JPS62193254A - 半導体装置用Ｃｕ合金極細線 - Google Patents

半導体装置用Ｃｕ合金極細線

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JPS62193254A
JPS62193254A JP61035627A JP3562786A JPS62193254A JP S62193254 A JPS62193254 A JP S62193254A JP 61035627 A JP61035627 A JP 61035627A JP 3562786 A JP3562786 A JP 3562786A JP S62193254 A JPS62193254 A JP S62193254A
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wire
less
bonding
ppm
ball
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Naoyuki Hosoda
細田　直之
Toshiaki Ono
敏昭 小野
Masaki Morikawa
正樹 森川
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Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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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〕 この発明は、半導体装置の製造に際して、ボンディング
ワイヤとして用いた場合に、ボールボンディング時のワ
イヤ先端部（＝おけるボール部の硬さが相対的（−低く
、かつボンディング時の変形（二伴う加工硬（ヒ（：よ
る硬さ上昇が少なく、かつ半導体装置の実用（：際して
は、ボンディングワイヤのボールネック部でのワイヤ破
断の発生がほとんどないＣｕ合金極細線（：関するもの
である。
〔従来の技術〕
従来、一般に、半導体装置としてトランジスタやＩＣ，
さらｉ：ＬｓＩなどが知られているが、この中で、例え
ばＩＣの製造法の１つとして、（ａ）　　まず、リード
フレーム素材として、板厚＝０．１〜０．３閣を有する
Ｃｕ合金条材を用意し、（ｂ）　　上記リードフレーム
素材より、エツチングまたはプレス打抜き加工にて製造
せんとするＩＣの形状（ユ適合したリードフレームを形
成し、（Ｃ）　　ついで、上記リードフレームの所定個
所（：、Ｓｉチップを、Ａｇペーストなどの導電性樹脂
を用いて加熱接着するか、あるいは予め上記Ｓｉチップ
およびリードフレームの片面に形成しておいたＡｕ　＋
Ａｇ　＋　Ｎｉ　、　Ｃｕ　、またはこれらの合金で構
成されためつき層を介してはんだ付けするか、さらＣ：
Ａｕろう付けするかし、 （ｄ）　　上記Ｓｉチップと上記リードフレームとに渡
って、ボンディングワイヤとして直径：２０〜５０μｍ
を有てるＡｕ極細線を用いてボールボンディングを旌し
、 （ｅ）　　引続いて、上記のＳｉチップ、ボンディング
ワイヤ、およびＳｉチップが取付けられた部分のリード
フレームを、これらを保護する目的で樹脂封止し、 （ｆ３　　最終的に、上記リードフレームｉ；おける相
互に連なる部分を切除してＩＣを形成する、以上（ａ）
〜（ｆ）の主要工程からなる方法が知られている。
上記のよう（ユ、半導体装置の製造には、ボンデ子ング
ワイヤとしてＡｕ極細線が用いられているが、近年、高
価なＡｕ極細線に代って安価な勲酸素銅極細線が注目さ
れるようになっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、饅酸素銅極細線を半導体装置のボンディングワ
イヤとして用いる場合に、Ａｕ極細線で通常採用されて
いる０、１５〜０．３秒に１回の高速ボールボンディン
グを行なうと、ボンディング時（；ワイヤ先端部−形成
されたボール部Ｃユよって、例えばＭ合金配線被膜が破
壊されたり、時にはＳｉチップ自体（二マイクロクラッ
クが生じたシするなどの問題点が発生し、高速ポールボ
ンディングを行なうことができないのが現状である。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、無酸素
銅極細線のもつ上記のような問題点を解決すべく研究を
行なった結果、 （ａ）　　Ａｕ極細線では、高速でのワイヤボンディン
グ時に、ワイヤ先端部（：形成されるボール部の硬さＣ
二、ボンディング前とボンディング後（二あまり変ｆヒ
が見られないの３二対して、無酸素銅極、ｍｓでは、前
記ボール部の硬さが相対的に高く、かつボンディング後
に著しい・硬さ上昇が見られ、このワイヤボール部（−
おける硬さ上昇は、ポンディング時の変形（二伴う加工
硬Ｃヒに原因し、これ（二よってＳｉチップ自体や、そ
の表面に形成されている複膜が損傷を受けるようになる
こと。
（ｂ）　　このような無酸素鋼極細線Ｃ；おける高速で
のボールボンディング時（二、ワイヤ先端部に形成され
るボール部の変形に伴う加工硬「ヒは、特Ｃ；不可避不
純物としてのＳ、Ｓｇ、およびＴｅ成分を、それぞれ、 Ｓ：０．２ｐｐｍ１２を下、 Ｓｅ　：　０．　Ｉ　Ｄ　９ｍ以下、 Ｔｅ：０．１ｐｐｍ以下、 とすると共！−１不可避不純物の全含有量を１ｐｐｍ以
下とすることによってきわめて少なくすることができ、
この場合、ボール部の硬さも低下し、これ（−よってＳ
ｉチップは勿論のこと、その表面の被膜の損傷もほとん
どなくなること。
（ｃ）　　上記（ｂ）墳（−おける不可避不純物の低減
は、素材としての無酸素銅あるいはこれより副将した高
純闇電解銅（；、精製材として希土類元素、Ｔｉ。
Ｚｒ　＋　Ｈｆ　＃　Ｃａ　ｔ　Ｍｇ　＋およびＬｉの
うちの１種または２種以上を、望ましくは３〜１１００
ｐＤの範囲で含有させ、この状懇で、帯域溶融精製を施
すことＣ二よって可能となシ、この結果Ｓ、Ｓｅ、およ
びＴｅ成分が硫Ｃヒ物、セレン「ヒ物、およびテルル１
ヒ物などを形成して分離されることから、これら不可避
不純物の含有歓を、それぞれ、 Ｓ：０．２ｐｐｍ１２Ｌ下、 Ｈｅ　：　０．１　ｐ　ｐ”以下、 Ｔｅ：０．１９９ｍ以下、 とすることができると共に、その他の不可避不純物であ
るＦｅ　＊　Ｎｉ　＋　Ｃｏ　＋　Ｓｎ　＊　Ａｓ　＊
　Ｓｂ　＋およびＺｎなども精要除去されることから、
不可避不純物の全含有量を１ｐｐｍ１２Ｌ下（：するこ
とができること。
（ｄ）　　反面、上記（ｃ）項で得られた高紳変精製銅
で構成された極細線をボンディングワイヤとして用いた
場合、半導体ｆｅ＊の種類や使用する封止用樹脂の種類
などによっては、半導体装置におけるボンディングワイ
ヤのボールネック部Ｃ；実用時にワイヤ破断が高い確率
で発生するが、上記（ｃ）項で得られた高硬ｈｆ精製銅
に、合金成分として希土類元素およびＹのうちの１種ま
たは２種以上を、０，５〜３ｐｐｍの範囲で含有させた
Ｃｕ合金で構成された極細線をボンディングワイヤとし
て用いた場合には、高速でのワイヤボンディングに際し
て、ワイヤ先端部（二形成されたボール部の変形（二伴
う加工硬（ヒが低く、かつポール部の硬さを相対的に低
い状襲を保持したままで、ボンディングワイヤのボール
ネック部におけるワイヤ切断が著しく低減するようにな
ること。
以上（ａ）〜（ｄ）に示される知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたちのであっ
て、 合金成分として、希土類元素およびＹのうちの１種また
は２種以上：０．５〜３ｐｐｍ。
を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなり、かつ不
可避不純物としてのＳ、Ｓｅ、およびＴｅ成分を、それ
ぞれ、 Ｓ：０．２ｐｐｍ以下、 Ｓｅ　：　０．１　＋）　Ｉ）　ｍ以下、’ｐｅ：０．
１Ｄｌ）ｍ以下、 とすると共に、不可避不純物の全宜有童を１ｐｐｍａ下
とした組成を有する半導体装置用、特に半導体装置のボ
ンディングワイヤとして用いるの（−適したＣｕ合金極
細線（二特徴を有するものである。
なお、この発明のＣｕ合金極細線において、合金成分と
しての希土類元素およびＹの含有量を０．５〜３ｐｐｍ
と定めたのは、その含有量が０．５ｐｐｍ未満では、上
記のように半導体装置の実用（＝際して、ポンディング
ワイヤのボールネック部（−おける結晶粒粗大（ヒ１ユ
原因するワイヤ切断を十分（二抑制することができず、
一方その含有量が３ｐｐｍを越えると、ワイヤボンディ
ング時ｃ二おけるワイヤ先端部に形成されたポール部の
変形（二伴う加工硬（ヒが急激（二現われるようになっ
て高速でのワイヤボンディングが困雛となるという理由
（−もとづくものである。また、不可避不純物としての
Ｓ。
Ｓｅ、およびＴｅの上限値および不可避不純物の全含有
波の上限値は上記のように経験的（二定めたちのであり
、いずれの場合も、これらの上限値を越えると、従来無
酸素銅極細線に発生していた問題点の発生を避けること
ができなくなるものである。
〔実雁（列　〕
つぎ（二、この発明のＣｕ合金極細線を実姫例により具
体的１：説明する。
まず、不可避不純物としてのＳ　、　Ｓｅ　、およびＴ
ｅ成分の含有量が、それぞれＳ：６ｐｐｍ、Ｓｅ：１ｐ
　ｐｍ、Ｔｅ：　１１）　ｐｍにして、不可避不純物の
全含有曾が３７　ｐ　ｐｍの郁酸素銅を用意し、この弾
−酸素銅に再Ｆこ解を施して、Ｓ、Ｓｅ、およびＴｅの
含有量をそれぞれ、Ｓ　：　１ｐｐｍ　、　Ｓｅ　：０
．３ｐｐｍ　＋およびＴｅ：０．３１）ｐｍに低減する
と共に、不可避不純物の全含有破を１０ｐｐｍに低減し
た高純変心解銅を稠製し、ついでこのように調装した扁
純変電解鋼を真空溶解炉で溶解し、これに精製材をそれ
ぞれ第１表に示される割合で含有させ、断面寸法＝１０
聾口×長さ＝２５０１＋！＋１の寸法をもったインゴッ
トに鋳造した後、このインゴットに、それぞれ真空中で
３〜５回の範囲で所定回数の帝域溶融精製を惟し、精製
後、精製開始端から１００閣の長さを分取してそれぞれ
第１表に示される紳すをもち、かつ前記精製材の含有量
がいずれも０．　１ｐｐｍ１ａ下の高純邸精製鋼とし、
引続いてこの高として含有させ、鋳造した後、通常の条
件で熱間および冷間線引加工を施すこと（＝よって、い
ずれもｉ！径＝２５μｍを有し、かつ不可避不純物とし
てのＳ　Ｉ　Ｓｅ　ｔおよびＴｅの含有量並び（二不可
避不純物の全含有量が実質的（二前記高純ｔｉ′ｆ＃復
銅のそれと同一の本発明Ｃｕ合金極ＭＢ線１〜３３をそ
れぞれ製造した。なお、比較の目的で、上記の無酸累銅
、高純度電解銅、および高純変種製銅から同一の条件で
極細線をＶ造した。
ついで、この結果得られた各種の極細線を用いて、Ｍ合
金配線被膜を存−「るＳｉチップＣ０，１５秒／回の高
速で；：ζ−ルポンデイングを行なうに際して、７１′
ヤ先端部（二形成されたボール部のボンディングｌ可、
並び（二これのボンディング後の断面硬さをビッカース
硬さで測定すると共に、１万回のボンディングで躬記被
模（二損傷が発生した回数を測定し、さらに樹脂封止後
の１６ビンｒｃ：ｉｏｏ個（二ついて、耐久試験として
採用されている１５０℃１；加熱後、−５５℃（二？＠
却を１ナイクルとでる熱チイクル試験を１０００回繰り
返し行ない、試験後の前記ＩＣにおけるボンディングワ
イヤのポールネック部（：おけるワイヤ切断個数を測定
した。
これらの測定結果を第１表に示した。
なお、上記ボール部の断面硬さは、ボール部を熱歪切断
してエツチングした状態のものを超微小マイクロビッカ
ース計を用いて測定した。
〔発明の効果〕
第１表に示される結果から、不発明Ｃｕ合金極細線１〜
３３は、いずれもＳ　＋　Ｓｅ　ｔおよびＴｅ成分の含
有量が、それぞれＳ　：　０．２ｐｐｍ以下、Ｓｅ：０
．１ｐｐｍ１ａ下、およびＴｅ　：　０．１　ｐｐｍ　
Ｉｄ、下と低く、乃・つ不可避不純物の含有はもｉｐｐ
ｍ以下ときわめて低いので、ワイヤボール部の硬さか相
対同に低く、かつポールボンディング＠　ｉ＆　ｌ二お
（するワイヤボール部の硬さ変１ヒも少なく、この結果
高速でのポールポンプイングセ際してＳｉチップ表面部
を鶴つけることがほとんど皆無であり、さらに合金成分
として希土類元素およびＹを０．５〜３ｐｐｍ含有する
こと（二よって、繰り返しの加熱と冷却にさらされる実
用環境下におかれてもボンディングワイヤのボールネッ
ク部にワイヤ切断が発生することがほとんどなく、信頼
のおけるものであるのに対して、無酸素鋼極細線や高純
変電解銅極ａｍでは、高い不可避不純物の含有のため：
：、ワイヤボール部のポンディング後の加工硬（ヒが著
しく、前記Ｓｉチップ表面部の損傷が著しく、−万石可
避不純物の含有数はきわめて低いが、合金成分として希
土類元素およびＹを含有しない高純度精製銅極ａ線にお
いては、Ｓｉチップ表面部の損傷はきわめて少ないもの
の、ボールネック部にワイヤ切断が多発するようになる
ことが明らかである。
上述のように、この発明のＣｕ合金極細線は、これを半
導体装置のボンディングワイヤとして用いた場合、高速
でのボールボンディングに際して半導チップの表面部を
損傷することがほとんどなく、さら（＝加熱と冷却の繰
り返しになる使用環境においてもボンディングワイヤの
ボールネック部にワイヤ切断が起ることがほとんどない
などの特性を有し、Ａｕ極細線に２代るボンディングワ
イヤとして工著上有用な特性をもつものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 合金成分として、希土類元素およびＹのうちの１種また
    は２種以上：０．５〜３ｐｐｍ、を含有し、残りがＣｕ
    と不可避不純物からなり、かつ不可避不純物としてのＳ
    、Ｓｅ、およびＴｅ成分を、それぞれ、 Ｓ：０．２ｐｐｍ以下、 Ｓｅ：０．１ｐｐｍ以下、 Ｔｅ：０．１ｐｐｍ以下、 とすると共に、不可避不純物の全含有量を１ｐｐｍ以下
    とした組成をもつことを特徴とする半導体装置用Ｃｕ合
    金極細線。
JP61035627A 1985-03-27 1986-02-20 半導体装置用Ｃｕ合金極細線 Pending JPS62193254A (ja)

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DE19863610587 DE3610587A1 (de) 1985-03-27 1986-03-27 Zum bonden von halbleitervorrichtungen geeigneter draht und verfahren zu dessen herstellung
KR1019860002527A KR900005561B1 (ko) 1985-11-08 1986-04-03 반도체 장치용 본딩 와이어 및 그 제조방법
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015000990A (ja) * 2013-06-13 2015-01-05 Jx日鉱日石金属株式会社 導電性及び曲げたわみ係数に優れる銅合金板
US10808591B2 (en) 2017-05-24 2020-10-20 Lg Chem, Ltd. Selective catalytic reduction system

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