JPS63243243A - 銅細線及びその製造方法 - Google Patents
銅細線及びその製造方法Info
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- JPS63243243A JPS63243243A JP7897787A JP7897787A JPS63243243A JP S63243243 A JPS63243243 A JP S63243243A JP 7897787 A JP7897787 A JP 7897787A JP 7897787 A JP7897787 A JP 7897787A JP S63243243 A JPS63243243 A JP S63243243A
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- Japan
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- wire
- bonding
- copper wire
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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。
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。
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。
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１５〜１００μ肌の金、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。
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１５〜１００μ肌の金、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。
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おるのでこ
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ポ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。
電源もアルミニウム又はアルミニウム合金でおるのでこ
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ポ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−Ａ、ｆ！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
ウ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。
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−Ａ、ｆ！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
ウ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。
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
十分であ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。
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
十分であ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。
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ざく、さらには低荷重、
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
。
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ざく、さらには低荷重、
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０．１〜１１０００ｐｐ
のＢｅ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｓｎを１種以上とＶ
０．１〜９ｐｐｍを合計で０．２〜２０００ｐｐｍ含み
、残部Ｃｕからなることを特徴とするものである。
のＢｅ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｓｎを１種以上とＶ
０．１〜９ｐｐｍを合計で０．２〜２０００ｐｐｍ含み
、残部Ｃｕからなることを特徴とするものである。
また本発明製造方法はそれぞれ０．１〜１１０００ｐｐ
のＢｅ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、 Ａｇ、Ｓｎを１種以上と
Ｖ０．１〜９ｐｐｍを合計で０．２〜２０００ｐｐｍ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２〜２
０％とすることを特徴とするものである。
のＢｅ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、 Ａｇ、Ｓｎを１種以上と
Ｖ０．１〜９ｐｐｍを合計で０．２〜２０００ｐｐｍ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２〜２
０％とすることを特徴とするものである。
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。
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おる
。
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おる
。
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。
、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
．１〜１１０００ｐｐのｌｅｅ、 Ｆｅ、 Ｚｎ。
．１〜１１０００ｐｐのｌｅｅ、 Ｆｅ、 Ｚｎ。
Ｚｒ、Ａｇ、Ｓｎを１種以上とｙ０．ｉ 〜９ｐｐｍを
合計で０．２〜２０００ｐｐｍ添加したものでおる。
合計で０．２〜２０００ｐｐｍ添加したものでおる。
上記本発明銅細線によればチップの機械的損傷を防止す
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のホ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得られる。
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のホ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得られる。
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 ｗｔ％以上が良好である。
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 ｗｔ％以上が良好である。
また鋼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ヤ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ィングを行なう際に高
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。
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ヤ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ィングを行なう際に高
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Ｒ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得ることもよい。
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Ｒ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得ることもよい。
本発明を実施例に基づき詳しく説明する。
実施例工
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、２５８
角Ｘ１４０ｍの鋳塊ビレットを鋳造した。該ビレットを
面前後直径２０＃Ｘ長さ１００ ｔｒｉとした後、熱間
圧延により直径約１０ｍとし、しかる後直径８ｍとなる
まで皮剥きを入れて伸線を行なった。
元素を加えて第１表に示す組成の合金を溶解し、２５８
角Ｘ１４０ｍの鋳塊ビレットを鋳造した。該ビレットを
面前後直径２０＃Ｘ長さ１００ ｔｒｉとした後、熱間
圧延により直径約１０ｍとし、しかる後直径８ｍ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。
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’Ｃ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
としたワイヤを製造した。各合金ワイヤの機械的特性と
して破断強度（Ｂ１と略記）及び伸び（ＥＪ！、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５ ｐｐｍ以下であった。
持した走間焼鈍炉で焼鈍を行ない、伸びを約１５％前後
としたワイヤを製造した。各合金ワイヤの機械的特性と
して破断強度（Ｂ１と略記）及び伸び（ＥＪ！、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５ ｐｐｍ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！３５ｇ、超音波出力０．０２ｗ、時間３０ｍ
５ｅｃ 、ステージ温度２７５℃のボンディング条件で
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。
にて、荷！３５ｇ、超音波出力０．０２ｗ、時間３０ｍ
５ｅｃ 、ステージ温度２７５℃のボンディング条件で
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
０．２５ｍ＋厚さでメッキレスのＣＬＪ−０，１５％Ｃ
ｒ−０，１％ｓｎ合金条を用いた。
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
０．２５ｍ＋厚さでメッキレスのＣＬＪ−０，１５％Ｃ
ｒ−０，１％ｓｎ合金条を用いた。
第１表及び第２表かられかるように本発明による細線（
Ｎα１〜Ｎα６）はすべてのボンディング特性が良好で
あり、金のみからなる従来付細線（Ｎα１３）と比べて
も同等あるいはそれ以上の特性を有しているのがわかる
。これに対してＶ含有量が０．ｔｐｐｍ未満の比較付細
線（Ｎα７）、Ｆｅ含有量が０．ｌｐｐｍ未満の比較付
細線（Ｎα８）及び純銅細線（Ｎα１２）は本発明材細
線と同じレベルのボール変形能を有するけれども常温軟
化し易いためループ形状が適当でなく、ボール浮き率が
大きい。またＶ含、有量が９ ｐｐｍを越える比較付細
線（ＮＱ９）、Ｚｒ含有量が１０００ｐｐｍを越える比
較材ＩＯ線（Ｎα１０）及び添加元素合計の含有量が２
０００ｐｐｍを越える比較付細線（Ｎα１１）は変形能
が小さく、チップ割れを生じ、ループ形状が不適当でボ
ール浮き率は大きく、さらに接合強度が小さい。
Ｎα１〜Ｎα６）はすべてのボンディング特性が良好で
あり、金のみからなる従来付細線（Ｎα１３）と比べて
も同等あるいはそれ以上の特性を有しているのがわかる
。これに対してＶ含有量が０．ｔｐｐｍ未満の比較付細
線（Ｎα７）、Ｆｅ含有量が０．ｌｐｐｍ未満の比較付
細線（Ｎα８）及び純銅細線（Ｎα１２）は本発明材細
線と同じレベルのボール変形能を有するけれども常温軟
化し易いためループ形状が適当でなく、ボール浮き率が
大きい。またＶ含、有量が９ ｐｐｍを越える比較付細
線（ＮＱ９）、Ｚｒ含有量が１０００ｐｐｍを越える比
較材ＩＯ線（Ｎα１０）及び添加元素合計の含有量が２
０００ｐｐｍを越える比較付細線（Ｎα１１）は変形能
が小さく、チップ割れを生じ、ループ形状が不適当でボ
ール浮き率は大きく、さらに接合強度が小さい。
実施例■
実施例工の合金Ｎα２と同一の合金組成の鋳塊ビレット
を用いて実施例工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１９、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。
を用いて実施例工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１９、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
Ｃｕ−０，１５％Ｑｒ０．１％３ｎ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。
Ｃｕ−０，１５％Ｑｒ０．１％３ｎ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
であっても線材の伸びが２〜２０％の範囲で良好な接合
強度、即らボンディング特性が得られることがわかる。
であっても線材の伸びが２〜２０％の範囲で良好な接合
強度、即らボンディング特性が得られることがわかる。
このように本発明によれば、安価な材料から成るボンデ
ィングワイヤ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。
ィングワイヤ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。
第１図はＣＬＩ−０，１５％Ｑｒ−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を示す。 第１図
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を示す。 第１図
Claims (5)
- （１）それぞれ０．１〜１０００ｐｐｍのＢｅ、Ｆｅ、
Ｚｎ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｓｎを１種以上とＶ０．１〜９ｐｐ
ｍを合計で０．２〜２０００ｐｐｍ含み、残部Ｃｕから
なることを特徴とする銅細線。 - （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）それぞれ０．１〜１０００ｐｐｍのＢｅ、Ｆｅ、
Ｚｎ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｓｎを１種以上とＶ０．１〜９ｐｐ
ｍを合計で０．２〜２０００ｐｐｍ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）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）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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7897787A JPS63243243A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 銅細線及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7897787A JPS63243243A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 銅細線及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63243243A true JPS63243243A (ja) | 1988-10-11 |
Family
ID=13676954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7897787A Pending JPS63243243A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 銅細線及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63243243A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102451893A (zh) * | 2010-10-26 | 2012-05-16 | 苏州金江铜业有限公司 | 合金线材的制造方法 |
-
1987
- 1987-03-31 JP JP7897787A patent/JPS63243243A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102451893A (zh) * | 2010-10-26 | 2012-05-16 | 苏州金江铜业有限公司 | 合金线材的制造方法 |
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