JPH04247630A - 銅ボンディングワイヤ - Google Patents

銅ボンディングワイヤ

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JPH04247630A
JPH04247630A JP3033673A JP3367391A JPH04247630A JP H04247630 A JPH04247630 A JP H04247630A JP 3033673 A JP3033673 A JP 3033673A JP 3367391 A JP3367391 A JP 3367391A JP H04247630 A JPH04247630 A JP H04247630A
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ball
bonding
bonding wire
copper
rare earth
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Sadahiko Sanki
参木　貞彦
Koichi Tamura
幸一 田村
Katsuo Sekida
関田　克男
Kuniaki Kimoto
国明 紀本
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Hitachi Cable Ltd
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボンディングダメージ
を増加させることなく、安定したボンディング特性が得
られ、かつ、高い疲労寿命とループ特性が安定して確保
され、ボール形成時に添加元素は殆ど酸素と反応し、脱
酸生成物としてボール表面（ネック部近傍の）に浮上し
、ボール内部に於ける添加元素の残存は、実質的に零に
なり、非常に軟質のボールを得ることができる新規な銅
ボンディングワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置用の銅ボンディングワイヤは
、金線に比較して安価でかつ強度が大きいところからボ
ンディング速度の高速化に対応することが容易である。 また、細線を適用でき、多ピン化対応を容易とするなど
の利点があるため、近年従来の金線に代えて採用される
ケースが増えている。
【０００３】この場合、使用される銅材としては、電解
精製、帯溶精製などにより不純物を除去し、純度９９．
９９９％以上とした高純度銅が用いられるが、このよう
に高純度化されると、ボール形成の際の熱影響によりボ
ールネック部の結晶粒が粗大化成長しやすくなることか
ら、樹脂封止後の温度サイクルにおいて疲労寿命の低下
がみられる。また結晶粒粗大によりセカンドボンティン
グにキャピラリイが移行する際にネック部が座屈変形し
、その結果ループ形状が損われるなどの問題もある。
【０００４】そこでボール硬さへの影響が少なく、加熱
時の結晶粒成長抑制効果の大きな合金元素を添加して、
この問題を打開しようとする方法があり、そり場合の元
素として希土類元素あるいは、Ｚｒが好適であることが
知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記したような合金元
素を添加した線材を実際に製造し、その性質を調査して
みると、確かに前記のような効果が確認されるが、溶製
ロットによりその効果にはばらつきが生じ易く、例えば
時によりボール硬さが増加したり、また結晶粒が粗大化
しその結果ループ特性が悪化するなどの現象が起きるこ
とが分かった。そこでその原因を詳細に検討したところ
、溶製に使用する銅素材中の不純物の影響によるもので
あること、特に希土類元素、Ｚｒと相互作用の強いＶＩ
Ｂ　族、ＶＢ　族、ＩＶＢ　族の元素の影響によるもの
であること、これらにより希土類元素、Ｚｒの前記した
ような作用効果が減じられるためであることが次第に判
明した。
【０００６】本発明の目的は、ボンディングダメージを
増加させることなく、安定したボンディング特性が得ら
れ、かつ、高い疲労寿命とループ特性が安定して確保さ
れる新規な銅ボンディングワイヤを提供することにある
。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、純度が９９．
９９９９重量％以上の銅を基材とし、これに希土類元素
又は、Ｚｒを０．０００２〜０．００２重量％含有させ
たことを特徴としたものであり、また上記において希土
類元素がＣｅ、Ｎｄ、Ｙ、Ｌａのいずれかを含むもので
あることを特徴とするものである。
【０００８】
【実施例】以下、本発明について実施例を参照し説明す
る。
【０００９】銅素材の純度として、前述のように９９．
９９９重量％程度のものが標準的に使用されていた。し
かし、この場合最大１０ｐｐｍ　の各種不純物が含まれ
ており、このうち前記したようにＶＩＢ　族、ＶＢ　族
、ＩＶＢ　族の元素、具体的にはＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、
Ａｓ、Ｓｂなどの元素により（即ちこれら元素の化合物
形成をしやすい相互作用により）希土類元素やＺｒの作
用効果が減じられる。一方純度９９．９９９９重量％以
上の銅素材の場合は不純物量は、最大１ｐｐｍ　である
ため、仮にＶＩＢ　、ＶＢ　、ＩＶＢ　族の元素が存在
しても、その影響は実質上無視しうるものである。
【００１０】上記に対し、希土類元素、Ｚｒの添加量が
０．０００２％以下であると、ボール形成時に周囲雰囲
気より拡散してくる酸素の除去が十分でなく、ボールに
固溶する酸素量の増加によるボール硬さの増加が起こる
。又０．００２％以上では、上記酸素と未反応の原子が
残存し、ボール硬さが増加する。
【００１１】希土類元素のうち、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｙ
は銅の固溶度が小さく、酸素との親和力が大きい。又酸
化物の比重が比較的小さく溶銅中で酸化物形成後表面に
浮上しやすい。
【００１２】つぎに、表１に示した従来例、比較例、本
発明を参照し、具体的に説明する。銅素材の純度は、も
９９．９９９重量％、９９．９９９９重量％のものを使
用した。これに希土類元素であるＣｅとＺｒを夫々、所
定量添加した材料を溶製し、それぞれの供試線材の性能
とボンディング性を調査した結果を表１の各欄に示す。 この結果より本発明線材料は、従来例や比較例に対比し
ていずれもボンディングの際Ｓｉクラックを発生せずに
良好なループ特性とネック部結晶粒の粗大化の防止がで
きることが明白となった。
【００１３】一方、電解精製により得られた９９．９９
９９重量％の電着板を母材とし、これを別途製造したＣ
ｕ−２．１％Ｃｅ、Ｃｕ−２．３％Ｚｒ合金（この合金
を溶製する際も、銅素材は、９９．９９９９％純度のも
のを使用）を表１の各組成となる様配合し、１０￣６Ｔ
ｏｒｒの真空度で真空溶解し、これを２０ｍｍ径×３０
０ｍｍ長さに真空鋳造した。得られたインゴットは表面
を面削後、直径１．０ｍｍまで伸線し、３００℃×１ｈ
ｒ焼鈍後直径０．０３ｍｍまで伸線し、最後に２５０℃
で１０秒間焼鈍し、ボビン巻きした。
【００１４】ボンディング試験：ボール形成はボンディ
ングマシンのキャピラリィ部にＡｒ＋５％Ｈ２　の混合
雰囲気を吹きつけ乍ら、アーク放電させて行った。
【００１５】ボールボンディングは、１．２μｍ厚さの
Ａｌ電極膜を有するＳｉチップを用い、基板温度３００
℃で、Ａｒ＋５％Ｈ２　の雰囲気を吹きつけながら１．
２３Ｎの荷重をかけつつ、超音波熱圧着させた。
【００１６】ボールボンディング後、Ｃｕボールを硝酸
にて溶解して、接合部のＳｉ面を走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）で観察し、クラックの有無を観察した。ループ特
性については、セカンドボンディング後のループ形状、
例えば、ボールネック部の座屈変形、ワイヤのたれ、横
ぶれ（隣接ワイヤとの接触の原因となる）などの状況を
チェツクしたボールネック部の結晶成長状況は、ボール
を含むワイヤの縦断面ミクロ組織を観察し、チェックし
た。
【００１７】比較例１、３では、Ｃｅ、Ｚｒが各々１．
４、１．３ｐｐｍ　であり、ボール硬さが高い。これは
、ボール形成時に周囲雰囲気より侵入する酸素を除去す
る上で必要なＣｅ又はＺｒ量が不足しボール内に酸素が
残存することによる。一方比較例２及び４は、Ｃｅ、Ｚ
ｒが夫々３２、２７ｐｐｍ　と高く、それによってボー
ル硬さが高いのは、ボール形成時に周囲雰囲気より拡散
侵入する酸素を除去するのに必要な量以上にＣｅ、Ｚｒ
を含有し、ボール形成後もＣｅ、Ｚｒが一部金属原子と
してボール内に残量するためである。
【００１８】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、安
定したボンディング特性が得られる。即ちボンディング
ダメージを増加させることなく、高い疲労寿命とループ
特性が安定して確保できる。
【００１９】また、ボール形成時に添加元素は殆ど酸素
と反応し、脱酸素生成物としてボール表面（ネック部近
傍の）浮上し、ボール内部に於ける添加元素の残存は、
実質的に零になり、非常に軟質のボールが得られる。
【００２０】
【表１】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　純度９９．９９９９重量％以上の銅を
    基材とし、これに希土類元素又は、Ｚｒを０．０００２
    〜０．００２重量％含有させたことを特徴とする半導体
    装置用銅ボンディングワイヤ。
  2. 【請求項２】　　請求項１の希土類元素がＣｅ、Ｎｄ、
    Ｙ、Ｌａのいずれかを含むものであることを特徴とする
    半導体装置用銅ボンディングワイヤ。
JP3033673A 1991-02-01 1991-02-01 銅ボンディングワイヤ Pending JPH04247630A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006134724A1 (ja) 2005-06-15 2006-12-21 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. 超高純度銅及びその製造方法並びに超高純度銅からなるボンディングワイヤ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006134724A1 (ja) 2005-06-15 2006-12-21 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. 超高純度銅及びその製造方法並びに超高純度銅からなるボンディングワイヤ
EP2845915A1 (en) 2005-06-15 2015-03-11 JX Nippon Mining & Metals Corporation Ultrahigh-purity copper bonding wire

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