JP7217392B1 - 半導体装置用ボンディングワイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
[1] Cu又はCu合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたPdとNiの合計濃度が90原子%以上である被覆層とを含む半導体装置用ボンディングワイヤであって、
オージェ電子分光法(AES)により深さ方向の測定点が、被覆層において50点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
被覆層の全測定点に関するPdの濃度CPd(原子%)とNiの濃度CNi(原子%)の比CPd/CNiの平均値をXとしたとき、該平均値Xが0.2以上35.0以下であり、
被覆層のうち該平均値Xからの絶対偏差が0.3X以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し50%以上であり、
該ボンディングワイヤをS濃度20質量ppm以上の封止樹脂材料で封止処理して封止体を得た後、該封止体を250℃にて50時間加熱処理したとき、被覆層の厚さ方向において、被覆層のワイヤ表面側にNi硫化物が生じる、半導体装置用ボンディングワイヤ。
[2] 封止樹脂材料のS濃度が、燃焼-イオンクロマトグラフ法にて測定される、[1]に記載のボンディングワイヤ。
[3] 被覆層の厚さをd(μm)としたとき、ワイヤ表面から深さ0.5dの範囲にNi硫化物が生じる、[1]又は[2]に記載のボンディングワイヤ。
[4] 加熱処理後の封止体におけるワイヤの断面をSEM観察したとき、観察領域におけるNi硫化物の周囲長の平均値をa(μm)とする場合、
該平均値a(μm)と被覆層の厚さd(μm)がa≧0.8dの関係を満たす、[1]~[3]の何れかに記載のボンディングワイヤ。
[5] 加熱処理後の封止体におけるワイヤの断面をSEM観察したとき、観察領域におけるNi硫化物の周囲長の合計値をb(μm)としワイヤ外周長をL(μm)とする場合、
該合計値b(μm)とワイヤ外周長L(μm)がb≧0.8L(μm)の関係を満たす、[1]~[4]の何れかに記載のボンディングワイヤ。
[6] SEM観察において、観察されるワイヤ外周長が3μm以上となるように観察領域が決定される、[4]又は[5]に記載のボンディングワイヤ。
[7] 被覆層の厚さdが0.01μm以上0.13μm以下である、[1]~[6]の何れかに記載のボンディングワイヤ。
[8] 被覆層の全測定点について、CPd又はCNiを最小二乗法により直線近似した際に、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差が20原子%以下である、[1]~[7]の何れかに記載のボンディングワイヤ。
[9] ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルが、ワイヤの表面からArスパッタリングにより深さ方向に掘り下げていきながら、下記<条件>にてAESにより測定して得られる、[1]~[8]の何れかに記載のボンディングワイヤ。
<条件>ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の5%以上15%以下、測定面の長さが測定面の幅の5倍である
[10] ワイヤの表面にAuを含有する、[1]~[9]の何れかに記載のボンディングワイヤ。
[11] ワイヤの表面におけるAuの濃度が10原子%以上90原子%以下である、[10]に記載のボンディングワイヤ。
[12] ワイヤの表面におけるAuの濃度が、下記<条件>にてAESにより測定される、[11]に記載のボンディングワイヤ。
<条件>ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の5%以上15%以下、測定面の長さが測定面の幅の5倍である
[13] ワイヤを用いてフリーエアボール(FAB:Free Air Ball)を形成したとき、該FABの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が15度以下である<100>結晶方位の割合が30%以上である、[1]~[12]の何れかに記載のボンディングワイヤ。
[14] B、P及びMgからなる群から選択される1種以上の元素(以下、「第1添加元素」という。)を含み、ワイヤ全体に対する第1添加元素の総計濃度が1質量ppm以上100質量ppm以下である、[1]~[13]の何れかに記載のボンディングワイヤ。
[15] Se、Te、As及びSbからなる群から選択される1種以上の元素(以下、「第2添加元素」という。)を含み、ワイヤ全体に対する第2添加元素の総計濃度が1質量ppm以上100質量ppm以下である、[1]~[14]の何れか1項に記載のボンディングワイヤ。
[16] Ga、Ge及びInからなる群から選択される1種以上の元素(以下、「第3添加元素」という。)を含み、ワイヤ全体に対する第3添加元素の総計濃度が0.011質量%以上1.5質量%以下である、[1]~[15]の何れかに記載のボンディングワイヤ。
[17] [1]~[16]の何れかに記載のボンディングワイヤを含む半導体装置。
本発明の半導体装置用ボンディングワイヤ(以下、単に「本発明のワイヤ」、「ワイヤ」ともいう。)は、
Cu又はCu合金からなる芯材と、
該芯材の表面に形成されたPdとNiの合計濃度が90原子%以上である被覆層とを含み、
オージェ電子分光法(AES)により深さ方向の測定点が、被覆層において50点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
被覆層の全測定点に関するPdの濃度CPd(原子%)とNiの濃度CNi(原子%)の比CPd/CNiの平均値をXとしたとき、該平均値Xが0.2以上35.0以下であり、
被覆層のうち該平均値Xからの絶対偏差が0.3X以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し50%以上であり、
該ボンディングワイヤをS濃度20質量ppm以上の封止樹脂材料で封止処理して封止体を得た後、該封止体を250℃にて50時間加熱処理したとき、被覆層の厚さ方向において、被覆層のワイヤ表面側にNi硫化物が生じることを特徴とする。
本発明のワイヤは、Cu又はCu合金からなる芯材(以下、単に「Cu芯材」ともいう。)を含む。
本発明のワイヤは、Cu芯材の表面に形成されたPdとNiの合計濃度が90原子%以上である被覆層(以下、単に「被覆層」ともいう。)を含む。
(1)被覆層の全測定点に関するPdの濃度CPd(原子%)とNiの濃度CNi(原子%)の比CPd/CNiの平均値をXとしたとき、該平均値Xが0.2以上35.0以下
(2)被覆層のうち該平均値Xからの絶対偏差が0.3X以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し50%以上
(3)該ワイヤをS濃度20質量ppm以上の封止樹脂材料で封止処理して封止体を得た後、該封止体を250℃にて50時間加熱処理したとき、被覆層の厚さ方向において、被覆層のワイヤ表面側にNi硫化物が生じる。
条件(1)は、被覆層の全測定点に関するPdの濃度CPd(原子%)とNiの濃度CNi(原子%)の比CPd/CNiの平均値Xに関する。条件(2)、(3)との組み合わせにおいて条件(1)を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、高温環境下におけるガルバニック腐食を顕著に抑制することができ、硫黄含有量の高い封止樹脂材料を用いる場合であっても、良好な2nd接合部の接合信頼性を実現することができる。
条件(2)は、被覆層のうち上記平均値Xからの絶対偏差が0.3X以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し50%以上であることに関する。条件(1)、(3)との組み合わせにおいて条件(2)を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、高温環境下におけるガルバニック腐食を顕著に抑制することができ、硫黄含有量の高い封止樹脂材料を用いる場合であっても、良好な2nd接合部の接合信頼性を実現することができる。
S濃度が一定値以上にある封止樹脂材料を用いてワイヤを封止処理して封止体を得た後、該封止体を250℃にて50時間加熱処理したときに、被覆層の厚さ方向において、被覆層のワイヤ表面側にNi硫化物が生じるような被覆層を備えることにより、高温環境下におけるガルバニック腐食を顕著に抑制することができ、硫黄含有量の高い封止樹脂材料を用いる場合であっても、高温環境下において良好な2nd接合部の接合信頼性を実現することができる。
(4)加熱処理後の封止体におけるワイヤの断面をSEM観察したとき、観察領域におけるNi硫化物の周囲長の平均値をa(μm)とする場合、該平均値a(μm)と被覆層の厚さd(μm)がa≧0.8dの関係を満たす。
(5)加熱処理後の封止体におけるワイヤの断面をSEM観察したとき、観察領域におけるNi硫化物の周囲長の合計値をb(μm)としワイヤ外周長をL(μm)とする場合、該合計値b(μm)とワイヤ外周長L(μm)がb≧0.8L(μm)の関係を満たす。
条件(4)は、加熱処理後の封止体におけるワイヤの断面をSEM観察した際の観察領域におけるNi硫化物の周囲長の平均値a(μm)と、被覆層の厚さd(μm)との関係に関する。ここで、被覆層の厚さd(μm)は、加熱処理前のワイヤの深さ方向の濃度プロファイルに基づくものである。
条件(5)は、加熱処理後の封止体におけるワイヤの断面をSEM観察した際の観察領域におけるNi硫化物の周囲長の合計値b(μm)とワイヤ外周長L(μm)との関係に関する。
本発明のワイヤにおいて、被覆層は、ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルに基づいて、以下の条件(6)及び(7)の一方又は両方を満たすことがより好適である。
(6)被覆層の全測定点に関するPdの濃度CPd(原子%)の平均値をXPdとしたとき、被覆層のうち該平均値XPdからの絶対偏差が0.1XPd以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し50%以上
(7)被覆層の全測定点に関するNiの濃度CNi(原子%)の平均値をXNiとしたとき、被覆層のうち該平均値XNiからの絶対偏差が0.1XNi以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し50%以上
なお、条件(6)、(7)において、被覆層、その厚さや測定点の総数に関しては、上述したとおりである。条件(1)~(3)に加えて、条件(6)及び(7)の一方又は両方をさらに満たす被覆層を含む場合、本発明のワイヤは、高温環境下におけるガルバニック腐食を顕著に抑制することができ、硫黄含有量の高い封止樹脂材料を用いる場合であっても、一際良好な2nd接合部の接合信頼性を実現することができる。
以下、本発明のワイヤがさらに満たすことが好適な条件について説明する。
本発明の半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法の一例について説明する。
本発明の半導体装置用ボンディングワイヤを用いて、半導体チップ上の電極と、リードフレームや回路基板上の電極とを接続することによって、半導体装置を製造することができる。
まずサンプルの作製方法について説明する。Cu芯材の原材料となるCuは、純度が99.99質量%以上(4N)で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。また、第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素を添加する場合、これらは純度が99質量%以上で残部が不可避不純物から構成されるもの、あるいはCuにこれら添加元素が高濃度で配合された母合金を用いた。
以下、試験・評価方法について説明する。
(1)封止体の作製
観察・解析対象であるボンディングワイヤを、リードフレームのリード部分に、市販のワイヤボンダーを用いてウェッジ接合したサンプルを、封止樹脂材料(S濃度90質量ppm)により封止処理して封止体を得た。各ボンディングワイヤについて3つの封止体を作製した。
得られた封止体を、高温恒温機を使用し、温度250℃の環境に50時間暴露し、加熱処理した。
加熱処理後の封止体を、断面試料作製装置(日本電子(株)製IB-19510CP、クロスセクションポリッシャ)を用いて、ワイヤ軸方向に垂直なワイヤ断面が露出するように断面出しを行い、SEM観察試料を調製した。なお、SEM観察試料は、作製した3つの封止体の各々について取得した。
得られたSEM観察試料について、SEM装置(日本電子(株)製JSM-7800F)を用いてSEM観察した。観察に際しては、ワイヤと封止樹脂材料との界面が観察領域に収まる位置にSEM観察領域を仮決めした。そして、SEM観察領域におけるワイヤの外周長が3μm以上8μm以下となるように、観察倍率や観察位置を調整した。
得られたSEM像を、画像解析ソフト(日鉄テクノロジー社製「粒子解析」、バージョン3.5)により画像解析した。該画像解析ソフトによる画像解析においては、SEM像を入力した後、自動2値化により2値化像(被覆層に生じた生成物由来の粒子を赤色像で表示)を作成し、生成物由来の粒子を抽出して、その数と、各色領域の周囲長を解析した。観察領域における生成物(Ni硫化物)の周囲長の平均値a(μm)は、観察領域において確認された各々の粒子の周囲長の算術平均値として求めた。また、観察領域における生成物(Ni硫化物)の周囲長の合計値(μm)は、観察領域において確認された各々の粒子の周囲長を合算して求めた。
観察領域における生成物(Ni硫化物)の数や、その周囲長の平均値a、合計値bは、3つのSEM観察試料について取得した数値の算術平均値を採用した。
なお、実施例のワイヤに関して、被覆層の厚さ方向において被覆層のワイヤ表面側にNi硫化物が生じていること、詳細には被覆層の厚さをd(μm)としたとき、ワイヤ表面から深さ0.5dの範囲にNi硫化物が生じていることを確認した。
封止樹脂材料のS濃度は燃焼-イオンクロマトグラフ法により測定した。詳細には、封止樹脂材料を粉砕し、純水にて洗浄し試料を調製した。そして調製した試料を燃焼-イオンクロマト分析装置の燃焼分解ユニット内に設置し、酸素を含む燃焼ガス気流中で燃焼させて、発生したガスを吸収液に捕集した。次いで、吸収液中の硫酸イオン(SO4 2-)をイオンクロマトグラフ法にて分離し、試料に含まれる合計S濃度を定量した。分析装置は、三菱化学(株)製の試料燃焼部とサーモフィッシャーサイエンティフィック社製の検出部とを組み合わせて使用し、吸収液は過酸化水素水を用いた。
ワイヤの表面にAuを含有するワイヤについて、ワイヤ表面におけるAuの濃度は、ワイヤ表面を測定面として、以下のとおりオージェ電子分光法(AES)により測定して求めた。
まず測定に供するボンディングワイヤを試料ホルダーに直線状に固定した。次いで、ワイヤ軸に垂直な方向におけるワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の5%以上15%以下となるように測定面を決定した。測定面の長さは測定面の幅の5倍とした。そして、AES装置(アルバック・ファイ製PHI-700)を用いて、加速電圧10kVの条件にてワイヤ表面の組成分析を行い、表面Au濃度(原子%)を求めた。
なお、AESによる組成分析は、ワイヤ軸方向に互いに1mm以上離間した3箇所の測定面について実施し、その算術平均値を採用した。表面におけるAuの濃度を求めるにあたり、炭素(C)、硫黄(S)、酸素(O)、窒素(N)等ガス成分、非金属元素等は考慮しなかった。
被覆層の厚さ分析にはAESによる深さ分析を用いた。AESによる深さ分析とは組成分析とスパッタリングを交互に行うことで深さ方向の組成の変化を分析するものであり、ワイヤ表面から深さ(中心)方向の各元素の濃度変化(所謂、深さ方向の濃度プロファイル)を得ることができる。
具体的には、AESにより、1)ワイヤ表面の組成分析を行った後、さらに2)Arによるスパッタリングと3)スパッタリング後の表面の組成分析とを繰り返すことで深さ方向の濃度プロファイルを取得した。2)のスパッタリングは、Ar+イオン、加速電圧2kVにて行った。また、1)、3)の表面の組成分析において、測定面の寸法やAESによる組成分析の条件は、上記[オージェ電子分光法(AES)によるワイヤ表面の組成分析]欄で説明したものと同じとした。AESにより、深さ方向の濃度プロファイルを取得するにあたり、深さ方向の測定点が、被覆層において50点以上になるように測定した。
なお、深さ方向の濃度プロファイルの取得は、ワイヤ軸方向に互いに1mm以上離間した3箇所の測定面について実施した。
取得した深さ方向の濃度プロファイルにおいて、ワイヤ表面からワイヤ中心側に向けて濃度プロファイルを確認し、Pdの濃度CPd(原子%)とNiの濃度CNi(原子%)の合計が90原子%にはじめて達した深さ位置Z1から、CPdとCNiの合計が90原子%未満にはじめて低下した深さ位置Z2(但しZ2>Z1)までの距離を、測定された被覆層の厚さとして求めた。また、深さ位置Z1から深さ位置Z2までの測定点の総数を、被覆層の測定点の総数として求めた。被覆層の厚さは、3箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を採用した。また、実施例のワイヤに関して、被覆層の測定点の総数は50点~100点あることを確認した。
なお、AES分析にて測定される深さは、スパッタリング速度と時間の積として求められる。一般にスパッタリング速度は標準試料であるSiO2を使用して測定されるため、AESで分析された深さはSiO2換算値となる。つまり被覆層の厚さの単位にはSiO2換算値を用いた。
取得した深さ方向の濃度プロファイルにおいて、被覆層の全測定点に関するPdの濃度CPd(原子%)とNiの濃度CNi(原子%)の比CPd/CNiを算術平均して、平均値Xを求めた。次いで、被覆層の全測定点の比CPd/CNiについて平均値Xからの絶対偏差を算出し、平均値Xからの絶対偏差が0.3X以内にある測定点の総数、及び、平均値Xからの絶対偏差が0.2X以内にある測定点の総数を求めた。平均値Xは、3箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を採用した。
被覆層の全測定点についてCPd(原子%)又はCNi(原子%)を最小二乗法により直線近似し、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差(原子%)を求めた。ここで、平均値Xが1未満であった場合、被覆層の全測定点についてCNi(原子%)を最小二乗法により直線近似し、平均値Xが1以上であった場合、被覆層の全測定点についてCPd(原子%)を最小二乗法により直線近似した。被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差(原子%)は、3箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を採用した。
ワイヤ中の第1添加元素、第2添加元素、第3添加元素の含有量は、ボンディングワイヤを強酸で溶解した液をICP発光分光分析装置、ICP質量分析装置を用いて分析し、ワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出した。分析装置として、ICP-OES((株)日立ハイテクサイエンス製「PS3520UVDDII」)又はICP-MS(アジレント・テクノロジーズ(株)製「Agilent 7700x ICP-MS」)を用いた。
2nd接合部の接合信頼性は、高温放置試験(HTSL:High Temperature Storage Life Test)により評価した。
◎◎:接合寿命3000時間以上
◎:接合寿命2000時間以上3000時間未満
○:接合寿命1000時間以上2000時間未満
×:接合寿命1000時間未満
2nd接合部の接合性(2nd接合部の初期接合性)は、2nd接合ウィンドウ試験により評価した。2nd接合ウィンドウ試験は、横軸に2nd接合時の超音波電流を30mAから80mAまで10mAごとに6段階設け、縦軸に2nd接合時の荷重を20gfから70gfまで10gfごとに6段階設け、全36の2nd接合条件につき接合可能な条件の数を求める試験である。
◎:33条件以上
○:30~32条件
△:26~29条件
×:25条件以下
FAB形状の評価は、リードフレームに、市販のワイヤボンダーを用いてFABを作製し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した(評価数N=100)。なお、FABは電流値30~75mA、EFOのギャップを762μm、テイルの長さを254μmに設定し、N2+5%H2ガスを流量0.4~0.6L/分で流しながら形成し、その径はワイヤ線径に対して1.5~1.9倍の範囲とした。FAB形状の判定は、真球状のものを良好と判定し、偏芯、異形、溶融不良があれば不良と判定した。そして、以下の基準に従って、評価した。
◎:不良5箇所以下
○:不良6~10箇所(実用上問題なし)
×:不良11箇所以上
市販のワイヤボンダーを用いて、上記[FAB形状]欄に記載の条件でFABを形成し、FABの圧着接合方向に垂直な断面を測定面として結晶方位を測定した。本発明において、FABの圧着接合方向に垂直な断面とは、図3に示す点線A-Aに沿ってFABを切断して露出する断面を意味し、基準となる点線A-Aは、露出断面の直径が最大となる位置に設定した。測定には、EBSD法を用い、装置に付属している解析ソフトを利用することにより、前述の手順で<100>結晶方位の割合を算出した。3つのFABについて測定し、得られた割合の各値を算術平均して、FABの断面における<100>結晶方位の割合とした。
1st接合部の接合信頼性は、高温放置試験(HTSL:High Temperature Storage Life Test)及び高温高湿試験(HAST;Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test)の双方により評価した。
一般的な金属フレーム上のシリコン基板に厚さ1.5μmのAl-1.0質量%Si-0.5質量%Cuの合金を成膜して設けた電極に、市販のワイヤボンダーを用いてボール接合したサンプルを、市販の熱硬化性エポキシ樹脂により封止し、1st接合部の接合信頼性試験用のサンプルを作製した。ボールは上記[FAB形状]欄に記載の条件で形成した。作製した接合信頼性評価用のサンプルを、高温恒温機を使用し、温度175℃の環境に暴露した。1st接合部の接合寿命は、500時間毎にボール接合部のシェア試験を実施し、シェア強度の値が初期に得られたシェア強度の1/2となる時間とした。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の50箇所の測定値の算術平均値を用いた。高温放置試験後のシェア試験は、酸処理によって樹脂を除去して、ボール接合部を露出させてから行った。そして、以下の基準に従って、評価した。
◎:接合寿命2000時間以上
○:接合寿命1000時間以上2000時間未満
×:接合寿命1000時間未満
上記と同様の手順で作製した1st接合部の接合信頼性評価用のサンプルを、不飽和型プレッシャークッカー試験機を使用し、温度130℃、相対湿度85%の高温高湿環境に暴露し、7Vのバイアスをかけた。1st接合部の接合寿命は、48時間毎にボール接合部のシェア試験を実施し、シェア強度の値が初期に得られたシェア強度の1/2となる時間とした。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の50箇所の測定値の算術平均値を用いた。シェア試験は、酸処理によって樹脂を除去して、ボール接合部を露出させてから行った。そして、以下の基準に従って、評価した。
◎:接合寿命384時間以上
○:接合寿命240時間以上384時間未満
×:接合寿命240時間未満
1st接合部の圧着形状(ボールのつぶれ形状)の評価は、市販のワイヤボンダーを用いて、上記[FAB形状]欄に記載の条件でボールを形成し、それをSi基板に厚さ1.5μmのAl-1.0質量%Si-0.5質量%Cuの合金を成膜して設けた電極に圧着接合し、直上から光学顕微鏡で観察した(評価数N=100)。ボールのつぶれ形状の判定は、つぶれ形状が真円に近い場合に良好と判定し、楕円形や花弁状の形状であれば不良と判定した。そして、以下の基準に従って、評価した。
◎:不良なし
○:不良1~3箇所(実用上問題なし)
△:不良4~5箇所(実用上問題なし)
×:不良6箇所以上
チップ損傷の評価は、市販のワイヤボンダーを用いて、上記[FAB形状]欄に記載の条件でボールを形成し、それをSi基板に厚さ1.5μmのAl-1.0質量%Si-0.5質量%Cuの合金を成膜して設けた電極に圧着接合した後、ワイヤ及び電極を薬液にて溶解しSi基板を露出し、接合部直下のSi基板を光学顕微鏡で観察することにより行った(評価数N=50)。そして、以下の基準に従って、評価した。
○:クラック及びボンディングの痕跡なし
△:クラックは無いもののボンディングの痕跡が確認される箇所あり(3箇所以下)
×:それ以外
また、表面にAuを含有する実施例No.9、12、17、26、29のワイヤは、2nd接合部の初期接合性に一際優れることを確認した。
さらに、被覆層の厚さdが0.01μm以上であり且つ第1添加元素を総計で1質量ppm以上含有する実施例No.10~12、17、23~26のワイヤは、一際良好な1st接合部の圧着形状をもたらすことを確認している。第2添加元素を総計で1質量ppm以上含有する実施例No.13~17、24~26、29のワイヤは、一際良好な高温高湿環境下での1st接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。第3添加元素を総計で0.011質量%以上含有する実施例No.18~26、30のワイヤは、一際良好な高温環境下での1st接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。
他方、比較例No.1~4のワイヤは、本件特定の条件(1)~(3)の少なくとも1つを満たさない被覆層を備えており、2nd接合部の接合信頼性が不良であることを確認した。
2 測定面
5 生成物(Ni硫化物)
6 封止樹脂材料
9 SEM像
X ワイヤの幅の中心
W ワイヤの幅(ワイヤ直径)
wa 測定面の幅
la 測定面の長さ
10 FAB
Z FABの圧着接合方向
Claims (18)
- Cu又はCu合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたPdとNiの合計濃度が90原子%以上である被覆層とを含む半導体装置用ボンディングワイヤであって、
オージェ電子分光法(AES)により深さ方向の測定点が、被覆層において50点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
被覆層の全測定点に関するPdの濃度CPd(原子%)とNiの濃度CNi(原子%)の比CPd/CNiの平均値をXとしたとき、該平均値Xが0.2以上35.0以下であり、
被覆層のうち該平均値Xからの絶対偏差が0.3X以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し50%以上であり、
該ボンディングワイヤをS濃度20質量ppm以上の封止樹脂材料で封止処理して封止体を得た後、該封止体を250℃にて50時間加熱処理したとき、被覆層の厚さ方向において、被覆層のワイヤ表面側にNi硫化物が生じる、半導体装置用ボンディングワイヤ。 - 封止樹脂材料のS濃度が、燃焼-イオンクロマトグラフ法にて測定される、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
- 被覆層の厚さをd(μm)としたとき、ワイヤ表面から深さ0.5dの範囲にNi硫化物が生じる、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
- 加熱処理後の封止体におけるワイヤの断面をSEM観察したとき、観察領域におけるNi硫化物の周囲長の平均値をa(μm)とする場合、
該平均値a(μm)と被覆層の厚さd(μm)がa≧0.8dの関係を満たす、請求項1に記載のボンディングワイヤ。 - 加熱処理後の封止体におけるワイヤの断面をSEM観察したとき、観察領域におけるNi硫化物の周囲長の合計値をb(μm)としワイヤ外周長をL(μm)とする場合、
該合計値b(μm)とワイヤ外周長L(μm)がb≧0.8L(μm)の関係を満たす、請求項1に記載のボンディングワイヤ。 - SEM観察において、観察されるワイヤ外周長が3μm以上となるように観察領域が決定される、請求項4又は5に記載のボンディングワイヤ。
- 被覆層の厚さdが0.01μm以上0.13μm以下である、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
- 被覆層の全測定点について、CPd又はCNiを最小二乗法により直線近似した際に、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差が20原子%以下である、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
- ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルが、ワイヤの表面からArスパッタリングにより深さ方向に掘り下げていきながら、下記<条件>にてAESにより測定して得られる、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
<条件>ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の5%以上15%以下、測定面の長さが測定面の幅の5倍である - ワイヤの表面にAuを含有する、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
- ワイヤの表面におけるAuの濃度が10原子%以上90原子%以下である、請求項10に記載のボンディングワイヤ。
- ワイヤの表面におけるAuの濃度が、下記<条件>にてAESにより測定される、請求項11に記載のボンディングワイヤ。
<条件>ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の5%以上15%以下、測定面の長さが測定面の幅の5倍である - ワイヤを用いてフリーエアボール(FAB:Free Air Ball)を形成したとき、該FABの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が15度以下である<100>結晶方位の割合が30%以上である、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
- B、P及びMgからなる群から選択される1種以上の元素(以下、「第1添加元素」という。)を含み、ワイヤ全体に対する第1添加元素の総計濃度が1質量ppm以上100質量ppm以下である、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
- Se、Te、As及びSbからなる群から選択される1種以上の元素(以下、「第2添加元素」という。)を含み、ワイヤ全体に対する第2添加元素の総計濃度が1質量ppm以上100質量ppm以下である、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
- Ga、Ge及びInからなる群から選択される1種以上の元素(以下、「第3添加元素」という。)を含み、ワイヤ全体に対する第3添加元素の総計濃度が0.011質量%以上1.5質量%以下である、請求項1に記載のボンディングワイヤ。
- 請求項1~5、7~16の何れか1項に記載のボンディングワイヤを含む半導体装置。
- 請求項6に記載のボンディングワイヤを含む半導体装置。
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