JPS63235442A - 銅細線及びその製造方法 - Google Patents

銅細線及びその製造方法

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JPS63235442A
JPS63235442A JP62069591A JP6959187A JPS63235442A JP S63235442 A JPS63235442 A JP S63235442A JP 62069591 A JP62069591 A JP 62069591A JP 6959187 A JP6959187 A JP 6959187A JP S63235442 A JPS63235442 A JP S63235442A
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徹 谷川
Masaaki Kurihara
正明 栗原
Shoji Shiga
志賀　章二
Ichiro Kaga
加賀　一郎
Toshiaki Inaba
稲葉　年昭
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FURUKAWA TOKUSHU KINZOKU KOGYO KK
Furukawa Electric Co Ltd
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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〕 本発明は電子機器用途に用いられる銅細線に関し、特に
半導体製造に使用するボンディングワイヤーを安価に提
供するものである。
〔従来の技術〕
ＩＣやトランジスタ等の半導体の製造には３ｉチツプ上
に組まれた回路素子と外部の電源との接続や外部との情
報の交換を行なうために回路素子に接続したパッドと半
導体のリード間に線径１５〜１００μｍの金、アルミニ
ウムあるいはアルミニウム合金等の細線が用いられてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記細線のうちアルミニウムやアルミニウム合金は外部
電源もアルミニウム又はアルミニウム合金であるのでこ
れらの接続は同種金属同士で行なえるという利点を有し
、かつ安価ではあるがボールボンドが困難であるため、
生産性に劣る超音波を用いるウェッジボンドが行なわれ
ており、□さらに耐食性に劣るため樹脂封止型半導体で
は透湿水によりワイヤの腐食が生じるので専ら一部の気
密封止型半導体に使用されているだけである。
一方金は耐食性に優れ、生産性の高いボールボンディン
グを利用できる等の利点を有しており、樹脂封止型の半
導体を中心に広く利用されている。しかし、素材である
金が著しく高価であり、また電極パッドのアルミニウム
やアルミニウム合金と脆弱なＡｕ−Ａ１の金属間化合物
を形成したり、あるいは透湿水の存在下でアルミニ１ク
ムと電食対を形成してアルミニウムを腐食せしめる等に
より、電気回路の断線を生じることが知られている。特
に半導体の高密度集積化によって発生する熱による温度
上昇やチップ面積の増大により透湿水経路の短縮ととも
に多ピン化のための信頼性の大幅な低下が懸念されてい
る。
このため最近鋼のワイヤが種々提案されているが、銅の
ワイヤはその変形能が金に対して劣り、パッド下にクラ
ックを生じたり、外部電極のアルミニウムとの接合が不
十分でおるという問題点を生じている。特に高集積ＩＣ
では電極パッド下に５ｉＯｚ等の脆い絶縁層が存在する
例が多く、問題となっていた。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、長期信頼性の面で
は脆弱な界面相の形成がＡｕの数分の１以下であり、ポ
ールボンディングにおいては電極パッドのＡ１との接合
性が良いのでボール浮き率が小さく、ざらには低荷重、
低超音波出力を要求される高集積ＩＣにおいても良好な
ボンディング特性が得られる銅細線及びその製造方法を
開発したものである。これにより、ＡＵに比べはるかに
安価で変形能に優れ、ワイヤ強度が高く、常温軟化によ
るループのダレを生じないワイヤの供給が可能となった
。
即ち、本発明銅細線はそれぞれ０．１〜９　ＤＤｍのＦ
ｅ、Ａ９．Ｓｎを１種以上とＺｒ０．１〜２．５ｐｐｍ
を合計で０．２〜９．５ｐｐｍ含み、残部ＣＵからなる
ことを特徴とするものである。
また本発明銅細線はそれぞれ０．１〜９　ｔ）ＤＩのＦ
ｅ、Ａｇ、Ｓｎを１種以上とＺ　ｒ０．１〜２．５ｐｐ
ｍを合計で０．２〜９．５ｐｐｍ含み、残部Ｃｕからな
る合金を真空又は非酸化性雰囲気下で鋳造し、得られた
鋳塊を伸線加工と焼鈍処理を繰り返す銅細線の製造にお
いて、少なくとも最終加工率を７０〜９９．９９％とし
、かつ最終焼鈍により伸びを２〜２０％とすることを特
徴とするものである。
〔作　用〕
一般に半導体素子とインナーリード間を結ぶにはポール
ボンディングされる例が多い。これはボンディングワイ
ヤの先端を水素炎又は放電により溶融してワイヤ金属を
ボール状に形成したワイヤを適当なループ状に曲げて外
部電極とステッチ側に接合するものである。
このような加工を受けるボンディングワイヤに要求され
る特性は、溶融したボールが真球に近く偏芯していない
こと、ボールが電極であるアルミニウムパッドに容易に
接合すること、ワイヤのループが適当な高さを保つこと
及びステッチ側との接合が十分であることが必要である
。
上記ワイヤ材質として銅は純度の向上により電気伝導性
、変形能が優れたものとはなるが、常温軟化し易くルー
プ状に曲げて接合した時にループのダレを生じ易いこと
、製造ロットによる特性のバラツキが生じ易いこと、さ
らにボールボンディング時に電極パッドのアルミニウム
と接合しない、いわゆるボール浮き現象を生じ易いこと
などの欠点を有している。
本発明はこれらの欠点を解消するためＣｕにそれぞれ０
．１〜９ｔ）ｔ）ｍのＦｅ、Ａｇ、Ｓｎを１種以上とＺ
　ｒ０．１〜２．５ｐｐｍを合計で０．２〜９．５ｐｐ
ｍ添加したものである。
上記本発明銅細線によればチップの機械的損傷を防出す
るため低荷重、低超音波出力条件を要求される高集積Ｉ
Ｃのボールボンディングにおいても金に匹敵する以上の
ボンディング特性が１ｑられる。
しかして合金組成を上記の範囲に限定したのは、組成範
囲の下限未満のものは添加の効果がなく、上限を超える
ものはボール変形能が劣るからである。なおこの作用は
高純度の銅でより有効に発現できるので、その不純物は
少ないほど良く、銅純度は９９．９９９ｗｔ％以上、望
ましくは９９．９９９９　ｖｔ％以上が良好である。
また銅細線については以上のボール及びステッチ側ボン
ディング性と共にループ形状やワイヤ強度が実用上重要
である。これらの特性にはワイＡ７の機械的特性が関与
するけれども半導体の種類、ボンディング方式及び装置
条件によって要求される特性は異なる。しかしながら伸
びが著しく小さいとループ高さが大きくなりワイヤ間で
ショートを引き起こす原因となるばかりでなく、ワイヤ
変形能が小さくなりステッチボンデインクを行なう際に
高荷重、高超音波出力を必要とするなどボンディング性
低下の原因となる。一方伸びが著しく大きいとループ高
さが低くなりチップとの接触を招く危険があるばかりで
なく、ステッチボンディングでのワイヤの潰れが大きく
なりネック部が脆弱となり易く、ざらにボンディング後
のワイヤ変形能が不均一となりボール形成が行なえない
事態となってしまう。従って上記ワイヤ強度等を実用的
に安定して有利に発現する必要があり、このためには製
造工程、特に最終伸線工程での加工率が重要である。
しかして本発明銅細線の製造方法は、真空又は非酸化性
雰囲気下で前記組成の合金鋳塊ビレットを鋳造した後、
必要に応じて熱間加工を行ない、その後伸線加工と焼鈍
とを繰返して少なくとも最終焼鈍前の最終加工率を７０
〜９９．９９％、より好ましくは９０〜９９．９５％と
した後、１５０〜４００℃の温度で所定時間最終焼鈍を
施して伸びを２〜２０％、より好ましくは６〜１６％に
調整することにより優れた特性とするものである。なお
最終焼鈍により銅細線の特性を発現する代わりに最終焼
鈍を過剰に行なった後、１〜５％の加工率で伸線加工を
行なって同様の伸びを１ｑることもよい。
〔実施例〕
本発明を実施例に基づき詳しく説明する。
実施例■ 真空溶解炉を用いて純度９９．９９９６％の純銅に添加
元素を加えて第１表に示す組成の合金を溶解し、２５＃
角ｘ１４０ｍの鋳塊ビレットを鋳造した。該ビレットを
細則後直径２ＯＮｒＩ×長さ１００！ｒＩ！ｒ１とした
後、熱間圧延により直径約１０ｍとし、しかる後直径８
ｒＭＩとなるまで皮剥きを入れて伸線を行なった。
ざらに９２％の加工率で伸線加工と３５０℃で真空焼鈍
を繰り返して直径２５μｍのワイヤを得た。
最後にアルゴン雰囲気中２５０〜４００℃の温度に保持
した走間焼鈍炉で焼鈍を行ない、伸びを約１５％前後と
したワイヤを１した。各合金ワイヤの機械的特性として
破断強度（Ｂｉと略記）及び伸び（Ｅｌと略記）の測定
値を第１表に併記した。なおワイヤ中の酸素量はいずれ
の合金においても５１）ｐｍ以下であった。
このように作製したワイヤを１０％Ｈ２−Ｎ２雰囲気中
にて、荷重３５ｇ、超音波出力０．０２ｗ、時間３０ｍ
５ｅｃ　、ステージ温度２７５°Ｃのポンディング条件
でマニュアル型のワイヤボンダーにてボールボンドを行
ない次の項目について比較試験を行ない、その結果を第
２表に示した。
（１）ボールの形状（真球度、偏芯度）（２）ボールの
歪（ボールアップ直後のボールの径と押し潰した後のボ
ール径との比較）（３）ボール浮き（Ｓｉウェハ上に蒸
着した１μｍ厚のＡ１にボールボンドした時の接合不成
功率） （４）チップ割れ （５）接合ワイヤ破断率（ボンディング後ワイヤプル試
験を行なった時の破断の部位が接合部かワイヤ切れかを
表わし、ワイヤ切れの割合で示す） （６）ループ形状（ボンディング後のループの形状） なお上記（５）及び（６）の項目については基材として
０．２５＃１ｌ１１厚さでメッキレスのＣｕ−０，１５
％Ｃｒ−０，１％Ｓｎ合金条を用いた。
第１表及び第２表から明らかなように本発明による細線
（Ｎα１〜Ｎα７）はすべてのボンディング特性におい
て良好であり、特にＡ１との接合性を表わすボール浮き
率は従来の金のみからなる細線（Ｎα１４）より優れて
いることが判る。
またＺｒ含有最が０．ｌｐｐｍ未満の比較材（順８）、
Ｓｎ含有量が０．ｉｐｐｍ未満の比較材（ＮＱ９）及び
純銅細線（Ｎα１３）は本発明材と同じレベルのボール
変形能を持ち、チップ割れもないが、ホール形状が劣り
、ボール浮き率が大きく、常温軟化するためループのダ
レが大きくなってしまう。
一方Ｚｒ含有量が２．５ｐｐＨｌを越える比較材（ＮＱ
１０）、Ａｇ含有量が９　ｐｐｍを越える比較材（Ｎα
１１）及び添加元素の合計が９．５ｐｐｍを越える比較
ｖＪ’　（Ｎ０．　１２　）はそれぞれ変形能が小さく
、チップ割れを起こし、ループ形状は不適当であり、ざ
らにＡ１との接合性及び接合強度が劣っていることが判
る。
実施例■ 実施例■の合金Ｎα２と同一の合金組成の鋳跣ビレット
を用いて実施例■と同一の工程で最終伸線加工率を８０
．９９．９５　、９９．９９％としたワイヤを得、最終
焼鈍温度を変化させて種々の伸びのものを製造した。こ
れらのワイヤについて０．２５ｍ厚さでメッキレスのＣ
ｕ−０，１５％Ｃｒ０．１％ｓｎ合金条を基材にボール
ボンディング後、ワイヤプル試験を実施して接合ワイヤ
破断率を求め、その結果を第１図に示した。
第１図から明らかなように線材の伸線加工率が高加工率
であっても線材の機械的特性としての伸びが２〜２０％
であれば接合強度は大きく、良好なボンディング特性を
有することが判る。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば、安価な材料から成るボンデ
ィング特性Ａ７で良好なボンディング特性と高い信頼性
が得られる等工業上顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図はＣｕ−０，１５％０ｒ−０，１％３ｎ合金条に
ボールボンドしたワイヤの破断率をワイヤの最終伸線加
工率と伸びに対して測定した実測図である。 第１図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）それぞれ０．１〜９ｐｐｍのＦｅ、Ａｇ、Ｓｎを
    １種以上とＺｒ０．１〜２．５ｐｐｍを合計で０．２〜
    ９．５ｐｐｍ含み、残部Ｃｕからなることを特徴とする
    銅細線。
  2. （２）残部のＣｕが純度９９．９９９ｗｔ％以上である
    特許請求の範囲第１項記載の銅細線。
  3. （３）それぞれ０．１〜９ｐｐｍのＦｅ、Ａｇ、Ｓｎを
    １種以上とＺｒ０．１〜２．５ｐｐｍを合計で０．２〜
    ９．５ｐｐｍ含み、残部Ｃｕからなる合金を真空又は非
    酸化性雰囲気下で鋳造し、得られた鋳塊を伸線加工と焼
    鈍処理を繰り返す銅細線の製造において、少なくとも最
    終加工率を７０〜９９．９９％とし、かつ最終焼鈍によ
    り伸びを２〜２０％とすることを特徴とする銅細線の製
    造方法。
  4. （４）残部のＣｕの純度が９９．９９９ｗｔ％以上であ
    る特許請求の範囲第３項記載の銅細線の製造方法。
  5. （５）最終焼鈍後に加工率１〜５％の加工を施すことに
    より伸びを２〜２０％とする特許請求の範囲第３項又は
    第４項記載の銅細線の製造方法。
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