JPH01291435A - 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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JPH01291435A
JPH01291435A JP63121477A JP12147788A JPH01291435A JP H01291435 A JPH01291435 A JP H01291435A JP 63121477 A JP63121477 A JP 63121477A JP 12147788 A JP12147788 A JP 12147788A JP H01291435 A JPH01291435 A JP H01291435A
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copper
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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ＡＱ合金配
線被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ＩＣ１
さらにＬＳＩなどが知られているがユニの中で、例えば
ＩＣ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
〜０．３ｍ―を有するＣｕ合金条材を用意する。
（ｂ）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、Ｃｕｓ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Ａｕ
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チップが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。
（Ｄ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ＩＣを形成する。
以上（ａ）〜（ｒ）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が、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チッ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
素材に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
接合部が、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）銅中のＳ、Ｓｅ、Ｔｅ成分が全含有量で１　、０
　ｐｐｍを越えると、ワイヤとＡＱ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Ａ１２．Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍ
ｎ、Ｎｉ。
Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以上を総計で１．０〜
５００　ｐｐｍの範囲で添加することにより、ワイヤと
ＡＩ２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を越えた材料に上記の元素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
。、以上（ａ）〜（ｃ）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１　、０　ｐｐｍ
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Ａ１２．Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ　、Ｓｎ、Ｚ
ｎの１種または２種以上を総計で１，０〜５００　ｐｐ
ｍ含存するような極細線、及び、このような極細線をボ
ンディングワイヤとしている半導体装置を提供するもの
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／Ｍ！、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ
のＩ！または２種以上の総含有量を１．０〜５００ｐｐ
ｍと定めたのは、その含有ｍが１　、０　ｐｐｍ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ＡＱ合金配線被膜との接合部におけ
る耐蝕性を向上させる効果が無く、一方その含有量が５
００　ｐｐｍ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１ζ−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。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。
〔作用〕
このような銅合金極細線によれば、高純度無酸素銅中の
Ｓ、ＳｅおよびＴｅの総含有量を１．０ｐｐ＋ａ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、Ａ１２．Ｏｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ。
Ｚｎの１種または２種以上の総計を１．０〜５００ＰＰ
Ｍとすることにより、ボンディング可能な程度の硬度上
昇を伴いつ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ＡＱ合金
配線被膜との接合部が、局部電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
いても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表に示されようにＡＱ。
Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎの１種または
２種の成分を総計で１．０〜５００　ｐｐａ＋となるよ
うに含有させ、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：２５μ
請を有する本発明銅合金極細線Ｎｏ、１〜１５をそ°れ
ぞれ製造した。
なお比較の目的で、ＡＱ２．Ｏｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、
Ｐ。
Ｓ１１．Ｚｎの１種または２種の成分を総含有量が特許
請求範囲外の比較例Ｎｏ、１〜４に示す成分のものを、
製造した。
ついで、この結果得られた各種の銅極細線を用いて、Ａ
Ｑ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チップにポールボンディングを行い、マイク
ロクラッ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、３．４．８、．１３を除いて、ワイヤとＡ
１２合金配線被膜との接合部における腐食破断が全く生
じておらず、また、上記のものも破断の割合が小さいの
に対して、比較例Ｎｏ、１〜２では添加成分含有量が少
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Ｎ♀。
３．４では含有量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、上記被膜の損傷やマイクロクラックを回避でき
ない。
（以下余白） 〔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成分の全含有量を１　、０　ｐｐｓ＋以
下とした高純度無酸素銅に、Ａｌ！、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ
、Ｎｉ、Ｐ　。
Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以上を総計で！、０〜５０
０ｐｐｍ添加することによって、これをＳｉチップやリ
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 (2)

    【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、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、
    Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以上を総計で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。
  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、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、
    Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以上を総計で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。
JP63121477A 1988-05-18 1988-05-18 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置 Pending JPH01291435A (ja)

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