JPS6365034A

JPS6365034A - 銅細線とその製造方法

Info

Publication number: JPS6365034A
Application number: JP61208892A
Authority: JP
Inventors: Toru Tanigawa; 徹谷川; Shoji Shiga; 志賀　章二; Masaaki Kurihara; 正明栗原; Kozo Okuda; 耕三奥田; Ichiro Kaga; 加賀　一郎
Original assignee: FURUKAWA TOKUSHU KINZOKU KOGYO KK; Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: FURUKAWA TOKUSHU KINZOKU KOGYO KK; Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1986-09-05
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1988-03-23

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
に半導体製造に用いられるボンディングワイヤに関する
。

（従来の技術）ＩＣやトランジスタ等の半導体の製造において、Ｓｉチ
ップ上の回路稟子と外部の電原への接続や、外部との情
報のやりとりを行うために、回路素子に接続したバッド
と、半導体のリート間に線径１５〜ｌｏｏｇｍの金やア
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。

（発明か解決しようとする問題点）このうち、アルミニウムやアルミニウム合金は電源との
接合は同種金属で行える利点を有し、安価であるけれど
もボールボンドか困難であり、生産性に劣る超音波を用
いるウェッジボンドか行われているのみならず、さらに
耐食性に劣るために、樹脂封止型の半導体では透湿水に
よるワイヤの腐食か生じるので、一部の気密封止型半導
体に専ら使用されている。

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、樹脂封止型の半導体
を中心に広く利用されている。しかしながら、素材であ
る金か著しく高価であるばかりか、電極バッドのアルミ
ニウムやアルミニウム合金と脆弱なＡ　ｌ　−Ａ　ｕ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゛社会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。特に半導体の高度集積化によって熱発生によ
る温度上昇やチップ面積の増大による透湿水経路の短縮
とともに多ピン化による信頼性の大幅な低下か懸念され
る。

このために金に代替てき、かつ、特性的にも金に劣らな
いワイヤの開発が望まれていた。

このために、銅のワイヤか提案されているけれども、そ
の変形艶か金に劣り、バッド下にクラックを生じたり、
電極のアルミニウムとの接合か不十分であるという問題
点を生じている。特に高集積ＩＣては、電極バッド下に
Ｓ　ｉ　Ｏ２等の脆い絶縁層か存在する例が多く、金に
匹敵するかまたはそれ以上の変形俺な有する銅ワイヤの
開発か期待されていた。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記に鑑みて鋭意検討の結果成されたものであ
り、０．１〜４．５ｐｐｍのＮｂと０．１〜９ｐｐｍの
、Ｍｇ、Ｃａ、ｆｉ土類元素、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｂ、Ａ文、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ
、Ｐ、Ｓｂ及びＢｉから成る群の１種又は２種以上の元
素とから選ばれた少なくとも１種を合計で０．１〜９ｐ
ｐｍ含有し、残部Ｃｕから成ることを特徴とする銅細線
及び真空または非酸化性雰囲気下で鋳造されたＯ、１〜
４．５ｐｐｍのＮｂと０．１〜９ｐｐｍの、Ｍｇ、Ｃａ
、希土類元素、Ｈｆ、■、Ｔａ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃ
ｄ、Ｂ、Ａｉ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｐ、Ｓｂ及び
Ｂｉから成る群の１種又は２種以上の元素とから選ばれ
た少なくとも１種を合計で０．１〜９ｐｐｍ含有し、残
部Ｃｕから成る鋳塊を、伸線加工と焼鈍処理を繰り返し
て所定の線径にするに当り、少なくとも最終加工率を７
０〜９９．９９％とし、焼鈍処理により２〜２０％の伸
びとすることを特徴とする銅細線の製造方法を提供する
ものである。

本発明の銅細線の製造は、非酸化性雰囲気、もしくは真
空中で前記組成の銅合金の鋳塊ビレットをＰＪ造した後
、必要に応じて熱間加工を行い、その後伸線加工と焼鈍
を繰り返して所定線径とした後、最終焼鈍を行って所定
の性ｆ七とする工程により行うことかできる。この際少
なくとも焼鈍前の最終加工率を７０〜９９．９９％、好
ましくは９０〜９９．９５％とし、さらに１５０〜４０
０°Ｃの温度で所定時間焼鈍して伸びを２〜２０％、好
ましくは６〜１６％に３１整すると、より優れた特性と
することができる。また、焼鈍により細線の特性を発現
する代わりに、過剰に焼鈍した後、１〜５％の加工率の
伸線加工を行って同様の特性としてもよい。

半導体素子とインナーリート間のワイヤボンディングは
ポールボンディングされる例が多い。

ポールボンディングにおいて、細線はＨ２炎又は放電に
より先端をメルトしてボールを形成されるがボールが真
珠に近く偏芯していないこと、ボールか電極であるアル
ミニウムバットに容易に接合すること、ワイヤのループ
か適当な高さを保持すること、ステッチ側の接合か十分
であること等か必要とされる。

銅は純度の向上により、変形濠が優れたものとできるけ
れども、常温軟化し易くループのダレを生じたりするこ
と、ロットによる特性のバラツキを生じ易いこと、また
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、ボール浮き現象を生じ易いことなどの欠点を
有していた。

本発明によれば、Ｏ，１〜４．５ｐｐｍのＮｂと０．１
〜９ｐｐｍの、Ｍｇ、Ｃａ、希土類元素、Ｈｆ、Ｖ、Ｔ
ａ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｉ、
Ｇｅ、Ｐｂ、Ｐ、Ｓｂ及びＢｉから成る群から選ばれた
少なくとも１種の元素とを合計で０．１〜９ｐｐｍ添加
することにより上記欠点を解消できるばかりでなく、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ＩＣ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得られる
。

この添加元素の作用は前記濃度範囲で有利に発現できる
。

また以上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９９．９９９
％以上、望ましくは９９．９９９９％以上が良い。

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か実用的に重要で
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や、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
ヤ間でのショートを引起こす原因となる他、ワイヤ変形
偉が小さく、ステッチボンドを行うに高荷重、高超音波
出力を必要とするほど、ボンディング性が低下する。一
方、伸びが著しく大きいと、ループ高さか低くなり、チ
ップとの接触を招く危険かある他、ステッチボンドでの
ワイヤ漬れが大きくなり、ネック部が脆弱となり易い、
また、ボンド後のワイヤテイルか不均一となり、ボール
形成か行えない事態か生じることとなる。

このため、前記の機械的特性か実用上有効である。これ
らの特性を実用的に安定して有利に発現するためには、
製造工程、特に最終伸線工程での加工率が特に重要てあ
り、前記加工範囲か必要とされる。

（実施例）次に本発明を実施例に基づきさらに詳しく説明する。

実施例１真空溶解炉を用いて９９．９９９６％の純銅に添加元素
を加え第１表の実験Ｎｏ、１〜３６に示した合金組成の
鋳塊（２５■■Ｘ１４０ｍｍ）ビレットを鋳造した。こ
のビレットを面出して約２０■ｌ（直径）Ｘ１００ｓ＋
ｍ（長さ）とした後、熱間圧延で直径約１０ｍ脇とし、
その後直径８■まで皮ムキを入れて伸線を行った。

さらに９２％の加工率での伸線と、３５０℃ての真空焼
鈍を綴り返して、直径２５μｍのワイヤとした。最後に
アルゴン雰囲気中２５０〜４００℃の温度とした走間焼
鈍炉で焼鈍を行い、伸び約１５％前後にしたワイヤを製
造した。この実験Ｎｏ、１〜３６て得られたワイヤの機
械的特性を第２表に示した。同表中Ｂｉは破断強度、Ｅ
ｌは伸びである。

ワイヤ中の酸素量はいずれも５ｐｐｍ以下てあった。

／′ これらのワイヤを１０％Ｈ２Ｎ　ｚ雰囲気中で、ボンデ
ィング条件を、荷重３５ｇ、超音波出力０−０２Ｗ、時
間３０　ｍ　ｓ　ｅ　ｃ　、ステージ温度２７５℃とし
てマニュアル型のワイヤボンダーでボールボンドを行い
１次の項目について比較試験した。

ｌ）ボールの形状（真球度、偏芯）２）ボールの歪（ボールアップ直後のボールの径と押潰
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ｌＩＬｍ厚の
Ａ２にボールボンドした時の接合不成功率）４）チップ割れ５）接合ワイヤ破断モード（ボンディング後ワイヤプル
試験を行った時の破断の部位が接合部かワイヤ切れかを
みる。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、５）、６）の項目については基材としてメッキレ
スのＣｕ−０，１５Ｃｒ−０，１Ｓｎ合金条（０，２５
ｍ■厚）を用いた。

この結果を第３表に示した０本発明に対して実験Ｎｏ、
３４（無添加）や実験Ｎｏ、３６．３７　（希薄添加）
は同じレベルのボール変形能を有するけれども常温軟化
し易く、またボール浮き率が大きいこと、ループ形状が
適当でないことが示されている。また過剰添加（２９〜
３３）では、変形能が小さく、ボール浮き率が大であり
、またステッチボンド状も良くない。

実施例２実施例１の実験Ｎｏ、２と同じ合金組成の鋳塊ビレット
を用いてワイヤを製造した。この場合最終伸線加工率を
８０．９９．９５．９９．９７％とするとともに、焼鈍
温度を変えて種々の伸びのものを作った以外は実施例１
と同様にして行った。

これらワイヤについて実施例１の条件でメッキレスのＣ
ｕ−０，１５Ｃｒ−０，１Ｓｎ合金条（０，２５ｍｍ厚
）にボールボンドを行い、そのプル試験を実施して、ワ
イヤ破断モードの割合を求めた。

結果を第１図に示した。

同図の結果より高加工率でも、２〜２０％の範囲内で良
好なボンディング特性の得られることがわかる。

（発明の効果）本発明の銅細線は変形部が優れるばかりでなく、ワイヤ
強度が高く、常温軟化せず、ループのダレを生じない、
またボールの形状か良好でボールボンディングにおいて
電極バッドのアルミニウムとの接合性がよく、ボール浮
き率が大きいという優れた効果を奏する。

さらに本発明の銅細線によれば、チップの機械的損傷を
防止できるため低荷重、低超音波出力条件を要求される
高集積ＩＣのボールボンド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。

本発明によれば安価な銅線を用いて金線を有利に代替で
きる。

本発明は、高純度Ｃｕの特性を追求して得られた成果で
あり、上記の効果のほか長期の信頼性については、前述
の如くＡ見／　Ａ　ｕは開側拡散して脆弱な界面相を形
成し、パープルプラーグ現象を起こし易いが、Ａ！１−
Ｃｕはこれに比して数分の１以下であることが知られて
おり、この意味でも効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｕ−０，１５Ｃｒ−０，ＩＳｎ条にボールボ
ンドしたワイヤの破断モード中、正常なワイヤ切れの割
合を、ワイヤの最終伸線加工率と伸びについて比較した
結果である。特許出願人　古河電気工業株式会社第　　ｌ　　図ワイヤ伸び（チ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）０．１〜４．５ｐｐｍのＮｂと０．１〜９ｐｐｍ
の、Ｍｇ、Ｃａ、希土類元素、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ
、Ｐ、Ｓｂ及びＢｉから成る群の１種又は２種以上の元
素とから選ばれた少なくとも１種を合計で０．１〜９ｐ
ｐｍ含有し、残部Ｃｕから成ることを特徴とする銅細線
。
（２）残部のＣｕが純度９９．９９９重量％以上のＣｕ
である特許請求の範囲第１項記載の銅細線。
（３）真空または非酸化性雰囲気下で鋳造された０．１
〜４．５ｐｐｍのＮｂと０．１〜９ｐｐｍの、Ｍｇ、Ｃ
ａ、希土類元素、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、
Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｐ、Ｓｂ及
びＢｉから成る群の１種又は２種以上の元素とから選ば
れた少なくとも１種を合計で０．１〜９ｐｐｍ含有し、
残部Ｃｕから成る鋳塊を、伸線加工と焼鈍処理を繰り返
して所定の線径にするに当り、少なくとも最終加工率を
７０〜９９．９９％とし、焼鈍処理により２〜２０％の
伸びとすることを特徴とする銅細線の製造方法。
（４）焼鈍処理後に１〜５％の加工を加えて２〜２０％
の伸びとする特許請求の範囲第３項記載の銅細線の製造
方法。