JPH04218932A - 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Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【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Ａ 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。
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Ａ 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。
【０００２】
【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ＩＣ、さらにＬＳＩなどが知られているが、こ
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。
ジスタやＩＣ、さらにＬＳＩなどが知られているが、こ
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。
【０００３】（ａ） まず、リードフレーム素材として
、板厚：０．１〜０．３ を有するＣｕ合金条材を用
意する。
、板厚：０．１〜０．３ を有するＣｕ合金条材を用
意する。
【０００４】（ｂ） このリードフレーム素材より、エ
ッ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。
ッ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。
【０００５】（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。
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。
【０００６】（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：２０〜５０μ
を有するＡｕ極細線を用いてボールボンディングを施
す。
渡って、ボンディングワイヤとして直径：２０〜５０μ
を有するＡｕ極細線を用いてボールボンディングを施
す。
【０００７】（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
。
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
。
【０００８】（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ＩＣを形成する。以
上（ａ）〜（ｆ）の主要工程からなる方法が知られてい
る。
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）〜（ｆ）の主要工程からなる方法が知られてい
る。
【０００９】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。
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。
【００１０】
【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Ｓ
ｉ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。
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Ｓ
ｉ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。
【００１１】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。
、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。
【００１２】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、また厳しい温度変化下での使用が要求されてきてお
り、この場合、ワイヤとＡ 合金配線膜との接合部にお
ける局部電池の生成、温度変化のために生じるパッケー
ジ、ワイヤなどの収縮による銅合金極細線熱影響部にお
けるクラックの発生という問題が生じているのが現状で
ある。
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、また厳しい温度変化下での使用が要求されてきてお
り、この場合、ワイヤとＡ 合金配線膜との接合部にお
ける局部電池の生成、温度変化のために生じるパッケー
ジ、ワイヤなどの収縮による銅合金極細線熱影響部にお
けるクラックの発生という問題が生じているのが現状で
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は上
述の様な観点から、高温下での信頼性、ならびに、温度
変化に対する信頼性を向上させる銅ボンディングワイヤ
を開発すべく鋭意研究を行った結果、
述の様な観点から、高温下での信頼性、ならびに、温度
変化に対する信頼性を向上させる銅ボンディングワイヤ
を開発すべく鋭意研究を行った結果、
【００１４】これまで銅中の不純物元素とされていたＦ
ｅおよびＡｇは、他の不純物元素、特に、Ｓｅ，Ｔｅ，
Ｓなどとは異なり、銅の硬度を上げることなく、０．１
重量ｐｐｍ以上、３．０重量ｐｐｍ未満で、０．５重量
ｐｐｍ以上２０重量ｐｐｍ未満のＢと共存することによ
り、ワイヤとＡ 合金配線被膜接合部での耐蝕性を飛躍
的に向上させるとともに、温度変化に伴うパッケージな
どの収縮においてもその熱影響部でのクラックの発生を
大きく低減させるという知見を得た。
ｅおよびＡｇは、他の不純物元素、特に、Ｓｅ，Ｔｅ，
Ｓなどとは異なり、銅の硬度を上げることなく、０．１
重量ｐｐｍ以上、３．０重量ｐｐｍ未満で、０．５重量
ｐｐｍ以上２０重量ｐｐｍ未満のＢと共存することによ
り、ワイヤとＡ 合金配線被膜接合部での耐蝕性を飛躍
的に向上させるとともに、温度変化に伴うパッケージな
どの収縮においてもその熱影響部でのクラックの発生を
大きく低減させるという知見を得た。
【００１５】この発明は上記知見に基づいてなされたも
のであって、９９．９９９５％以上の高純度無酸素銅に
ＦｅおよびＡｇをそれぞれ０．１重量ｐｐｍ以上３．０
重量ｐｐｍ未満含み、かつＢを０．５重量ｐｐｍ以上２
０重量ｐｐｍ未満含有することを特徴とするような極細
線並びに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。
のであって、９９．９９９５％以上の高純度無酸素銅に
ＦｅおよびＡｇをそれぞれ０．１重量ｐｐｍ以上３．０
重量ｐｐｍ未満含み、かつＢを０．５重量ｐｐｍ以上２
０重量ｐｐｍ未満含有することを特徴とするような極細
線並びに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。
【００１６】なお、この発明の銅合金極細線において、
合金成分として、ＦｅおよびＡｇの含有量を０．１重量
ｐｐｍ以上、３．０重量重量ｐｐｍ未満、Ｂの含有量を
０．５重量ｐｐｍ以上、２０重量ｐｐｍ未満と定めたの
は、これらの含有量が上記指定未満では、半導体装置の
実用に際し、高温下での使用時にワイヤとＡ 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および
、温度変化に伴なうパッケージ、ワイヤなどの収縮によ
るワイヤのクラック発生を低減させる効果がなく、一方
、Ｆｅ、Ａｇの含有量が３．０重量ｐｐｍを超えると、
Ｂとの共存下においては、ワイヤボンディング時におけ
るワイヤ先端部に形成させるボールの形成能が劣化し、
Ｂが２０重量ｐｐｍを超えると、ボールの変形に伴う加
工硬化が大きくなり、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になるという理由に基づ
くものである。 又、これらの合金成分を添加する銅を９９．９９９５％
と規定したのは、銅における不可避不純物としてのＳ、
ＳｅおよびＴｅなどは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蝕性の低下を
避けることができなくなるためであり、又、同じくこれ
まで銅中の不純物として取り除かれていた、Ｆｅ、Ａｇ
については、上述の様な理由でその含有量を０．１重量
ｐｐｍ以上３．０重量ｐｐｍ未満にコントロールする必
要があるためである。
合金成分として、ＦｅおよびＡｇの含有量を０．１重量
ｐｐｍ以上、３．０重量重量ｐｐｍ未満、Ｂの含有量を
０．５重量ｐｐｍ以上、２０重量ｐｐｍ未満と定めたの
は、これらの含有量が上記指定未満では、半導体装置の
実用に際し、高温下での使用時にワイヤとＡ 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および
、温度変化に伴なうパッケージ、ワイヤなどの収縮によ
るワイヤのクラック発生を低減させる効果がなく、一方
、Ｆｅ、Ａｇの含有量が３．０重量ｐｐｍを超えると、
Ｂとの共存下においては、ワイヤボンディング時におけ
るワイヤ先端部に形成させるボールの形成能が劣化し、
Ｂが２０重量ｐｐｍを超えると、ボールの変形に伴う加
工硬化が大きくなり、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になるという理由に基づ
くものである。 又、これらの合金成分を添加する銅を９９．９９９５％
と規定したのは、銅における不可避不純物としてのＳ、
ＳｅおよびＴｅなどは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蝕性の低下を
避けることができなくなるためであり、又、同じくこれ
まで銅中の不純物として取り除かれていた、Ｆｅ、Ａｇ
については、上述の様な理由でその含有量を０．１重量
ｐｐｍ以上３．０重量ｐｐｍ未満にコントロールする必
要があるためである。
【００１７】
【作用】この発明の半導体装置用銅合金極細線によれば
ボンディング可能な硬度範囲で、ボール形成能が良好と
なり、かつ高温下並びに温度変化の激しい環境下におい
ても信頼性の高い接合部を確保できる。又、上記の様な
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Ａ 合金配線被膜との接合部が
、局部電池の生成により腐蝕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く、
かつ、温度変化の激しい環境下においても、パッケージ
、ワイヤなどの収縮においてワイヤの熱影響部にクラッ
クが発生し断線するなどの事故も防止される。
ボンディング可能な硬度範囲で、ボール形成能が良好と
なり、かつ高温下並びに温度変化の激しい環境下におい
ても信頼性の高い接合部を確保できる。又、上記の様な
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Ａ 合金配線被膜との接合部が
、局部電池の生成により腐蝕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く、
かつ、温度変化の激しい環境下においても、パッケージ
、ワイヤなどの収縮においてワイヤの熱影響部にクラッ
クが発生し断線するなどの事故も防止される。
【００１８】
【実施例】次に、この発明の一実施例を説明する。まず
、通常の電気銅を原料とし、これに電解精製を繰り返し
施した後、Ｓ，ＳｅおよびＴｅなど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９９．９９９５％以上の高純度無酸素銅
を作製する。
、通常の電気銅を原料とし、これに電解精製を繰り返し
施した後、Ｓ，ＳｅおよびＴｅなど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９９．９９９５％以上の高純度無酸素銅
を作製する。
【００１９】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表に示されるように、
ＦｅおよびＡｇをそれぞれが０．１重量ｐｐｍ以上３．
０重量ｐｐｍ未満になるように、かつＢをこれが０．５
重量ｐｐｍ以上２０重量ｐｐｍ未満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 を有する
本発明に係る銅合金極細線Ｎｏ．１〜８をそれぞれ製造
した。
炉で溶解し、これにそれぞれ第１表に示されるように、
ＦｅおよびＡｇをそれぞれが０．１重量ｐｐｍ以上３．
０重量ｐｐｍ未満になるように、かつＢをこれが０．５
重量ｐｐｍ以上２０重量ｐｐｍ未満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 を有する
本発明に係る銅合金極細線Ｎｏ．１〜８をそれぞれ製造
した。
【００２０】なお、比較のため、上記添加元素量が特許
請求範囲外である比較例Ｎｏ．１〜４の銅合金細線を製
造した。
請求範囲外である比較例Ｎｏ．１〜４の銅合金細線を製
造した。
【００２１】ついで、このようにして得られた各種の銅
極細線を用いてＡ 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構造のＳｉチップにボールボン
ディングを行い、ボールの形成能、マイクロクラックの
発生の調査を行った。
極細線を用いてＡ 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構造のＳｉチップにボールボン
ディングを行い、ボールの形成能、マイクロクラックの
発生の調査を行った。
【００２２】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。さらに、−６５℃〜１５０℃
のヒートサイクルテストを行い、５００サイクル後の不
良数を測定した。
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。さらに、−６５℃〜１５０℃
のヒートサイクルテストを行い、５００サイクル後の不
良数を測定した。
【００２３】これらの結果を表１に示した。
【００２４】
【表１】
【００２５】この表に示される結果から、本発明の実施
例の銅合金極細線においては、Ｎｏ．７においてマイク
ロクラックが１つ発生しているのみで、信頼性テストに
おいては、全く問題が生じていない。この程度のマイク
ロクラック発生であれば、ボンディング条件で回避でき
る。比較例のＮｏ．１においては、Ｂの添加量が少ない
ため、信頼性の向上は認められず、比較例のＮｏ．２，
３においては、ＦｅおよびＡｇの含有量が適正でないた
め、Ｂとの共存効果が十分でなく、やはり信頼性向上が
認められず、又、ボール形成能が悪いため、マイクロク
ラックも発生している。比較例のＮｏ．４においては、
Ｂが多すぎてボールの硬化により、マイクロクラックが
多数発生している。
例の銅合金極細線においては、Ｎｏ．７においてマイク
ロクラックが１つ発生しているのみで、信頼性テストに
おいては、全く問題が生じていない。この程度のマイク
ロクラック発生であれば、ボンディング条件で回避でき
る。比較例のＮｏ．１においては、Ｂの添加量が少ない
ため、信頼性の向上は認められず、比較例のＮｏ．２，
３においては、ＦｅおよびＡｇの含有量が適正でないた
め、Ｂとの共存効果が十分でなく、やはり信頼性向上が
認められず、又、ボール形成能が悪いため、マイクロク
ラックも発生している。比較例のＮｏ．４においては、
Ｂが多すぎてボールの硬化により、マイクロクラックが
多数発生している。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の半導体
装置用銅合金細線によれば、ボンディング可能な硬度範
囲で、ボール形成能が良好となり、かつ高温下並びに温
度変化の激しい環境下においても信頼性の高い接合部を
確保できる。
装置用銅合金細線によれば、ボンディング可能な硬度範
囲で、ボール形成能が良好となり、かつ高温下並びに温
度変化の激しい環境下においても信頼性の高い接合部を
確保できる。
【００２７】また、上記極細線をボンディングワイヤと
した半導体装置においては、ワイヤとＡ 合金配線被膜
との接合部が、局部電池の生成により腐蝕されて断線す
るなどの事故が防止され、高温の悪影響下においても耐
用性が高く、かつ、温度変化の激しい環境下においても
、パッケージ，ワイヤなどの収縮において、ワイヤの熱
影響部にクラックが発生し、断線するなどの事故も防止
される。
した半導体装置においては、ワイヤとＡ 合金配線被膜
との接合部が、局部電池の生成により腐蝕されて断線す
るなどの事故が防止され、高温の悪影響下においても耐
用性が高く、かつ、温度変化の激しい環境下においても
、パッケージ，ワイヤなどの収縮において、ワイヤの熱
影響部にクラックが発生し、断線するなどの事故も防止
される。
Claims (2)
- 【請求項１】 ９９．９９９５％以上の高純度無酸素
銅に、ＦｅおよびＡｇをそれぞれ０．１重量ｐｐｍ以上
、３．０重量ｐｐｍ未満を含み、かつＢを０．５重量ｐ
ｐｍ以上、２０重量ｐｐｍ未満含むことを特徴とする半
導体装置用銅合金極細線。 - 【請求項２】 請求項１の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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2403896A JPH04218932A (ja) | 1990-12-19 | 1990-12-19 | 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2403896A JPH04218932A (ja) | 1990-12-19 | 1990-12-19 | 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04218932A true JPH04218932A (ja) | 1992-08-10 |
Family
ID=18513622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2403896A Pending JPH04218932A (ja) | 1990-12-19 | 1990-12-19 | 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04218932A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008544542A (ja) * | 2006-05-04 | 2008-12-04 | ハンファ ケミカル コーポレーション | 高分子膜でコーティングされた銅ワイヤーを有する半導体パッケージ及びその製造方法 |
| CN112750550A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 拓自达电线株式会社 | 接合线以及半导体装置 |
-
1990
- 1990-12-19 JP JP2403896A patent/JPH04218932A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008544542A (ja) * | 2006-05-04 | 2008-12-04 | ハンファ ケミカル コーポレーション | 高分子膜でコーティングされた銅ワイヤーを有する半導体パッケージ及びその製造方法 |
| CN112750550A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 拓自达电线株式会社 | 接合线以及半导体装置 |
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