
ングワイヤーに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来よりＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子上
のチップ電極と外部リードとの結線用として多く用いら
れている金線は、その機械的強度、耐熱強度を向上させ
るために純度９９．９９重量％以上の高純度金に、Ｃ
ａ、Ｂｅ、Ｇｅを含有させた金線（特公昭５７−３５５
７７号公報）、Ｌａ等の希土類元素及び、Ｃａ、Ｂｅ、
Ｇｅを含有させた金線（たとえば特公平２−１２０２２
号公報）等、多くの提案がなされている。一方、近年の
半導体デバイスの高密度、高集積度化による多ピン傾向
は、チップ電極、外部リードの狭ピッチ化、チップ電極
と外部リードとの長距離化へとつながり、より強い機械
的強度、耐熱強度を有する金線が要求されるようになっ
た。 【０００３】しかしながら半導体デバイスの高密度、高
集積度化は、電極構造の微細、多層化や薄膜化へとつな
がり、その結果、ボンディング時の荷重、及び超音波の
衝撃を吸収することがむずかしくなり、デバイスの損傷
や、電極パッド下に微小クラックが発生する等のダメー
ジを受け易い構造となり、金線の高強度化はより大きな
問題となってきた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、従来
の金線が持つ機械的強度、耐熱強度を損なうことなく、
デバイスの損傷やパッド下のクラックを大幅に低減し得
るボンディングワイヤーを提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のボンディングワイヤーは、Ｓｎを２〜５０重
量ｐｐｍと、Ｃａ、Ｂｅのうちの少なくとも一種を１〜
５０重量ｐｐｍとを含有し、残部が純度９９．９９重量
％以上の金である金合金線からなる。 【０００６】 【作用】本発明において、Ｓｎは必須の元素である。従
来のＣａ、Ｂｅのうちの少なくとも一種を添加した金に
Ｓｎを適量添加したところ、従来品に比べ、アーク放電
により形成した金ボールの表面硬度が若干低下し、更に
ボンディングにより金ボールをチップ電極に押し潰した
後のボール硬度、即ちボールの加工硬度が大幅に低減
し、パッド下のクラック等のデバイスの損傷を防ぐ効果
があることが見いだされた。 【０００７】Ｓｎの添加量は、２重量ｐｐｍ未満ではそ
の効果は不十分であり、５０重量ｐｐｍを越えるとボー
ル形成時に真球ボールが形成されにくくなるため、Ｓｎ
の添加量は２〜５０重量ｐｐｍとする。Ｃａ、Ｂｅのう
ちの少なくとも一種の添加は金の結晶格子に歪を与えて
金線の機械的強度、耐熱強度を高める効果があるが、添
加量が１重量ｐｐｍ未満ではその効果は不十分であり、
５０重量ｐｐｍを越えると金ボールの表面に酸化膜が形
成されてチップ電極との接合性が阻害されるようになる
ので、１〜５０重量ｐｐｍとする。 【０００８】 【実施例】純度９９．９９重量％以上の高純度金に、Ｓ
ｎ、Ｃａ、Ｂｅを種々の割合で添加し、高周波誘導加熱
炉で溶解し、表１に示す組成の合金を得た。これらの合
金に溝ロール加工を施し、次に、ダイスを用いた伸線加
工により直径０．０３ｍｍの金線とし、次に、室温での
伸び率が６％となるように連続焼鈍を行いボンディング
ワイヤーを得た。これらのボンディングワイヤーを、引
っ張り試験機を用いて常温での機械的強度と、２５０℃
の雰囲気中に２０秒間保持した状態での高温強度を測定
した。 【０００９】 【表１】 次に、高速自動ボンダーを用いてボールの直径が０．０
６５ｍｍになるような放電条件にてボールを形成し、各
試料のボール形状とボール表面酸化膜の有無を電子顕微
鏡により観察した。次に、メモリー用ＩＣを搭載したリ
ードフレームを用いてチップ電極と外部リード間の連続
ボンディングを行い、圧着した金ボールの表面硬度を微
小硬度計にて測定した。その後、金ボールとチップ電極
のＡｌを化学処理により溶解し、パッド下層のクラック
発生の有無を金属顕微鏡で確認した。これらの結果を表
１に示す。 【００１０】表１に示されたように本発明のボンディン
グワイヤー（試料番号１〜３）は、Ｓｎを添加していな
いボンディングワイヤー（試料番号４）や、Ｓｎの添加
量が本発明の下限未満のボンディングワイヤー（試料番
号５）と比べてパッド下のクラック発生のない良好な結
果が得られた。また、Ｓｎの添加量が本発明の上限を越
えるボンディングワイヤー（試料番号６）は、ボール硬
度は本発明のものと同等でパッド下のクラック発生も見
られなかったが、ボール変形が確認された。 【００１１】 【発明の効果】本発明のボンディングワイヤーは、従来
金線の機械的強度、及び耐熱強度を損なうことなく、ボ
ール形成時のボール変形、及びボール表面への酸化膜形
成もなく、ボンディングの際のボール硬度が低く、デバ
イスの損傷や電極パッド下のクラックの発生を防ぎ、安
定したボンディングが可能である。これより、多ピンデ
バイスの金ボンディングにおける歩留り、信頼性の向上
が図れる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 C22C 5/02

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｓｎを２〜５０重量ｐｐｍと、Ｃａ、Ｂ
    ｅのうちの少なくとも一種を１〜５０重量ｐｐｍとを含
    有し、残部が純度９９．９９重量％以上の金である金合
    金線からなるボンディングワイヤー。
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