JPH02250934A - 半導体素子ボンディング用Au合金極細線 - Google Patents
半導体素子ボンディング用Au合金極細線Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
れた耐熱性を有し、特に半導体装置の製造に際して、半
導体素子と外部リードとのボンディング(結線)に用い
た場合に、−段と高いループ高さを保ち、その高さのバ
ラツキも小さく、かつ変形ループや、樹脂モールドの際
のループ流れが小さく、さらに高温にさらされる環境下
でも素地中に分散する金属間化合物の成長が抑制され、
高い信頼性を確保することができるAu合金極細線に関
するものである。
ず、ボンディングキャピラリーを通して供給されたAu
またはAu合金極細線の先端部を、電気的に、あるいは
水素炎などで加熱溶融してボールを形成し、 (b) このボールを150〜300℃の加熱状態に
おかれた半導体素子上の電極にキャピラリーで押し付け
て接合(ボールボンド)し、 (C) ついでキャピラリーをループを形成しながら
外部リード上に移動し、 (d) キャピラリーを外部リード上に押し付けて、
ループの他端部をこれに接合(ウェッジボンド)し、 (e) 引続いて、極細線を挾んで上方に引張って、
これを切断する、 以上(a)〜(e)の工程を一工程とし、これを繰り返
し行なうことによって、半導体素子と外部リードとをボ
ンディングすることが行なわれており、これには手動式
あるいは自動式ボンダーが用いられている。
高集積度化や組立ての高速化、さらに品種形状の多様化
や苛酷な条件下での使用を余儀なくされる傾向にあり、
これに伴ってボンディングの高速化や半導体装置の高密
度化とともにパッケージ形状の多様化が進行し、中には
配線距離が従来のものよりずっと長いデバイスや、極端
に短かいデバイスの組立てを高速でボンディングする必
要が生ずるようになってきたが、従来使用されている各
種の高純度Au極細線やAu合金極細線では、ループ高
さに不足が生じたり、さらにループ高さのバラツキが大
きいために不安定なループの形成が避けられず、この結
果半導体素子のエツジと接触してエツジショートを起し
易く、さらに半導体装置が高温の苛酷な使用環境にさら
されると、極細線の例えばAlの電極材との接合界面に
おいて、素子中に分散する金属間化合物が急速に成長す
るようになり、このような金属間化合物の粗大化は信頼
性を著しく低下させるなどループに関する深刻な問題が
新たに発生するようになっているのが現状であり、した
がってループ高さが富く、その高さのバラツキも小さく
、かつ変形ループの形成もなく、さらに樹脂モールドの
際のループ流れが小さく、加えて金属間化合物の成長が
抑制されて、信頼性を一段と増した半導体素子ボンディ
ング用極細線の開発が強く望まれている。
ィングの高速化、並びに半導体装置の高密度化および多
様化に対応できる半導体素子ボンディング用極細線を開
発すべく研究を行なった結果、半導体素子ボンディング
用極細線を、Ce、Pr、Nd、およびSiのうちの1
種または2種以上:0.2〜50ppm 。
pp。
=1〜80ppm、 を含有し、残りがAuと不可避不純物からなる組成を有
するAu合金で構成すると、このAu合金は、すぐれた
常温および高温強度、並びにすぐれた耐熱性をもつ一方
、ボンディングに際しては、。
ープを形成することができ、さらにボンディング工程の
熱影響によるループ変形や、これに続く樹脂モールドの
熱影響によるループ流れの発生を抑制することができる
ほか、高温使用環境下においても金属間化合物の成長が
著しく抑制されるようになるという知見を得たのである
。
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
らに耐熱性を向上せしめ、熱影響によるループの変形や
流れを防止する作用があるが、その含有量が0.2pp
m未満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の含有量が50ppI11を越えると、所望の高いルー
プ高さを確保することができなくなることから、その含
有量を0.2〜50ppm(0,00002〜0.00
5重量%)と定めた。
およびSLlとの共存において、極細線の軟化温度を高
め、もってボンディング時の極細線自体の強度低下並び
に変形ループの発生を抑制する作用があるが、その含有
量が1 ppm未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方100ppa+を越えて含有させると、脆化し
て線引加工性が低下するようになるばかりでなく、ボン
ディング時の加熱温度で結晶粒界破断を起し易くなるこ
とから、その含有量を1〜100pp11(0,000
1−0,01重量%)と定めた。
.並びにSiおよびAgとの共存において、さらにルー
プ高さを一段と高め、かつループ高さのバラツキを小さ
くする作用があるほか、高温下における金属間化合物の
成長を著しく抑制する作用があるが、その含有量が1
ppm未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
その含有量が60pp11を越えると、脆化して線引加
工性などが低下するようになり、さらにボンディング時
の加熱温度で結晶粒破断を起し易くなることから、その
含有量を1〜BOppm(0,0001〜0.008重
量%)と定めた。
的に説明する。
を持ったAu合金溶湯を調製し、鋳造した後、公知の溝
型圧延機を用いて圧延し、引続いて線引加工を行なうこ
とによって、直径:0.025mmを有する本発明Au
合金極細線1〜20および比較Au合金極細線1〜20
をそれぞれ製造した。
分のうちのいずれかの成分を含有しないものである。
線がボンディング時にされされる条件に相当する条件、
すなわ5温度:250℃に20秒間保持した条件で高温
引張試験を行ない、それぞれ破断強度と伸びを測定した
。
、高速自動ボンダーにてボンディングを行ない、ループ
高さ、ループ高さのバラツキ、ループ変形の有無、およ
び樹脂モールド後のループの流れ量を測定し、さらにボ
ンディング後のループのAI電極材との接合部における
金属間化合物層の厚みと剪断強度(接合強度)を測定し
、加えて樹脂モールド後の半導体装置(IC)について
、高温保持信頼性試験を行なった。これらの結果を第1
表に示した。
、半導体素子Sと外部リードLを極細線Wでボンディン
グした場合のhを2軸測微計を用いて測定し、80個の
測定値の平均値をもって表わし、ループ高さのバラツキ
は、前記の80個のループ高さ測定値より標準偏差を求
め、3σの値で表わし、この場合、実用的にはh:25
0.cm以上、バラツキ: 5otna以下であること
が要求される。
顕微鏡を用いて観察し、第1図に点線で示されるように
結線Wが垂れ下がって半導体素子Sのエツジに接触(エ
ツジ°ショート)シている場合を「有」とし、接触して
いない場合を「無」として判定した。
W)を直上からX線撮影し、この結果のX線写真にもと
づいて4つのコーナ一部における半導体素子と外部リー
ドのボンディング点を結んだ直線に対する結線の最大膨
量をIIFJ定し、これらの平均値をもって表わした。
で許容される。
の条件でベーキング処理を施した後の断面を研磨した状
態で測定し、剪断強度はシェアテストにより測定し、さ
らに高温保持信頼性試験は、ICを250℃に500時
間保持した後で、ループの抵抗値を測定し、高抵抗を示
すものや、断線しているものを不良とし、試験数:50
個のうちの不良数を測定することにより行なった。この
場合、金属間化合物層の厚みは3−以下、接合強度は5
0゜以上が望まれ、かつ高温保持信頼性試験では50個
の試験数のうち1個でも不良が発生すると信頼性の低い
ものとなる。
20は、いずれも高い高温強度を有し、ループ高さが高
く、かつそのバラツキもきわめて小さく、またループ変
形の発生がなく、ループ流れも著しく少なく、しかもル
ープは金属間化合物の成長が著しく抑制された状態で、
きわめて高い接合強度を示し、かつ高温に長時間加熱保
持されても不良数の発生が皆無で信頼性の著しく高いも
のであるのに対して、比較Au合金極細線1〜20に見
られるように、構成成分のうちのいずれかの成分でも欠
けると上記特性のすべてを満足して具備することができ
ないことが明らかである。
高温強度を有し、かつ常温強度および耐熱性にもすぐれ
、通常の半導体装置は勿論のこと、高密度にして多様な
半導体装置の組立てに際して、高速ボンディングを採用
した場合にも、高さが高く、かつ高さのバラツキも著し
く小さいループを安定して形成することができ、さらに
ループの変形がほとんどないので、タブショートやエツ
ジショートなどの不良発生が著しく抑制されるほか、高
温にさらされる使用環境下でも、特にループの接合部に
おける金属間化合物の粒成長が著しく抑制されるので、
ループが高抵抗を示したり、断線したりすることがなく
なり、信頼性の著しく高いものとなるなど工業上有用な
特性を有するものである。
・・・極細線。
Claims (1)
- (1)Ce、Pr、Nd、およびSmのうちの1種また
は2種以上:0.2〜50ppm、 を含有し、 SiおよびAgのうちの1種または2種: 1〜100ppm、 を含有し、さらに、 Be、Ge、およびCaのうちの1種または2種以上:
1〜60ppm、 を含有し、残りがAuと不可避不純物からなる組成を有
するAu合金からなることを特徴とする半導体素子ボン
ディング用Au合金極細線。
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