JPH01290231A - 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置 - Google Patents

半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置

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JPH01290231A
JPH01290231A JP63121476A JP12147688A JPH01290231A JP H01290231 A JPH01290231 A JP H01290231A JP 63121476 A JP63121476 A JP 63121476A JP 12147688 A JP12147688 A JP 12147688A JP H01290231 A JPH01290231 A JP H01290231A
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semiconductor device
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ppm
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Toshiaki Ono
敏昭 小野
Makoto Kinoshita
真 木下
Toshinori Ishii
利昇 石井
Kiyoaki Tsumura
清昭 津村
Hitoshi Fujimoto
藤本　仁士
Shuichi Osaka
大坂　修一
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Metal Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造に際し、ボンディング・
ワイヤとして用いた場合に、Ｓｉチップ上のＡσ合金配
線披膜とワイヤの接合部が耐蝕性が高く、かつ熱サイク
ルに対しても強いような半導体装置用銅合金極細線及び
熱サイクルを受ける悪い環境のもとでも使用可能な高温
での耐用性の高い半導体装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、一般に、半導体装置としてトランジスタや（Ｃ，
さらにＬＳＩなどが知られているが、この中で、例えば
ｔＣの製造法の１つとして次に示すようなものがある。
（ａ）まず、リードフレーム素材として、板厚＝０．１
〜０．３＋ｎｍを有するＣｕ合金条材を用意する。
（ｌＩ）このリードフレーム素材より、エツチングまた
はプレス打抜き加工にて、製造せんとするＩＣの形状に
適合したリードフレームを形成する。
（ｃ）ついで、リードフレームの所定個所に、Ｓｉチッ
プを、Ａｇペーストなどの導電性樹脂を用いて加熱接着
するか、あるいは、予めＳｉチップおよびリードフレー
ムの片面に形成しておいたＡｕ。
Ａｇ　、Ｎｉ、Ｃｕ、またはこれらの合金で構成された
鍍金層を介してはんだ付けするかＡｕろう付けをする。
（ｄ）Ｓｉチップとリードフレームとに渡って、ボンデ
ィングワイヤとして直径：　２０〜５０μｍを有するＡ
ｕ極細線を用いてポールボンディングを施す。
（ｅ）引続いて、Ｓｉチップ、ボンディングワイヤ、お
よびＳｉチップか取付けられた部分のリードフレームを
、これらを保護する目的で樹脂封止する。
（ｆ）最終的に、上記リードフレームにおける相互に連
なる部分を切除してｔＣを形成する。
以上（ａ）〜（「）の主要工程からなる方法が知られて
いる。
上記のように、半導体装置の製造には、ボンディングワ
イヤとしてＡｕ極細線が用いられているが、近年、高価
なＡｕ極細線に代って安価な高純度無酸素銅極細線が注
目されるようになっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、一般の高純度無酸素銅極細線を半導体装置のボ
ンディングワイヤとして用いる場合には超音波を併用し
た熱圧着ボンディングを行うのが普通であるか、ボンデ
ィング時にワイヤ先端部に形成されたボール部によって
、圧着される側のＳｉデツプ自体にマイクロクラックが
生じたりするなどの問題点があり、ボンディングワイヤ
素材ノこ元素を添加して硬化させることは好ましくない
とされていた。
ところがボンディング技術の進歩により、ボール部の硬
さが若干硬化してもボンディング可能でかつ破壊されに
くい構造のＳｉチップも製造されており、そのため従来
よりも多量の添加元素の添加が可能となっている。
また、最近、半導体に対する信頼性の要求が厳しくなり
、従来では使用されなかった高温下での使用が要求され
てきており、この場合、ワイヤとＡＱ合金配線被膜との
接合部か、局部電池の生成により腐食され、断線する問
題が発生してきているのが現状である。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は上述のような観点から、高温下で
の信頼性を向上させる銅ボンディングワイヤを開発すべ
く研究を行った結果、 （ａ）鋼中のＳ、Ｓｅ、Ｔｅ成分が全含有量で１　、０
　ｐｐｍを越えると、ワイヤとＡｊ合金配線被膜との接
合部の耐蝕性に悪影響を与えること。
（ｂ）上記の材料を原料としてＳｉを１．０〜５００ｐ
ｐＩ１１の範囲で添加することにより、ワイヤとＡ５合
金配線被膜接合部での耐蝕性が飛躍的に向上すること。
（ｃ）Ｓ　、　Ｓ　ｅ、Ｔ　ｅの全含有量が１　、０　
ｐｐｍを越えた材料にＳｉを加えると硬度自体が上昇す
るとともに、耐蝕性の向上効果が得られないこと。
（ｄ）Ｓｉ以外に、Ａ１２．Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、ＮＬＰ
、Ｓｎ、Ｚｎなどの元素が同様の作用を有すること。
以上（ａ）〜（ｄ）に示される知見を得たのである。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって
、 Ｓ、ＳｅおよびＴｅ成分の全含有量をｌ　、　Ｏｐｐｆ
ｆｉ以下とした高純度無酸素銅を基本成分とし、合金成
分としてＳｉを１．０〜５００　ｐｐｍ含有するような
極細線、及び、上記高純度無酸素銅を基本成分として、
少なくともＳｉを１．０ｐｐ＋ｎ含有し、さらにＡｌ、
、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎの１種また
は２種以上をＳｉと総計で１．０〜５０Ｏｐｐ−含有す
る極細線を提供するものである。
なお、この発明の銅合金極細線において、合金成分とし
てのＳｉの含有量を１．０〜５００　ｐｐｍと定めたの
は、その含有量がｌ　、　０ｐｐｍ未満では、上記のよ
うに半導体装置の実用に際して、高温下での使用時にワ
イヤとＡ１２合金配線披模との接合部における耐蝕性を
向上させる効果が無り、一方その含存量が５００　ｐｐ
ｍを越えると、ワイヤボンディング時におけるワイヤ先
端部に形成されたボール部の変形に併う加工硬化が急激
に現われるようになって、破壊されにくい構造のＳｉチ
ップへもワイヤボンディングが困難となるという理由に
基づくものである。これは、Ｓｉ以外の元素についても
同様である。また、不可避不純物としてのＳ、Ｓｅおよ
びＴｅの全含有量の上限値は経験的に定めたものであり
、いずれの場合も、これらの上限値を越えると、硬度が
上昇するのみでなく、従来の銅ボンディングワイヤに発
生していた耐食性の低下を避けることができなくなるも
のである。
また、Ｓ、ＳｅおよびＴｅの総合有量を１．０ｐｐｍ以
下とした高純度無酸素銅に、Ｓｉを１．Ｑ〜５００ｐｐ
ｍ添加した素材からなる銅合金極細線をボンディングワ
イヤとした半導体装置、及びＳ、ＳｅおよびＴｅの総合
有量を１．０ｐｐｍ以下とした高純度無酸素銅に、少な
くともＳｉをＩ　、　０ｐｐｍ添加し、さらにＡｆｆ、
Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ　、Ｓｎ、Ｚｎの１種また
は２種以上をＳｉと総計で１．０〜５００　ｐｐｍ添加
した素材からなる銅合金極細線をボンディングワイヤと
した半導体装置を提供するしのである。
〔作用〕
このような銅合金極細線によれば、高純０度無酸素銅中
のＳ、ＳｅおよびＴｅの総合有量を１　、０　ｐｐｍ以
下とすることにより、耐食性を損なわず硬度を下げるこ
とができ、ＳｉあるいはＳｉとＡ　（１，Ｃｒ。
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以
上の総計を１．０〜５００　ｐｐｍとすることにより、
ボッディング可能な程度の硬度上昇を伴いっボンディン
グ接続部の耐食性を確保する。
また、上記のような極細線をボンディングワイヤとした
ＩＣなどの半導体装置においては、ワイヤと／１合金配
線肢模膜の接合部が、局１ｆｆｉ？Ｅｔ池の生成により
腐食されて断線するなどの事故が防止され、高温の悪環
境下においてら耐用性が高いものとなる。
〔実施例〕
つぎに、この発明の銅合金極細線を実施例により具体的
に説明する。
まず、通常電気銅を原料とし、これに電解精製を繰り返
し施した後、Ｓ、ＳｅおよびＴｅと化合物を形成し易い
元素（例えばＬａ等）を添加し、ゾーン・リファイニン
グを行ってＳ、Ｓｅ、Ｔｅの全含有量を１．０ｐｐ−以
下の高純度無酸素銅を作製する。
引続いて、この高純度無酸素銅を真空溶解炉で溶解し、
これにそれぞれ第１表に示される割合のＳｉを合金成分
として含有させ、鋳造した。さらに、これを通常の条件
で熱間および冷間線引加工を施し、いずれも直径＝２５
μｍを有する本発明鋼合金極細線Ｎｏ、１−１１をそれ
ぞれ製造した。
なお比較の目的で、Ｓｉ含育量が特許請求範囲外の比較
例Ｎｏ、１〜３に示す成分のものを製造しノニ。
ついで、この結果得られた各種の銅極細線を用いて、Ａ
１合金配線被膜を有するボンディングによって破壊され
にくいＳｉチップにボールボンディングを行い、マイク
ロクラブク発生個数を測定した。
また、これらのワイヤを使用して作製した半導体素子を
２５０℃の高温下で放置し、３０時間後の接続不良個数
を測定した。これらの測定結果を第１表に示した。
この表に示される結果から、本発明の実施例の銅合金極
細線はＮｏ、１〜４を除いて、ワイヤとＡ１合金配線被
膜との接合部における腐食破断が全く生じていないのに
対して、比較例Ｎ００１〜２ではＳｔ含有量が少ないた
め、耐蝕性を向上させる効果か得られていない。また、
比較例Ｎｏ、３ではＳｉ含有員が高いためボール硬度が
高くなり、破壊されにくい構造を持つＳｉチップヘボン
ディングしてもなお、上記Ｆ１１膜の損傷やマイクロク
ラックを回避できない。
（以下余白） 第　　１　　表 ｎ−１，４０ｏ　ｎ＝　５Ｏｎ＝　５Ｏ９，Ｓｅ、Ｔｅ
の全含ａ量はいずれも１．Ｏｐｐ園以下また、同様の高
純度無酸素銅に、真空溶解炉において、少なくともＳｉ
をＩ　、　Ｏｐｐｒａ以上添加し、さらに、第２表に示
すようにＡＮ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ。
Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以上をＳｉと総
計でｌ　Ｏ〜５００　ｐｐｍ添加して鋼合金極細線Ｎｏ
。
Ｉ〜１８を製造し、これらの成分範囲を外れる比較例Ｎ
ｏ、１〜４を製造した。そして、これらの極細線につい
て上記と同様の試験を行った。
第２表に示される結果から、本発明の実施例の銅合金極
細線はＮｏ、Ｉ、３を除いて、ワイヤと、１合金配線被
膜との接合部における腐食破断が全く生じていないのに
対して、比較例Ｎｏ、ＩではＳｉとＡ１２の総合有量が
少ないため、耐蝕性を向上させる効果が得られていない
。また、比較例ＮＯ１２〜４ではＳｉと他の元素の総合
有量が高いためボール硬度が高くなり、被膜の損傷やマ
イクロクラックを回避できなかった。
（以下余白） 第２表 〔発明の効果〕 上述のように、この発明の銅合金極細線は、Ｓ。
ＳｅおよびＴｅ成分の全含有環を１　、０　ｐｐｍ以下
とした高純度無酸素銅に、Ｓｉを単独で１．０〜５００
　ｐｐｍ添加し、あるいはＳｉとＡ　（１，Ｃｒ、　Ｆ
　ｅ、Ｍ　ｎ。
Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎのｔａまたは２種以上との総計で
１．０〜５００１）ｐＩＮ添加することによって、これ
をＳｉチヅプやリードフレーム面などに熱圧着させた場
合に接続部の局部電池の生成が防止され、高温下での耐
蝕性を向上させることができる。また、このような銅極
細線をＩＣなどの半導体装置に適用した場合に上記特性
により高温下での使用が可能となり、工業上有用な特性
を持つものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）Ｓ、ＳｅおよびＴｅの総含有量を１．０ｐｐｍ以
    下とした高純度無酸素銅にＳｉを１．０〜５００ｐｐｍ
    添加したことを特徴とする半導体装置用銅合金極細線。
  2. （２）Ｓ、ＳｅおよびＴｅの総含有量を１．０ｐｐｍ以
    下とした高純度無酸素銅に、少なくともＳｉを１．０ｐ
    ｐｍ添加し、さらにＡｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ
    、Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以上をＳｉと総計で１．
    ０〜５００ｐｐｍ添加したことを特徴とする半導体装置
    用銅合金極細線。
  3. （３）Ｓ、ＳｅおよびＴｅの総含有量を１．０ｐｐｍ以
    下とした高純度無酸素銅にＳｉを１．０〜５００ｐｐｍ
    添加した素材からなる銅合金極細線をボンディングワイ
    ヤとしていることを特徴とする半導体装置。
  4. （４）Ｓ、ＳｅおよびＴｅの総含有量を１．０ｐｐｍ以
    下とした高純度無酸素銅に、少なくともＳｉを１．０ｐ
    ｐｍ添加し、さらにＡｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ
    、Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以上をＳｉと総計で１．
    ０〜５００ｐｐｍ添加した素材からなる銅合金極細線を
    ボンディングワイヤとしていることを特徴とする半導体
    装置。
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