JPH11222639A - 半導体構成素子を接触するための金合金からなる極細線およびその製造方法 - Google Patents
半導体構成素子を接触するための金合金からなる極細線およびその製造方法Info
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Abstract
の導電率が純金の極細線の導電率からできるだけ僅かに
相違する金合金からなる半導体構成素子を接触するため
の極細線を提供する。 【解決手段】 金合金が、銅0.5〜0.9重量%、白
金0.05〜0.95重量%、残部金からなるかまたは
銅0.5〜0.9重量%、アルカリ土類金属および希土
類金属の群からの少なくとも1つの元素0.0001〜
0.1重量%、白金0〜1重量%、残部金からなる。 【効果】 極細線は、ワイヤボンデングのためならびに
フリップチップ技術のための接点こぶ製造のために適当
である。
Description
接触するための金合金からなる極細線(Feinstd
rat)および極細線の製造方法およびその使用に関す
る。
するために適当な線[接続線(Bonddraete)
とも呼ばれる]は、良好な電気的性質を有しおよび良好
な機械的強度値を有しなければならない。線の直径は約
10〜200μmであってもよく、通例約20〜60μ
mであり、直径は使用目的に応じて選択される。
らなる。金合金はより高い強度および、合金成分を少量
しか含有しない場合、金に類似の導電率の利点を有す
る。
からは、集積回路中の導線の製造のために金および1種
または数種の希土類金属、殊にセリウム含有ミッシュメ
タルの形またはイットリウム0.001〜0.1%から
なる合金の使用は公知である。少量の希土類金属または
イットリウムを有するこの金合金は、500℃までの加
熱温度において著しく改善された強度および伸びの挙動
を有し、硬さ、化学的安定性または電気抵抗のような金
の他の性質が著しく影響されることもない。
37385号(US4885135号)、DE3936
281号(US4938923号)、特開平5−179
375号、特開平5−179376号、特開平6−11
2258号、EP0743679A号およびEP076
1831Aにも記載される。
殊にセリウム0.0003〜0.01重量%、および場
合により付加的になおゲルマニウム、ベリリウムおよび
/またはカルシウムを有する金合金からなる、高い引張
強さを有する金合金細線に関する。
ン、ベリリウム、カルシウムおよび白金族の元素、とく
に白金および/またはパラジウムと合金化された、高純
度の金からなる半導体装置を結合するための金線を記載
する。
−179376号は、高純度の金およびアルミニウムな
いしはガリウム0.0003〜0.005重量%、カル
シウム0.0003〜0.003重量%およびイットリ
ウム、ランタン、セリウム、ネオジム、ジスプロシウム
および/またはベリリウム0.0003〜0.003重
量%からなるボンディングのための金合金細線に関す
る。
al Abstracts 121巻、89287mに
紹介された)から公知の接続線は、白金1〜30%およ
びスカンジウム、イットリウムおよび/または希土類金
属0.0001〜0.05%および場合によりベリリウ
ム、カルシウム、ゲルマニウム、ニッケル、鉄、コバル
トおよび/または銀0.0001〜0.05%からな
る。
含有の金−希土類金属合金からなる接続線が提案され
る。この合金は、金および少量の白金(0.0001〜
0.005重量%)、銀、マグネシウムおよびユーロピ
ウムからなり、たとえばなおセリウム0.0001〜
0.02重量%を含有しうる。
/またはパラジウムを含有する金−希土類金属合金から
なる極細線が記載される。この合金は、白金および/ま
たはパラジウム0.1〜2.2重量%、ベリリウム、ゲ
ルマニウム、カルシウム、ランタン、イットリウムおよ
びまたはユウロピウム0.0001〜0.005重量
%、残部金からなる。線は、合金を形成する元素をるつ
ぼ中で溶融し、るつぼ中に存在する合金溶融液を下方か
ら上方へ前進的に冷却して鋳物ブルームにし、引き続き
圧延し、引抜きし、焼鈍することによって製造される。
線は、3〜8%の伸びおよび6800〜9000kgf
/mm2のヤング率を有する。
強度を改善するために銅が配量されているアルミニウム
からなるメタライジング部材の接触に関し、それでベリ
リウム配合を有する僅かな硬さを有する標準金接続線は
あまり好適ではない。従って、銅を配合したアルミニウ
ムからなる接触パッドを結合するために、金および銅
0.01〜1重量%からなり、配量されたアルミニウム
の硬さに適合した硬さを有する合金が提案される。
号(=US5491034号)から公知である。この接
続線は、半導体素子の電極を外部接続と結合するために
使用され、銅少なくとも1重量%および5重量%以下を
有する金合金からなる。付加的に、接続線は、カルシウ
ム、ゲルマニウム、ベリリウム、ランタンおよび/また
はインジウム0.0003〜0.01重量%および白金
多くても5重量%を含有することができる。接続線の製
造は、金合金を真空溶融炉中で溶融し、線引きし、引き
続き200〜600℃で熱処理(焼鈍)することにより
行われる。熱処理は通例であり、引抜のために不良の変
形性または伸び(“elongation”)を改善す
る目的を有する。変形性の改善と強度の減少が結合して
いるので、強度に影響を及ぼす合金成分(種類および量
に関して)および熱処理の条件は、両方−変形性および
強度−がその都度の要求に合致するように選択しなけれ
ばならない。接続線の強度は銅分量の増加につれて大き
くなる。
粋)からは、金および元素銅、アルミニウム、イットリ
ウム、ニッケル、コバルト、チタン、タングステン、ケ
イ素、ジルコニウム、カルシウム、パラジウム、ルテニ
ウム、イリジウム、白金、銀およびオスミウムの少なく
とも1つ0.05〜0.3重量%からなる極細線が公知
である。この極細線は、良好な引抜能および非常に良好
な機械的性質を有する。
−日本の特許抜粋)は、高純度の金、銅0.1〜2重量
%、パラジウム0.01〜0.1重量%および場合によ
りスズ0.0001〜0.01重量%および/または金
属カルシウム、ベリリウム、ゲルマニウム、希土類金
属、ストロンチウム、バリウム、インジウムおよびチタ
ンの少なくとも1つ0.0001〜0.01重量%から
なる接続線を記載する。接続線の強度は、プラスチック
埋設された半導体構成素子中の隣接する接続ループ間の
接点障害を回避するのに十分である。
び物理的性質のほかに所定の伸びにおいてできるだけ高
い強度が要求される。
なっている課題は、できるだけ良好な強度/伸びの比を
有し、その導電率が純金極細線の導電率からできるだけ
僅かに相違する、金合金からなる冒頭に特性表示した種
類の極細線を見出すことである。さらに、極細線の連続
的製造を経済的に有利な方法で可能にする方法が記載さ
れるべきである。極細線は、ワイヤボンディングのため
ならびに、たとえばDE4442960C号に記載され
るようなフリップチップ技術のためのいわゆるこぶ(B
all−Bumps)の製造のために適当であるべきで
ある。
り、金合金が銅0.5〜0.9重量%、白金0.05〜
0.95重量%、残部金からなることを特徴とする金合
金からなる極細線によって解決される。
0.5〜0.9重量%、アルカリ土類金属および希土類
金属の群からの少なくとも1つの元素0.0001〜
0.1重量%、白金0〜1重量%、残部金からなること
を特徴とする金合金からなる極細線によっても解決され
る。
属”とは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、バ
リウムおよびストロンチウムを意味し、“希土類金属”
とはランタン(原子番号57)およびランタンに続く1
4個の元素セリウム(原子番号58)ないしルテニウム
(原子番号71)(専門文献ではランタン系列元素とも
呼ばれる)を意味する。
または希土類金属含量は0.001〜0.01重量%で
あり、白金が存在する場合、白金含量は0.1〜0.9
重量%である。
ム、マグネシウム、カルシウムまたはこれらアルカリ土
類金属少なくとも2つからなる混合物からなる。ベリリ
ウムおよびカルシウムからなる混合物を使用する場合、
ベリリウムおよびカルシウムその都度50重量%からな
る混合物がとくに適当であることが判明した。
るかまたはセリウムおよび原子番号57および59〜7
1を有する希土類金属1種または数種からなる混合物か
らなる。通例、セリウム50〜60%、ランタン25〜
30%、ネオジム10〜15%、プラセオジム4〜6%
および鉄1%ならびに他の希土類金属の僅かな分量を有
する混合物がセリウム含有ミッシュメタルと呼ばれる
(Roempp chemie Lexikon、Ge
org Tieme出版、ストットガルト−ニューヨー
ク、1巻、10版(1996年)、647ページ)。
極細線は、接続のための使用に必要なすべての性質を有
する。該極細線は殊に、比電気抵抗率として測定される
その高い導電率(第VIII表参照)およびその−伸び
に対して−非常に良好な強度(図参照)により優れてい
る。意外にも、合金成分(Legierungsbil
dner)銅およびアルカリ土類金属および/または希
土類金属の種類および量の本発明による選択は、焼鈍に
よる強度損失の減少をもたらす(第IX表参照)。極細
線の非常に有利な強度/伸びの比は、主として接続結合
部の非常に良好な品質に寄与する。
〜6)および−比較のため−本発明によらない極細線
(例7)の強度(引張強さ)[N/mm2]が、伸び
(破断点伸び)[%]に依存して図示される。本発明に
よる極細線は、所定の伸びにおいて高い強度を有する。
第VIII表には、例に記載された本発明による極細線
および比較のため本発明によらない若干の極細線の化学
組成および比電気抵抗率が記載される。第IX表は、引
張り時の硬さ状態(ziehharten Zusta
nd)および約4%伸びにおける例1〜7に記載された
極細線の強度値を示し、強度に対するベリリウム、カル
シウムおよびセリウム添加の影響を認識させる。ベリリ
ウム、カルシウムおよびセリウムは、焼鈍と結合した強
度損失を減少する。
基づき、とくに有利にワイヤボンディングのため、発展
中に存在する高周波ボンディングにも、およびフリップ
フロップの接点こぶの製造のために使用することができ
る。
体構成素子を接触するための極細線の製造方法にあり、
該方法は本発明により、a)銅0.5〜0.9重量%、
白金0.05〜0.95重量%、残部金からなるか、ま
たはb)銅0.5〜0.9重量%、アルカリ土類金属お
よび希土類金属の群からの少なくとも1つの元素0.0
001〜0.1重量%、白金0〜1重量%、残部金から
なる金合金を溶融し、溶融した合金を連続鋳造し、スト
ランドをボンディング目的に通例の直径を有する線に引
抜きしおよび線を焼鈍することを特徴とする。
を円形断面を有するストランドに鋳造し、線を約300
〜700℃で焼鈍する場合に有利であると確証された。
焼鈍により、最初の引張り時の硬さの線は必要な伸びを
得る。合金の溶融および鋳造は空気中、保護ガス、たと
えばアルゴン下、または真空中で行なうことができる。
〜0.01重量%のアルカリ土類金属および/または希
土類金属の含量および0.1〜0.9重量%の白金−存
在する場合−の含量を有する金合金を溶融するのが好ま
れる。
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム
またはこれら元素の少なくとも2つからなる混合物が使
用される。ベリリウム、マグネシウム、カルシウムまた
はこれらアルカリ土類金属の少なくとも2つからなる混
合物が特に有利であると確証された。ベリリウムおよび
カルシウムからなる混合物を使用する場合には、ベリリ
ウムおよびカルシウムそれぞれ50重量%からなる混合
物が好まれる。
はセリウムおよび原子番号57および59〜71を有す
る1種または数種の希土類金属からなる混合物、後者は
とくに市販のセリウム含有ミッシュメタルの形で使用さ
れる。
できおよび非常に均等かつ不変の品質を有する方法生成
物−鋳造ストランドおよび引抜線−を生じることにより
優れている。
よる極細線およびその製造および−比較のため−例7に
DE1608161C号から公知の技術水準による極細
線を記載する。極細線は、その伸び(破断点伸び)
[%]、その強度(引張強さ)[N/mm2]およびそ
の比電気抵抗率[オームmm2/m]によって特性表示
される。
からなる極細線 銅0.8重量%、白金0.8重量%および残部として金
からなる合金の溶融液を、連続鋳造装置中で円形断面を
有するストランドに鋳造する。引き続き、ストランドか
ら30μmの直径を有する線を引抜きし、線を達成すべ
き伸びに応じて約300〜7O0℃で空気中で焼鈍す
る。伸び[%]に依存して測定した強度値[N/m
m2]は、第I表に記載する。
た、室温における比電気抵抗率は、0.041オームm
m2/mである。
ウム0.001重量%および白金0.8%を有する金合
金からなる極細線 銅0.8重量%、ベリリウム0.001重量%、カルシ
ウム0.001重量%、白金0.8重量%および残部と
して金からなる合金の溶融液を、連続鋳造装置中で円形
断面を有するストランドに鋳造する。引き続き、ストラ
ンドから30μmの直径を有する線を引抜きし、線を達
成すべき伸びに応じて約300〜700℃で空気中で焼
鈍する。伸び[%]に依存して測定した強度値[N/m
m2]は、第II表に記載する。
た室温における比電気抵抗率は、0.041オームmm
2/mである。
ウム0.001重量%および白金0.3重量%を有する
金合金からなる極細線 銅0.8重量%、ベリリウム0.001重量%、カルシ
ウム0.001重量%、白金0.3重量%および残部と
して金からなる合金の溶融液を、連続鋳造装置中で円形
断面を有するストランドに鋳造する。引き続き、ストラ
ンドから30μmの直径を有する線を引抜きし、線を達
成すべき伸びに応じて約300〜700℃で空気中で焼
鈍する。伸び[%]に依存して測定した強度値[N/m
m2]は、第III表に記載する。
た室温における比電気抵抗率は、0.036オームmm
2/mである。
ルシウム0.001重量%を有する金合金からなる極細
線 銅0.9重量%、ベリリウム0.001重量%、カルシ
ウム0.001重量%および残部として金からなる合金
の溶融液を、連続鋳造装置中で円形断面を有するストラ
ンドに鋳造する。引き続き、ストランドから30μmの
直径を有する線を引抜きし、線を達成すべき伸びに応じ
て約300〜700℃で空気中で焼鈍する。伸び[%]
に依存して測定した強度値[N/mm2]は、第IV表
に記載する。
た室温における比電気抵抗率は、0.034オームmm
2/mである。
ウム0.001重量%および白金0.9重量%を有する
金合金からなる極細線 銅0.9重量%、ベリリウム0.001重量%、カルシ
ウム0.001重量%、白金0.9重量%および残部と
して金からなる合金の溶融液を連続鋳造装置中で円形断
面を有するストランドに鋳造する。引き続き、ストラン
ドから30μmの直径を有する線を引抜きし、達成すべ
き伸びに応じて約300〜700℃で空気中で焼鈍す
る。伸び[%]に依存して測定した強度値[N/m
m2]は、第V表に記載する。
た室温における比電気抵抗率は、0.043オームmm
2/mである。
金合金からなる極細線 銅0.8重量%、セリウム0.01重量%および残部と
して金からなる合金の溶融液を、連続鋳造装置中で円形
断面を有するストランドに鋳造する。引き続き、ストラ
ンドから30μmの直径を有する線を引抜きし、達成す
べき伸びに応じて約300〜700℃で空気中で焼鈍す
る。伸び[%]に依存して測定した強度値[N/m
m2]は、第VI表に記載する。
た室温における比電気抵抗率は、0.034オームmm
2/mである。
タルを有する金合金からなる極細線 金およびセリウム含有ミッシュメタルからなる合金の溶
融液を連続鋳造装置中で円形断面を有するストランドに
鋳造する。引き続き、ストランドから30μmの直径を
有する線を引抜きし、線を達成すべき伸びに応じて約3
00〜600℃で空気中で焼鈍する。伸び[%]に依存
して測定した強度値[N/mm2]は、第VII表に記
載する。
た室温における比電気抵抗率は、0.023オームmm
2/mである。
本発明によらない極細線(例7)の引張強さを破断点伸
びに依存して示した図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 金合金が銅0.5〜0.9重量%、白金
0.05〜0.95重量%、残部金からなることを特徴
とする半導体構成素子を接触するための金合金からなる
極細線。 - 【請求項2】 金合金が銅0.5〜0.9重量%、アル
カリ土類金属および希土類金属の群からの少なくとも1
つの元素0.0001〜0.1重量%、白金0〜1重量
%、残部金からなることを特徴とする半導体構成素子を
接触するための金合金からなる極細線。 - 【請求項3】 金合金のアルカリ土類金属含量および/
または希土類金属含量が0.001〜0.01重量%で
あることを特徴とする請求項2記載の極細線。 - 【請求項4】 金合金の白金含量が0.1〜0.9重量
%であることを特徴とする請求項1から3までのいずれ
か1項記載の極細線。 - 【請求項5】 アルカリ土類金属がベリリウム、マグネ
シウムおよび/またはカルシウムであることを特徴とす
る請求項2から4までのいずれか1項記載の極細線。 - 【請求項6】 希土類金属がセリウムであることを特徴
とする請求項2から5までのいずれか1項記載の極細
線。 - 【請求項7】 a)銅0.5〜0.9重量%、白金0.
05〜0.95重量%、残部金からなるかまたはb)銅
0.5〜0.9重量%、アルカリ土類金属および希土類
金属の群からの少なくとも1つの元素0.0001〜
0.1重量%、白金0〜1重量%、残部金からなる金合
金を溶融し、溶融した合金を連続鋳造し、ストランドを
ボンディング目的のために通例の直径を有する線に引抜
きし、線を焼鈍することを特徴とする、請求項1から6
までのいずれか1項記載の半導体構成素子を接触するた
めの金合金からなる極細線の製造方法。 - 【請求項8】 溶融した合金を円形断面を有するストラ
ンドに鋳造することを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 0.001〜0.01重量%のアルカリ
土類金属含量および/または希土類金属含量を有する金
合金を溶融することを特徴とする請求項7または8記載
の方法。 - 【請求項10】 0.1〜0.9重量%の白金含量を有
する金合金を溶融することを特徴とする請求項7から9
までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 アルカリ土類金属としてベリリウム、
マグネシウムおよび/またはカルシウムを含有する金合
金を溶融することを特徴とする請求項7から10までの
いずれか1項記載の方法。 - 【請求項12】 希土類金属としてセリウムを有する金
合金を溶融することを特徴とする請求項7から11まで
のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項13】 線を300〜700℃で焼鈍すること
を特徴とする請求項7から12までのいずれか1項記載
の方法。
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