JPS62216238A - 耐食性に優れた半導体素子用銅ボンデイング線 - Google Patents

耐食性に優れた半導体素子用銅ボンデイング線

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JPS62216238A
JPS62216238A JP61058848A JP5884886A JPS62216238A JP S62216238 A JPS62216238 A JP S62216238A JP 61058848 A JP61058848 A JP 61058848A JP 5884886 A JP5884886 A JP 5884886A JP S62216238 A JPS62216238 A JP S62216238A
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Eiichi Fujimoto
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Harumichi Okamoto
岡本　晴道
Takashi Ogata
緒方　俊
Norimichi Matsusue
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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、トランジスター、ＩＣ５ＬＳＩ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（９９，９９
ｗｔ％）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、自動ボング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啓を向上させた金
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１５
０〜４００℃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重景％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、ある置板
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、その吸湿性のために銅の表面を酸化変
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＜ｏ、ｏｏｏｓ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重景％以下、硫黄含
有量が０．０００５重景％以下で、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。
■）銅純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄含有量が
０．０００５重景％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０．０
００１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ｏ、ｏｏｏｉ
重量％以下の高純度銅であっても、硫黄含有量がｏ、ｏ
ｏｏｓ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ｏ、ｏｏｏｓ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０．００
０１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０．００
０１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（接続の信頬性）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、真空溶解鋳造を行
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２
５０〜５００℃、線速１０〜１００＋１１／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１
００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
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、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軌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、その接続の信転性も高（、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。
特許出願人　タツタ電線株式会社 日本鉱業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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重量％以下、硫黄含有量が０．０
    ００５重量％以下で、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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