JPH05132729A - 銅ボンデイングワイヤ - Google Patents
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- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
- H01L2924/10253—Silicon [Si]
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、Cu材の結晶粒の粗大化を
抑制し、良好なワイヤボンディングを行えるようにした
銅ボンディングワイヤを提供することにある。 【構成】 本発明の銅ボンディングワイヤは、電解精製
によってその純度を99.9999 重量%に生成された電着材
を使用し、これに予め溶製したCu−1.5 BaおよびC
u−2.3 Zr合金を所定の組成となるように調整配合
し、10-6Torrの真空溶解によって20×30( 径×長さ) mm
2 のインゴットに溶製し、このインゴットの表面を面削
した後に直径1.0mm まで伸線加工して300 ℃で1時間の
焼鈍処理を施した後、さらに直径0.03mmまで伸線加工を
行い、250 ℃で毎分10mの走行調質焼鈍を行った後にス
プール巻きするようにした。
抑制し、良好なワイヤボンディングを行えるようにした
銅ボンディングワイヤを提供することにある。 【構成】 本発明の銅ボンディングワイヤは、電解精製
によってその純度を99.9999 重量%に生成された電着材
を使用し、これに予め溶製したCu−1.5 BaおよびC
u−2.3 Zr合金を所定の組成となるように調整配合
し、10-6Torrの真空溶解によって20×30( 径×長さ) mm
2 のインゴットに溶製し、このインゴットの表面を面削
した後に直径1.0mm まで伸線加工して300 ℃で1時間の
焼鈍処理を施した後、さらに直径0.03mmまで伸線加工を
行い、250 ℃で毎分10mの走行調質焼鈍を行った後にス
プール巻きするようにした。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は銅ボンディングワイヤに
関し、特に、半導体素子のワイヤボンディングに使用さ
れる銅ボンディングワイヤに関する。
関し、特に、半導体素子のワイヤボンディングに使用さ
れる銅ボンディングワイヤに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より半導体素子の電極チップと外部
リードを接続するボンディングワイヤには、Au線やS
iを含有するアルミニウム合金線が使用されており、特
に樹脂モールドタイプの半導体素子では接続の信頼性お
よび工程上の問題からAu線が多用されている。
リードを接続するボンディングワイヤには、Au線やS
iを含有するアルミニウム合金線が使用されており、特
に樹脂モールドタイプの半導体素子では接続の信頼性お
よび工程上の問題からAu線が多用されている。
【0003】Auは優れた導電性を有する反面、単位当
たりのコストが高価であり、また、高速でボンディング
を行う際に張力不足から断線を生じることがある。この
ため、Auに比較して安価であり、強度特性に優れた代
替材料としてCuを素材とするボンディングワイヤの採
用が提案されている。
たりのコストが高価であり、また、高速でボンディング
を行う際に張力不足から断線を生じることがある。この
ため、Auに比較して安価であり、強度特性に優れた代
替材料としてCuを素材とするボンディングワイヤの採
用が提案されている。
【0004】Cuを素材とするボンディングワイヤは、
Au線に比較して引張強度が大きく、伸線加工性が良好
であるのでワイヤボンディングの高速化に対応でき、近
年の高集積化に伴う半導体素子の多ピン化に対応するこ
とができる。従来のボンディングワイヤに使用されるC
u材として、電解精製等により不純物を除去して純度を
99.9999 重量%の高純度に精製されたCuを使用するこ
とが検討されている。
Au線に比較して引張強度が大きく、伸線加工性が良好
であるのでワイヤボンディングの高速化に対応でき、近
年の高集積化に伴う半導体素子の多ピン化に対応するこ
とができる。従来のボンディングワイヤに使用されるC
u材として、電解精製等により不純物を除去して純度を
99.9999 重量%の高純度に精製されたCuを使用するこ
とが検討されている。
【0005】
【発明が解決しようとする手段】しかし、この高純度の
Cuを使用すると、ボール形成時の熱影響によってボー
ルネック部の結晶粒が粗大化成長しやすくなるため、疲
労寿命の低下を招いたり、ボールボンディングからセカ
ンドボンディングに移行する際にネック部の座屈変形を
生じて良好なワイヤボンディングが行われないという問
題がある。従って、本発明の目的はCu材の結晶粒の粗
大化を抑制し、良好なワイヤボンディングを行なえる銅
ボンディングワイヤを提供することにある。
Cuを使用すると、ボール形成時の熱影響によってボー
ルネック部の結晶粒が粗大化成長しやすくなるため、疲
労寿命の低下を招いたり、ボールボンディングからセカ
ンドボンディングに移行する際にネック部の座屈変形を
生じて良好なワイヤボンディングが行われないという問
題がある。従って、本発明の目的はCu材の結晶粒の粗
大化を抑制し、良好なワイヤボンディングを行なえる銅
ボンディングワイヤを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はCu材の結晶粒
の粗大化を抑制し、良好なワイヤボンディングを行なえ
るようにするため、純度が99.9999 重量%以上のCu材
を使用し、これに少なくとも1種のアルカリ土類元素あ
るいはZrを0.0002〜0.002 重量%添加するようにした
銅ボンディングワイヤを提供する。
の粗大化を抑制し、良好なワイヤボンディングを行なえ
るようにするため、純度が99.9999 重量%以上のCu材
を使用し、これに少なくとも1種のアルカリ土類元素あ
るいはZrを0.0002〜0.002 重量%添加するようにした
銅ボンディングワイヤを提供する。
【0007】
【作用】本発明の銅ボンディングワイヤは、高純度のC
u材にアルカリ土類元素あるいはZrを所定の重量%で
添加して銅結晶間に作用させ、粒子を微細化させるので
結晶粒の結合が密になり、粗大化成長を抑制する。
u材にアルカリ土類元素あるいはZrを所定の重量%で
添加して銅結晶間に作用させ、粒子を微細化させるので
結晶粒の結合が密になり、粗大化成長を抑制する。
【0008】
【実施例1〜4】以下、本発明の銅ボンディングワイヤ
詳細に説明する。素材として使用されるCu材は、電解
精製によってその純度を99.9999 重量%に生成された電
着材を使用し、これに予め溶製したCu−1.5 %Baお
よびCu−2.3 %Zr合金を第1表の実施例1〜4の組
成となるように調整配合し、10-6Torrの真空溶解によっ
て 20 ×30( 径×長さ)mm2 のインゴットに溶製する。
詳細に説明する。素材として使用されるCu材は、電解
精製によってその純度を99.9999 重量%に生成された電
着材を使用し、これに予め溶製したCu−1.5 %Baお
よびCu−2.3 %Zr合金を第1表の実施例1〜4の組
成となるように調整配合し、10-6Torrの真空溶解によっ
て 20 ×30( 径×長さ)mm2 のインゴットに溶製する。
【0009】この溶製されたインゴットの表面を面削し
た後に直径1.0mmまで伸線加工して300 ℃で1時間の焼
鈍処理を施した後、さらに直径0.03mmまで伸線加工を行
い、250 ℃で毎分10mの走行調質焼鈍を行った後にスプ
ール巻きにする。
た後に直径1.0mmまで伸線加工して300 ℃で1時間の焼
鈍処理を施した後、さらに直径0.03mmまで伸線加工を行
い、250 ℃で毎分10mの走行調質焼鈍を行った後にスプ
ール巻きにする。
【0010】以上のようにして形成された実施例1〜4
の銅ボンディングワイヤについての機械的特性(引張強
度,伸び,ボール硬さ)を評価した結果を表1に示す。
同時に、本発明の組成の範囲外の比較例1〜5の組成を
有する銅ボンディングワイヤについて同様の試験を行っ
て特性評価した。なお、添加する元素の添加量はGDM
S分析値によるものであり、重量%で示される。
の銅ボンディングワイヤについての機械的特性(引張強
度,伸び,ボール硬さ)を評価した結果を表1に示す。
同時に、本発明の組成の範囲外の比較例1〜5の組成を
有する銅ボンディングワイヤについて同様の試験を行っ
て特性評価した。なお、添加する元素の添加量はGDM
S分析値によるものであり、重量%で示される。
【0011】 注) 機械的特性は以下の単位で示される。 引張強度 : Kgf/mm2 伸び : % ボール硬さ : Hv 表1からわかるように、Cu材に添加するアルカリ土類
元素あるいはZrの重量%を増加させることによって、
引張強度およびボール硬さが向上する反面、伸び特性が
低下する傾向が見られる。
元素あるいはZrの重量%を増加させることによって、
引張強度およびボール硬さが向上する反面、伸び特性が
低下する傾向が見られる。
【0012】即ち、添加する元素が0.0002重量%以下の
場合では、Cu材の結晶粒が成長して伸び特性が良好と
なるがボール硬さが低下するので、ボール形成時に熱影
響によりボールネック部の座屈変形を生じやすくなる。
また、添加する元素が0.002 重量%以上の場合では、C
u材の結晶粒が微細化して結晶間の結合が密になること
からボール硬さが向上するが、伸び特性が低下するので
ボンディング時のワイヤのしなやかさが失われる。上記
の結果に基づき、銅ボンディングワイヤとしての良好な
特性を得られる元素の添加重量%は0.0002〜0.002 の範
囲に集約されることがわかる。
場合では、Cu材の結晶粒が成長して伸び特性が良好と
なるがボール硬さが低下するので、ボール形成時に熱影
響によりボールネック部の座屈変形を生じやすくなる。
また、添加する元素が0.002 重量%以上の場合では、C
u材の結晶粒が微細化して結晶間の結合が密になること
からボール硬さが向上するが、伸び特性が低下するので
ボンディング時のワイヤのしなやかさが失われる。上記
の結果に基づき、銅ボンディングワイヤとしての良好な
特性を得られる元素の添加重量%は0.0002〜0.002 の範
囲に集約されることがわかる。
【0013】また、アルカリ土類元素のCa,Sr,B
a,Csは固溶度が小さく酸素との親和性が大きいので
酸化物を生じやすいが、インゴットの形成時に生じる酸
化物の比重は比較的小さいことから、溶銅中で生じた酸
化物がインゴット表面に浮上し易く、このため除去する
ことが容易である。
a,Csは固溶度が小さく酸素との親和性が大きいので
酸化物を生じやすいが、インゴットの形成時に生じる酸
化物の比重は比較的小さいことから、溶銅中で生じた酸
化物がインゴット表面に浮上し易く、このため除去する
ことが容易である。
【0014】さらに、本発明の実施例1〜4および比較
例1〜5の銅ボンディングワイヤについて、Cu用ボン
ダーによりキャピラリー部へAr+10%H2 混合ガス雰
囲気中でアーク放電させてボールを形成した後に、1.2
μm厚のAl電極膜を有するSiチップを用いて、基板
温度300 ℃でN2 +10%H2 混合ガスを吹きつけながら
1.23Nの荷重を負荷させて超音波熱圧着させるボンディ
ング実験を行った。このボンディング後の評価結果を表
2に示す。
例1〜5の銅ボンディングワイヤについて、Cu用ボン
ダーによりキャピラリー部へAr+10%H2 混合ガス雰
囲気中でアーク放電させてボールを形成した後に、1.2
μm厚のAl電極膜を有するSiチップを用いて、基板
温度300 ℃でN2 +10%H2 混合ガスを吹きつけながら
1.23Nの荷重を負荷させて超音波熱圧着させるボンディ
ング実験を行った。このボンディング後の評価結果を表
2に示す。
【0015】 注) 1)伸線加工性 良好 ○,断線有
△ 2)素子損傷 有り ○,無し × 3)ループ特性 良好 ○,不良 × 4)ボンディング強度 良好 ○ 弱い △ 5)結晶粒成長 小 ○,中 △,大 × 表2からわかるように、実施例1〜4においては全ての
項目について比較例1〜5より優れたボンディング特性
を示し、特に、素子の損傷およびループ特性については
著しくボンディング特性が改善されていることがわか
る。
△ 2)素子損傷 有り ○,無し × 3)ループ特性 良好 ○,不良 × 4)ボンディング強度 良好 ○ 弱い △ 5)結晶粒成長 小 ○,中 △,大 × 表2からわかるように、実施例1〜4においては全ての
項目について比較例1〜5より優れたボンディング特性
を示し、特に、素子の損傷およびループ特性については
著しくボンディング特性が改善されていることがわか
る。
【0016】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の銅ボンディ
ングワイヤによると、純度が99.9999重量%以上の銅材
を使用し、これに少なくとも1種のアルカリ土類元素あ
るいはZrを0.0002〜0.002 重量%含有するようにした
ため、Cu材の結晶粒の粗大化を抑制し、良好なワイヤ
ボンディングを行なえるようにすることができる。
ングワイヤによると、純度が99.9999重量%以上の銅材
を使用し、これに少なくとも1種のアルカリ土類元素あ
るいはZrを0.0002〜0.002 重量%含有するようにした
ため、Cu材の結晶粒の粗大化を抑制し、良好なワイヤ
ボンディングを行なえるようにすることができる。
Claims (1)
- 【請求項1】 純度99.9999 重量%以上の銅材を使用
し、これに少なくとも1種のアルカリ土類元素あるいは
Zrを0.0002〜0.002 重量%添加して成ることを特徴と
する銅ボンディングワイヤ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3321222A JPH05132729A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 銅ボンデイングワイヤ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3321222A JPH05132729A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 銅ボンデイングワイヤ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05132729A true JPH05132729A (ja) | 1993-05-28 |
Family
ID=18130172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3321222A Pending JPH05132729A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 銅ボンデイングワイヤ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05132729A (ja) |
-
1991
- 1991-11-08 JP JP3321222A patent/JPH05132729A/ja active Pending
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