JPS61255045A - 半導体装置用ボンデイングワイヤ及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置用ボンデイングワイヤ及びその製造方法

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JPS61255045A
JPS61255045A JP60095654A JP9565485A JPS61255045A JP S61255045 A JPS61255045 A JP S61255045A JP 60095654 A JP60095654 A JP 60095654A JP 9565485 A JP9565485 A JP 9565485A JP S61255045 A JPS61255045 A JP S61255045A
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wire
bonding wire
bonding
heat treatment
semiconductor device
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English (en)
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Susumu Kawauchi
川内　進
Kazuhiko Fukamachi
一彦 深町
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Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Mining Co Ltd
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Publication date
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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】 発明の分野 本発明は、半導体素子とり−ド７レームとを結線するた
めに用いられるボンディンダクイヤに関するものであり
、特に半導体素子を損傷することなく且つ優れた結線特
性を示す銅合金製ポンディディングワイヤ及びその製造
方法に関するものである。
発明の背景 ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路技術は急速な発展を続
けているが、半導体素子自体の開発もさることながら、
それを支える重要な技術の一つはマイクロボンディング
技術である。これは、半導体素子をそれを支持するリー
ドフレームに接続するものであり、その代表的な方法は
ワイヤボンディング法である。
一般に１半導体装置のワイヤボンディングは、Ｓｌの半
導体素子と、Ａｕ、Ａｇ等のめっきを施されたリードフ
レームとを、熱圧着または超音波熱圧着法によって、Ａ
ｕまたはＡｕ合金製細線を用いて結線するととＫより実
施されてきた・しかしながら、半導体装置に占めるＡｕ
またはＡｕ合金細線のコストは高く、また、Ａｕの資源
上の問題も最近クローズアップされてきている。
更に、ＡｕまたはＡｕ合金細線は結線時の機械的強度が
不足することにより断線が生じやすいという重大な問題
点を有している。
そこで、半導体装置用のボンディングワイヤのコストを
下げそして上記のような断線問題を生じないようにする
ために、Ａｕ或いはＡｕ合金製細線に代りうる材料とし
てＣｕまたはＣｕ合金細線を用いる試みが為されている
が、安定した接合特性が得られず、未だ実用化されてい
まい。
ＣｕまたはＣｕ合金細線をボンディングワイヤとして実
用化する為には次の事項が考慮されねばならない： ＠）ＣｕまたはＣｕ合金の強度（硬さ）が高すぎると、
半導体素子と接触した際素子を損傷するという由々しき
問題が生じる。従って強度（硬さ）は、断線を生ぜず、
かつ素子を損傷しない範凹のものでなければなら々い。
（→　接合部の変形が安定し且つ接合部からネック部へ
のワイヤ形状がスムーズでなければならない。そうでな
ければ、安定したボンディング強度が得られ々い。
（ハ）接合技術自体に支障をきたすものであっては力ら
ない。
発明の概要 上記のような考慮の下で、本発明者は、ＣｕまたはＣｕ
合金をボンディングワイヤとして実用化するべく研究を
重ねた。その結果、ワイヤの材質面並びに加ニー熱処理
面の制御から非常に優れた特性を持つ半導体装置用Ｃｕ
基ボンディングワイヤの開発に成功した。
多くの検討の結果、ボンディングワイヤの方向性結晶が
発達している程、即ち結晶がワイヤの長手方向に伸びて
いる程、接合部の変形が安定し、且つ接合部からネック
部へのワイヤの形状がスムーズとまって安定したボンデ
ィング強度が得られることが判明した。しかし壜から、
一般的には、一方向凝固により得られた鋳塊を伸線して
著しく発達した方向性結晶を得ても、半導体素子の損傷
問題を回避するべく硬度を下げるために通常の焼鈍を行
うと、再結晶により結晶の方向性は失われてしまう。
そこで、結晶の方向性を失わず硬度を下げるためには、
Ｃｕ中の不純物含有量を５０　ＰＰｍ以下に規制しそし
て１５〜１０００　ｐｐｆｎのＢを添加したＣｕ基材料
を用い、最終加工度３０％以上で伸線加工することによ
り所定の直径の細線とし、方向性結晶とまった細線を１
０ｇ　’ｌ’＝−ｒ１．０３９　ＸＣ＋（五５〜６０）
で示される条件の下で熱処理を施せばよいことがわかっ
た。
加工前のワイヤ断面積、Ａ：加工後のワイヤ断面積）で
表わされる。ｐｐｍは重量に基く。
斯くして、本発明は、Ｂ含有量が１５〜１０１０００ｐ
ｐ重量）でありそして不純物含有量が５０ｐｐｍ（重量
）以下のＣｕから成る半導体装置用ボンディングワイヤ
を提供する。このワイヤはビッカース硬さが８０以下で
ありそしてワイヤ結晶がワイヤ長手方向に伸びている点
で半導体ボンディングワイヤとして適する。本発明は更
に、Ｂ含有量が１５〜１ｏ　ｏ　ｏ　ＰＰｍ　（ｉｉ量
）でありそして不純物含有量が５０　ｐｐｍ　（重量）
以下のＣｕから成る組成のＣｕ合金を、最終加工度５０
％以上として伸線加工することにより所定・の直径の細
線を生成し、誼細線に ｌｏｇ　Ｔ　＝−α０３９ＸＣ＋（五Ｓ〜ｔＯ）ここで
、Ｔ＝熱処理時間（Ｈｒ）。
Ｃ＝熱処理温度（℃）、室温≦Ｃ≦ ２００℃ の条件の下で熱処理を施すことを特徴とする半導体装置
用ボンディングワイヤの製造方法をも提供する。
発明の詳細な説明 本発明におけるボンディングワイヤは、最初に述べた通
り、半導体素子とリードフレームとを結線する為に用い
られる半導体装置用ボンディングワイヤであり、一般に
２５μｍの直径のきわめて細い細線である。
結線に際して半導体素子を損傷することがなく【２かも
断線の確率が非常に少ない、ＡｕまたはＡｕ合金に代る
ボンディングワイヤとして、本発明は所定の特性を有す
るＣｕ基ボンディングワイヤを提供する。
本発明のボンディングワイヤはビッカース硬さ８０以下
の軟質のものである。ビッカース硬さが８０を越えると
＃線に際してのボンディングワイヤと半導体素子の接触
による半導体素子の損傷の危険が増大する。Ａｎ及びＡ
ｕ合金製ボンディングワイヤの場合、その機械的強度が
不足することにより断線を生じやすかったが、Ｃｕ基ボ
ンディングワイヤの場合その心配は力い。本発明ボンデ
ィングワイヤは、最小５１のビッカース硬さと８ｙの引
張り強さを具備している。
更に、本発明のボンディングワイヤは、ワイヤの結晶の
長手方向の径がワイヤの直角方向の径より長い結晶方向
性に優れたものである。望ましくは、各結晶の長手方向
の径平均値は直径方向のそれより２倍以上とされる。こ
うした結晶方向性を有することにより、接合部の変形が
安定し、しかも接合部からネック部への変形の形状がス
ムーズと表って安定したボンディング強度が得られる。
こうした特性を得る為には、Ｃｕ中の不純物は５０　ｐ
ｐｍ以下でなければならない。Ｃｕ中には一般に、Ｏ％
Ｓ等の不純物が含まれるが、それら不純物の総量を５０
　ｐｐｍ以下とする必要がある。更に、本発明のＣｕ基
ボンディングワイヤは、１５〜１１０００ｐｐ、好まし
くは１５〜５００　ｐｐｍ。
より好ましくは１７〜１７０　ｐｐｍのＢを含有する。
不純物含量が５０　ｐｐｍを越えると、接合が不充分と
なり易く、また半導体素子を損傷し易くなる。
Ｂ含有量が１５ｐｐｎｎ未溝及び１ｏ　ｏ　ｏ　ｐｐｍ
を越えた場合には、軟化温度２再結晶温度が近づくため
、通常の焼鈍方法では硬度を下げかつ方向性結晶とする
ことが困難となる。
こうした組成の材料を出発材として伸線加工を行い、そ
して制御された条件の下で熱処理を行うことにより、前
記した特性のボンディングワイヤの製造が可能となる。
伸線加工は、通常の方法に従って、鋳塊から出発して焼
鈍を間に挾みながらダイスを通して何段階にわたって行
われる。その場合、所定の直径、一般に２５μｍの直径
のワイヤへと伸線を行う最終伸線加工の加工度は方向性
結晶を生みだす為５０チ以上とすることが必要である。
この後、方向性結晶となった細線に対して、結晶方向性
を失うことなく硬度を下げる熱処理方法として次の条件
式の実験的確立に成功した８１０ｇＴ＝−０，０５９Ｘ
Ｃ＋（ｉ５〜６．０　）ここで、Ｔ＝熱処理時間（Ｈｒ
） Ｃ＝熱処理温度（’Ｃ） この範囲外で熱処理を施すと、再結晶が起って結晶の方
向性が失われるか、或いはビッカース硬度８０以下への
軟化が生じない。最適熱処理条件は、Ｂの含有量によっ
て異り、Ｂ含有量が少量側、例えば１７〜１７０　ｐｐ
ｍの好ましい範囲では、熱処理条件は上記範囲の低温側
或いは短時間側となる。
熱処理温度Ｃは、一般に室温（１５℃）〜２００℃の範
囲で選定される。
純銅に微量のＢを添加することにより軟化温度及び再結
晶温度共に下ることは知られているが、本発明は、こう
した認識にとどまらず、微量のＢを含む高純度Ｃｕを素
材として硬度が低く且つ方向性結晶である細線の製造条
件を見出したことにより優れたボンディングワイヤを得
るに至ったも。
のである。
発明の効果 ＡｕまたはＡｕ合金に代る優れたボンディングワイヤの
開発に成功した。
実施例 Ｂ含有量を７．１５．１００，１７０．Ｓｏｎ及び３０
００　ｐＰｍと６ｍＫ変え、不純物量３０ｐ陣一定とし
そして残部Ｃｕから成る組成の１０−ｍｅの鋳塊を各極
毎４つ、計２４個調製した。各鋳塊な８５０℃で１時間
加熱し、２℃／分の冷却速度で冷却した後、面側して８
ｍｌとし・冷間引抜き一３００℃焼純−２℃／分で冷却
のサイクルを繰返して・最終的に加工率６０Ｔｏで最終
冷間弓１抜きを行い、２５μ径の細線を得た。こうして
得られたＢ含有量の異なる６種の冷間引抜き細線を各種
毎極々の条件で熱処理を施した。熱処理後の細線の結晶
方向性、ビッカース硬さ、ワイヤボンディング後の引張
り強度を測定すると共に、接合部の変形の安定性を観察
した。結果を次表に示す。
表中Ｏで囲まれたサンプル番号のものが本発明に従うも
のである。
表より、本発明によれば、半導体素子を損傷しないため
の引張強度といわれる１５，９以下の引張強す及び８０
以下のビッカース硬さを有する方向性結晶から成るボン
ディングワイヤが得られ、該ワイヤの接合部形状が良好
であることがわかる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）Ｂ含有量が１５〜１０００ｐｐｍ（重量）でありそ
    して不純物含有量が５０ｐｐｍ（重量）以下のＣｕから
    成る半導体装置用ボンディングワイヤ。 ２）ワイヤのビッカース硬さが８０以下でありそしてワ
    イヤの結晶がワイヤ長手方向に伸びている特許請求の範
    囲第１項記載のボンディングワイヤ。 ３）Ｂ含有量が１５〜１０００ｐｐｍ（重量）でありそ
    して不純物含有量が５０ｐｐｍ（重量）以下のＣｕから
    成る組成のＣｕ合金を、最終加工度３０％以上として伸
    線加工することにより所定の直径の細線に形成し、該細
    線に ｌｏｇＴ＝−０．０３９×Ｃ＋（３．５〜６．０）ここ
    で、Ｔ＝熱処理時間（Ｈｒ）、 Ｃ＝熱処理温度（℃）、室温≦Ｃ≦ ２００℃ の条件の下で熱処理を施すことを特徴とする半導体装置
    用ボンディングワイヤの製造方法。
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