JPH084099B2 - 耐食性に優れた半導体素子用銅ボンディング線 - Google Patents

耐食性に優れた半導体素子用銅ボンディング線

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JPH084099B2 JP61058848A JP5884886A JPH084099B2 JP H084099 B2 JPH084099 B2 JP H084099B2 JP 61058848 A JP61058848 A JP 61058848A JP 5884886 A JP5884886 A JP 5884886A JP H084099 B2 JPH084099 B2 JP H084099B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、トランジスター、IC、LSIなどの半導体素
子上の電極と外部リードとの間を接続する半導体素子用
銅ボンディング線に関する。
（従来の技術） 従来、ケイ素半導体素子上の電極と外部リードとの間
を接続するボンディング線としては、高純度（99.99Wt
％）の金細線やアルミニウム細線が使用されている。し
かしながらアルミニウム細線は、耐食性に難があるため
一部のセラミックパッケージ型の半導体を除いて、ボン
ディング線としては金細線が多量に使用されている。と
ころが近年、自動ボンダーの高速化に伴ない高純度の金
細線では強度不足のため高速ボンディングに対応し得な
いことが明らかになり、その解決策として、純金に微量
の添加元素を加えて耐熱性と破断強度を向上させた金合
金細線が実用に供されている。
（発明が解決しようとする問題点） ケイ素半導体素子上の電極に金細線を接続する方法
は、通常金細線をキャピラリーに通し、キャピラリーか
ら突出する一定長の金細線の先端を水素炎又は電気トー
チにより溶融させて金ボールを形成し、この金ボールを
150〜400℃の加熱状態に置かれているケイ素半導体の電
極部にキャピラリーで押しつぶしてネイルヘッド状に
し、ケイ素半導体の電極と外部リードとを接続する熱圧
着法および超音波接続法又は、これらの組合せによって
行われる。
このように、ケイ素半導体の電極と外部リードとの接
続に、金細線や金合金細線が多く使用される理由は、ネ
イルヘッドボンディングの際に大気中で容易に無酸化
のボールが得られる点、接続の際、適度なボール硬さ
を有している点、レジンモールド型の半導体において
も全くワイヤーの腐食を生じない点等にある。
しかしながら、金は前記のボンディング特性を有する
ものの、高価であり、さらに、ケイ素半導体も大量生産
化に入り、価格の低減が余儀されるに至って、金細線や
金合金細線と同一なボンディング特性を持ち、破断強度
にすぐれた安価な代替金属材料の出現への強い要望があ
る。
本発明者らは、銅純度が99.999重量％以上で、硫黄含
有量が0.0005重量％以下の高純度銅を用いることによ
り、金細線に代る半導体素子用ボンディング線が得られ
ることを特願昭60−244725号で明らかにした。
前記の半導体素子用銅ボンディング線は、金細線より
破断強度がすぐれているが、製品保管中又は加工工程中
において時折変色し、美観および製品価値を損なうと共
にかかる変色したボンディング線を使用すると、ボンデ
ィング性、すなわち接続の信頼性を低下させる致命的な
欠陥を生じる場合があるので、その保管にはアルゴンガ
スなどの不活性雰囲気中で保管することを余儀なくされ
る。
本発明は、かかる問題を解決することを目的とするも
ので、高純度銅を用いて大気中の長期保管に対しても変
色せず、安価で高速自動ボンダーにも適合する破断強度
をもち、且つ金細線や金合金細線と同様な信頼性にすぐ
れた接続ができる半導体素子用銅ボンディング線を提供
することにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上述の問題を解決するために鋭意検討
を重ねた結果、特に高純度銅中に含有する硫黄が、ボン
ディング性に影響を与える、更にアルカリ金属元素やア
ルカリ土類金属元素は通常酸化物の形態をとり、ある量
以上存在すると、大気中、即ち水分と酸素との存在状態
に放置されたとき、その吸湿性のための銅の表面を酸化
変色させ、さらにこれらの酸化物がボンディング性に著
しい悪影響を与えることをつきとめた。
そこで、これらの不純物の濃度を種々変化させて検討
した結果、特願昭60−244725号に示した高純度銅（硫黄
＜0.0005重量％、銅＞99.999重量％）であって、さらに
アルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素の総含有量を
規制することにより、ボンディング特性も良好で、大気
中の長期保管又は加工工程中においても、耐食性に優れ
た半導体素子用銅ボンディング線が得られることを見出
して本発明を完成させたものである。
本発明において、アルカリ金属元素としては、例えば
ナトリウムやカリウム等が、又、アルカリ土類金属元素
としては、例えばカルシウムやマグネシウム等がそれぞ
れあげられる。
本発明は、アルカリ金属元素又は／及びアルカリ土類
金属元素の総含有量が0.0001乃至0.00005重量％の範
囲、硫黄含有量が0.0005乃至0.00003重量％の範囲で、
且つ銅純度が99.999重量％以上の高純度銅から成る半導
体素子用銅ボンディング線である。更に、本発明の構成
について以下に説明する。
１）銅純度が99.999重量％以上で、硫黄含有量が0.0005
重量％以下の高純度銅であっても、アルカリ金属元素や
アルカリ土類金属元素の総含有量が0.0001重量％を越え
る場合、大気中の長期保管において銅ボンディング線は
変色する。
２）銅純度が99.999重量％以上で、アルカリ金属元素や
アルカリ土類金属元素の総含有量が0.0001重量％以下の
高純度銅であっても、硫黄含有量が0.0005重量％を越え
る場合、形成される銅ボールの硬さが好ましくなく、接
続時に半導体素子を損傷すると共に、大気中の長期保管
において銅ボンディング線は変色する。
３）硫黄含有量が0.0005重量％以下で、アルカリ金属元
素やアルカリ土類金属元素の総含有量が0.0001重量％以
下であっても、銅純度が99.999重量％未満である場合、
形成されるボール形状が非真円で、ボールの硬さが好ま
しくなく、接続時に半導体素子を損傷すると共に、大気
中の長期保管において銅ボンディング線は変色する。
４）硫黄含有量が0.0005重量％以下で、アルカリ金属元
素やアルカリ土類金属元素の総含有量が0.0001重量％以
下で、銅純度が99.999重量％以上の高純度銅である場
合、ボンディング特性、すなわち、ボール形状、ボール
の硬さ、ループの形状、ボンディング性（接続の信頼
性）が良好で、且つ大気中の長期保管においても銅ボン
ディング線は変色しない。
ここにおいて、本発明に使用する高純度銅は例えば再
電解法又はゾーンメルテング法によって精製されたもの
である。
（実施例） 以下、本発明にかかる実施例と比較例とを対比して説
明する。
実験に供した銅は、ゾーンメルテング法により得られ
た高純度銅に目的成分を適当量添加し、真空溶融鋳造を
行なって第１表に示す化学成分の鋳塊を得、該鋳塊を圧
延した後、常温で伸線加工を行ない、最終線径を25μｍ
φの銅細線とし、不活性ガス雰囲気で連続燃鈍（温度25
0〜500℃、線速10〜100m/分）して銅細線を軟質に調質
する。勿論、バッチ焼鈍を施してもよい。
得られた25μｍφ銅細線を大気中100日間放置した
後、公知のボンディングマシンを使用してボンディング
性を調べた結果を第２表に示す。
第２表から明らかなように、実施例１〜３は、大気中
100日間放置後の銅細線表面状態が変色することなく、
且つボンディング性も良好であることを示している。
しかし、比較例１〜３はアルカリ金属元素やアルカリ
土類金属元素の総含有量が0.0001重量％を超えるため、
大気中100日間の放置で銅細線の表面が変色し、その影
響をうけてボンディング性も好ましいものとならない。
比較例４は、硫黄含有量が0.0005重量％を越えるため、
大気中100日間の放置で銅細線の表面が変色し、比較例
１〜３と同様にボンディング性は好ましいものとなら
ず、且つボールの硬さも適切でないので接続時に半導体
素子を損傷する。更に比較例５は、硫黄含有量およびア
ルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素の総含有量にお
いて、前者では0.0005重量％以下、後者では0.0001重量
％以下と規制値を満足しても、銅純度が99.999重量％未
満であるため、100日間の大気保管で銅細線表面が変色
し、その結果ボンディング性も好ましいものとならな
い。
比較例１〜５のように、ボンディング性が好ましくな
いと、半導体素子との接続の信頼性において致命的な欠
陥となることはいうまでもない。
（効果） 本発明に係る半導体素子用銅ボンディング線は、優れ
た耐食性をもつので、大気中の長期保管において変色す
ることもなく、不活性ガス雰囲気中で保管する必要もな
い。又、ボンディング性も多用されている金細線に較べ
何ら遜色のない挙動を示し、その接続の信頼性も高く、
しかも金細線に較べて価格が安価であり、且つ同一線径
では金細線よりも破断荷重が大きいので、その実用性が
大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 栄一 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タ ツタ電線株式会社内 (72)発明者 大滝 俊武 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タ ツタ電線株式会社内 (72)発明者 岡本 晴道 埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号 日本 鉱業株式会社総合研究所内 (72)発明者 緒方 俊 埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号 日本 鉱業株式会社総合研究所内 (72)発明者 松末 則道 埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号 日本 鉱業株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−124959（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−194032（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アルカリ金属元素又は／及びアルカリ土類
    金属元素の総含有量が0.0001乃至0.00005重量％の範
    囲、硫黄含有量が0.0005乃至0.00003重量％の範囲で、
    且つ銅純度が99.999重量％以上の高純度銅から成ること
    を特徴とする耐食性に優れた半導体素子用銅ボンディン
    グ線。
JP61058848A 1986-03-17 1986-03-17 耐食性に優れた半導体素子用銅ボンディング線 Expired - Fee Related JPH084099B2 (ja)

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