JPS6199646A - 半導体素子のボンデイング用銅線 - Google Patents

半導体素子のボンデイング用銅線

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JPS6199646A
JPS6199646A JP59221483A JP22148384A JPS6199646A JP S6199646 A JPS6199646 A JP S6199646A JP 59221483 A JP59221483 A JP 59221483A JP 22148384 A JP22148384 A JP 22148384A JP S6199646 A JPS6199646 A JP S6199646A
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Japan
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bonding
copper wire
wire
ball
elements
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JP59221483A
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Yasuhiko Yoshinaga
吉永　保彦
Kenichi Kurihara
健一 栗原
Koichiro Mukoyama
向山　光一郎
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Original Assignee
Tanaka Denshi Kogyo KK
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体のチップ電極と外部リード部とを接続す
るために使用するワイヤボンディング用銅線に関する。
〈従来の技術〉 従来、ボンディング用線として、もっばら金（Ａｕ　）
線あるいはアルミニュム＜Ｍ＞線が使用されているが、
ノ１１近、金線の代替として経演性に有利な銅線の使用
が検討されているも未だ実用段階に至っていない。
一般にボンデ・ｆング用線に要求される要素として、■
引張り強さが大ぎいこと、■ａ濡強度が大ぎいこと、Ｃ
１）塑性変形による熱圧着及び超音波ボンデ−Ｃングが
可能なこと、■ボール形状が真球に近＜　Ｅｌ、−）一
定していること、■ボンディング後の接合強１１°〔が
大きいことが最少限必要である。
しかるに従来の銅線は導電材としての用途が一般的であ
り、使用される銅の純度も９９．９％、高くても９で）
、９５〜９９．９６％までであり、金線に較べＣ引張り
強度が大きいものの硬すぎてボンデラングに供した場合
にチップ割れを起したり、ネック切れの原因となり又、
接合強度が小さく（・ｋ川し１１Ｊない。
さらに、上記従来の銅線は表面酸化を起しやすいととも
に耐蝕性が小さく耐熱性に劣る欠点を右し、そのためボ
ンディング時のボール形状がいびつになりやすいととも
に接合強度が低下する不具合を生じ、前記五要素を満足
させることができないものであった。
〈発明の目的〉 本発明は上記従来事情に鑑み、ボンディング用に要求さ
れる前記五要素を満足させ、しかも耐熱性及びｆＩ４ｆ
！！性を向上させ、導電性を維持させて金線の代替とし
て有用且つ実用可能なボンディング用銅線を提供せんと
することを目的とする。
〈発明の構成〉 断る本発明のボンディング用ａ４ｓ＊は、９９゜９９％
以上のへ純度銅’（（ａ　）に、第５周明元素中より５
〜５０１）ｌ）ｌ　ｗｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）。
１　　　　５〜５０１ｌｌ）Ｉｎ　ｗｔ％のニオブ（Ｎ
ｂ）、１０〜１００ｐｐｍ　ｗｔ％のパラジウム（Ｐｄ
）、１０〜１００１００ｐｐ％の銀（〜）　、　１０〜
１００１）０１ｗｔ％のインジウム（Ｉｎ　）　、　１
０〜１００１）０１ｗｔ％のスズ（３ｎ）の１種又は２
種以上を５〜１５００ｉ）ｓ　ｗｔ％含何セしめたこと
を特徴とする。
本発明銅線は戸を９９．９９％以上の高純度とし、それ
に前記元素Ｚｒ　、　Ｎｂ　、　Ｐｄ、〜。
Ｉｎ、Ｓｎの１秤又は２種以上を含有せしめることによ
って適瓜な硬さく１−１ｖ：３５〜５５）が得られ、ボ
ンディング時におけるチップ割れ（シリコンチップのひ
び割れ）やネック切れ（ボールとワイヤの境界部分の切
１９ｉ）を防止するとともにボールの潰れ幅を一定にす
る。
上記元１ＡＺｒ　、　Ｎｂ　、　Ｐｄ、〜、Ｉｎ、Ｓｎ
は何れも銅線の耐熱性を改善して結晶粗大化を防止する
とともに結晶粒開破１１ｉ（ネック切れの原因）を防止
し、又、銅線の耐蝕性を改善するものであるが、とくに
その特性を区分けするならば、Ｚｒ　、　Ｎｂは耐熱性
の改善に、Ｐｄ、〜。
Ｉｎ、Ｓｎは耐蝕性の改善に有用である。
又、上記Ｚｒ　、　ＮｂはＰｄ、〜、ｉｎ、３ｎｌＣ較
べて、僅に対づる固溶限が小さいので、その含有ｍが、
５ｐｐｍｗｔ％以上であれば、前記効果が現れ、円、〜
、ｉｎ、３ｎはその含有ｆｆｔｌＯｐｐｍ　ｗｔ％以上
で効果が現れる。　　゛しかし、上記元素は夫々の上限
値以上を含有させた場合に硬くなりすぎてボンディング
特性が低下するとともに１［性を維持し得なくなって信
頼性に劣り、前記元素を２１以上含イｉせしめる場合に
は、その含有ｆｆｉ１５０ｐｐｓｗｔ％を越えると前記
欠点が現われる。
（実施例〉 本発明実施品の各試料は９９．９９９％偽にＺｒ、Ｎｂ
、Ｐｄ、〜、ｌｎ、３ｎの１種又は２種以上を添加して
溶解鋳造し、線引加工と中間熱処理とをくり返して直径
２５μのＱ線に仕上げたものである。
各試料の添加元素及び添加量を次表（１）に示す。
尚、比較量の試料Ｎ００１は９９．９％の純銅線、Ｎｏ
、２は９９．９９９％の純銅線、Ｎｏ、３はＢｅを５　
ｐｐｌＤ　ｗｔ％含有せしめた金線である。
表　　　　　（１） （次只に状く） 上記各試料をもって、その機械的性質、ボンディング特
性を測定した結果を次表（２）に示す。
尚、ボンディングは熱圧着、超音波併用方式表（２）中
において、ボール形状の［良］とは真円状態、「可」と
は若干いびつが生じる状態、「不良」とはいびつが大き
くボール形状が定まらない状態である。
また、ボンディング後の接合強度について、チップ割れ
を起したものにあっては測定の対象とせず、表中に「−
」をもって示した。
（次頁に続く） 裏　　　　（２） （■貝に枕くＪ 上記表（２）の測定結果よりみて、１．ｒ　。
Ｎｂはその含有量を５〜５０１１１）＠ｌ　ｗｔ％、Ｐ
ａ　、〜。
Ｉｎ、３ｎはその含有量を１０〜１００ｐｐａ＋　ｗｔ
％とし、２種以上を含有させる場合は、その含有量上限
を１５０１）Ｉ）１ｗｔ％とじた。
手Ｍｔ、ネ１１１正雪 昭和５９年１１月　５日 特許庁長官　　　志　　賀　　　　学　　　殿昭和５９
年１０月２０日提出の特訂願（２）２、発明の名称 半導体素子のボンディング用銅線 ３、補正をする者 男例との関係　　　特　許　出　願　人氏名（名称）ａ
ｌｌ中電子工業株式会社４、代理人 住　所　　東京都文京区白山５丁目１４番７号７、ｈｉ
正の内容 補　　正　　明　　細　　書 １、発明の名称 半導体素子のボンディング用鋼線 ２、特許請求の範囲 ９９．９９％以上の高純度ｔＭ　（ＣＩＬ）に、第５周
期元素中より５〜５０重量　ｐｐｍのジルコニウム（Ｚ
ｒ　）　、　５〜５０１ｆｆｉｐｐｍ　（り二ｔ）（Ｎ
ｂ　＞１０〜１１００１ｆｆｉｐｐのパラジウム（Ｐｃ
＋）。
１０〜１００膳ｆｆ１ｐｐ鴎の銀（〜）、１０〜１００
重量　ｐｐｍのインジウム（Ｉｎ　＞、　１０〜１００
重ｆｆｉｐｐｍ％のスズ（Ｓｎ　）の１種又は２種以上
を５〜１５０ｆｉｌｐＩ）Ｉ含有せしめたことを特徴と
する半導体素子のボンディング用銅線。
３、発明の詳細な説明 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体のチップ電極と外部リード部とを接続す
るために使用するワイヤボンディング用銅線に関する。
〈従来の１支術〉 従来、ボンディング用線として、もっばら金＜Ａ１１）
線あるいはアルミニュム＜Ｍ＞線が使用されているが、
ｊ＆近、金線の代替として経済性に右利な銅線の使用が
検討されているも未だ実用段階に至つ【いない。
一般にボンディング用線に要求される要素として、■引
張り強さが大きいこと、■高温強度が大ぎいこと、（■
塑性変形による熱圧着及び超凸波ボンディングが可能な
こと、■ボール形状が真球に近く且゛つ一定しているこ
と、■ボンディング１ｎの接合強度が大きいことが最少
限必要である。
しかるに従来の１１′１線は導電材としての用途が一般
的であり、１史川される銅の純度も９つ、９％、＾くて
も９９．９５〜９９．９６％までであり、σ線に較べＣ
引張り強度が大きいものの硬すぎてボンデラングに供し
た場合にチップ割れを起しｌζす、ネック切れの原因と
なり又、接合強度が小さく使用し得ない。
さらに、上記従来の銅線は表面酸化をス「］シやすいと
ともに耐蝕性が小さく耐熱性に劣る欠点を有し、そのた
めボンディング時のボール形状がいびつになりやすいと
ともに接合強度が低下する不具合を生じ、前記五要素を
満足させることができないものであった。
〈発明の目的〉 本発明は上記従来事情に鑑み、ボンディング用に要求さ
れる前記五要素を満足させ、しかも耐熱性及び耐蝕性を
向上させ、導電性を維持させて金線の代替として有用且
つ実用可能なボンディング用銅線を提供せんとすること
を目的とする。
く発明の構成〉 断る本発明のボンディング用銅線は、９９゜９９％以上
の高純度銅（へ）に、第５周期元素中より５〜５０重ｆ
ｆｉ　ｐｐｍのジルコニウム（Ｚｒ）。
５〜５０劃＠　ｐｐｍのニオブ（Ｎｂ）、１０〜１００
！Ｑｆｆｔｐｐｍ　ｃ／）ｔ＜−ｙシウム（Ｐａ）　、
　１０〜１００ｆＪｆｆｉｐｐｍ　ノ銀（Ａｇ）　、　
１０〜１００１ｆｆｉｐｐ−のインジウム（Ｉｎ　）　
、　１０〜１００ｆｌｔ１１ｐｌのスズ（ＳＱ　）の１
１ｉｐ又は２種以上を５〜１５Ｃ１ｉＮｌ）ｐ１１含有
せしめたことを特徴とする。
水元１１銅線は賑を９９．９９％以上の高純度とし、そ
れに前記元素Ｚｒ　、　Ｎｂ　、　Ｐｄ、　Ａｏ。
ｌｎ、３ｎの１種又は２１！Ｉ！以上を含有せしめるこ
とによって適度な硬さくＨｖ：３５〜５５）が１りられ
、ボンディング時におけるチップ割れ（シリコンチップ
のひび割れ）やネック切れ（ボールとワイ−１７の境界
部分の切断）を防止するとと６にボールの潰れ幅を一定
にする。
上記元素Ｚｒ、Ｎｂ、Ｐｂ、〜、Ｉｎ、Ｓｎは何れも銅
線の耐熱性を改善して結晶粗大化を防＋Ｌ、するととも
に結晶粒界破断（ネック切れの原因）を防止し、又、銅
線の耐蝕性を改善するものであるが、とくにその特性を
区分けするならば、ｚｒ　、　Ｎｂは耐熱性の改善に、
Ｐｄ、〜。
ｌｎ、３ｎは耐蝕性の改善に有用である。
又、上３ａＺｒ　、Ｎｂは円、〜、ｉｎ、Ｓｎに較べて
、偽に対する固溶限が小さいので、その含有量が、５　
ｍ　ｍｐｐｍ以上であれば、前記効果が現れ、円、〜、
ｉｎ、３ｎはその含有量１０重ｆｆｉ　ｐｐｍ以上で効
果が現れる。
しかし、上記元素は夫々の上限値以上を含有させた場合
に硬くなりすぎてボンディング特性が低下するとともに
導電性を維持し得なくなって信頼性に劣り、前記元素を
２種以上含イｉせしめる場合には、その含有ｆｉ１５０
ｔｆｉｌｐｐｅ＋を越えると前記欠点が現われる。
〈実施例〉 本発明実施品の各試料は９９．９９９％へにｚｒ、　Ｎ
ｂ、Ｒ１，〜、Ｉｎ、Ｓｎの１種又は２種以上を添加し
て溶解鋳造し、線引加工と中間熱処理とをくり返して直
径２５μのへ線に仕上げたものである。
各試料の添加元素及び添加量を次表（１）に示す。
尚、比較量の試料Ｎ００１は９９．９％の純銅線、Ｎｏ
、２は９９．９９％の純銅線、ＮＯ，３は３ｅを５重ｆ
ｆ１ｐｐ−含有せしめた金線である。
表　　　　　（１） を久ｊ４に枕ζＪ 上記各試料をもって、その機械的性質、ボンディング特
性を測定した結果を次表（２）に示す。
尚、ボンディングは熱圧着、Ｊｌｌｌｌ波力用方式 表（２）中において、ボール形状の「良」とは真円状態
、「可」とは若干いびつが生じる状態、１−不良」と（
，１いびつが大きくボール形状が定まらない状態Ｃある
。
まＩこ、ボンディング侵の接合強度について、チップυ
１れを起したものにあっては測定の対象とｉｆ、表中に
「−」をもって示した。
（次頁に続く） （？Ｘ貝に枕ζλ 上記表（２）の測定結果よりみて、ｚｒ。
Ｎｂはその含有量を５〜５０重ｆｆ１ｌｌｌ）１％円、
〜。
Ｉｎ、Ｓｎはその含有量をｉ　ｏ〜１ｏｏａｕｐｐｍど
し、２種以上を含有させる場合は、その含有邑上限を１
５０重１　ｐｐｍ＋とじた。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 　９９．９９％以上の高純度銅（Ｃｕ）に、第５周期元
    素中より５〜５０ｐｐｍｗｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）
    、５〜５０ｐｐｍｗｔ％のニオブ（Ｎｂ）、１０〜１０
    ０ｐｐｍｗｔ％のパラジウム（Ｐｄ）、１０〜１００ｐ
    ｐｍｗｔ％の銀（Ａｇ）、１０〜１００ｐｐｍｗｔ％の
    インジウム（Ｉｎ）、１０〜１００ｐｐｍｗｔ％のスズ
    （Ｓｎ）の１種又は２種以上を５〜１５０ｐｐｍｗｔ％
    含有せしめたことを特徴とする半導体素子のボンディン
    グ用銅線。
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