KR102167481B1 - 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어 - Google Patents

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데츠야 오야마다
도모히로 우노
다카시 야마다
다이조 오다
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닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤
닛데쓰마이크로메탈가부시키가이샤
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Abstract

고밀도 LSI 용도에 있어서의 요구를 만족시킬 수 있는 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어를 제공한다. 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어는, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율이, 평균 면적률로 25％ 이상 70％ 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어
본 발명은, 반도체 소자 상의 전극과 외부 리드 등의 회로 배선 기판을 접속하기 위해 이용되는 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어에 관한 것이다.
현재, 반도체 소자 상의 전극과 외부 리드 사이를 접합하는 반도체 장치용 본딩 와이어(이하, 본딩 와이어)로서, 선 직경 15 내지 50㎛ 정도의 세선이 주로 사용되고 있다. 본딩 와이어의 접합 방법은, 초음파 병용 열 압착 방식이 일반적이고, 범용 본딩 장치, 본딩 와이어를 그 내부에 통하게 하여 접속에 사용하는 모세관 지그 등이 사용된다. 본딩 와이어의 접합 프로세스는, 와이어 선단을 아크 입열로 가열 용융하고, 표면 장력에 의해 볼(FAB: Free Air Ball)을 형성한 후에, 150 내지 300℃의 범위 내에서 가열한 반도체 소자의 전극 상에 이 볼부를 압착 접합(이하, 볼 접합)하고, 이어서 루프를 형성한 후, 외부 리드측의 전극에 와이어부를 압착 접합(이하, 웨지 접합)함으로써 완료한다.
본딩 와이어의 재료는, 지금까지 금(Au)이 주류였지만, 최근에는 구리(Cu)가 사용되기 시작하고 있다. Cu를 사용한 본딩 와이어는, 전기 전도율이 높고, 저렴한 점에서, 다양한 반도체 패키지에 채용되고 있다. Cu를 사용한 본딩 와이어는, Cu의 표면에 Pd이나 Au 등의 피복층을 갖는 것(이하, 복층 Cu 와이어)과 피복층을 갖지 않는 것(이하, 단상 Cu 와이어)으로 크게 구별된다. 복층 Cu 와이어는, 단상 Cu 와이어의 과제였던 와이어 표면의 구리의 산화의 억제 등에 의해, 사용 성능면에 있어서 우수한 점이 많다. 따라서, 복층 Cu 와이어는, 특히 선 직경이 가늘고, 엄격한 성능이 요구되는 고밀도 LSI 용도로 많이 채용되고 있다. 한편, 단상 Cu 와이어는, 복층 Cu 와이어에 비해 저렴한 점에서, 그 비용 장점을 살려, 주로 선 직경이 굵고, 비교적 요구 성능이 낮은 파워 디바이스 용도를 중심으로 채용되고 있다.
근년, 본딩 와이어의 저비용화에 대한 요구가 높아지고 있고, 최첨단의 고밀도 LSI에 있어서도, 단상 Cu 와이어의 사용이 검토되고 있다. 최첨단의 고밀도 LSI는, 본딩 와이어의 실장 수가 많아, 저렴한 단상 Cu 와이어로 치환함으로써 저비용화의 장점을 향수할 수 있기 때문이다. 접합 장치의 고정밀도화나 고기능화에 의해, 고밀도 LSI의 요구 성능인 볼 형성성이나 루프의 직진성 등의 성능 개선이 진행되고 있고, 단상 Cu 와이어의 적용 가능성은 넓어져 가고 있다. 그러나, 고밀도 LSI에 단상 Cu 와이어를 적용하기 위해서는, 여전히 극복해야 할 과제, 특히 웨지 접합 공정에 있어서의 과제가 존재한다.
특허문헌 1에는, 고순도 구리(Cu)에 백금(Pt)을 0.1 내지 2.0질량％, 비금속 원소로서 황(S)을 1 내지 10질량ppm, 산소(O)를 10 내지 150질량ppm, 인(P)을 1 내지 5질량ppm 함유하는 용융 구리 백금 합금으로부터 연속 주조에 의해 소선을 형성하는 과정에서, 편석에 의해 백금을 포함하지 않는 구리의 극박층이 형성되고, 대기 분위기 중에서 산화되어 신선 가공 후의 와이어 표층에 6 내지 2㎚의 산화막을 형성하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, Cl의 함유량이 2질량ppm 이하인, 2질량％ 이상 7.5질량％ 이하의 Au를 포함하고, 잔부가 Cu와 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구리 본딩 와이어가 개시되어 있다. 이에 의해, 구리 와이어 표면도 산화되기 어렵고 매우 양호한 웨지 접합성이 얻어지는 것이 개시되어 있다. 이와 같이, 첨가 원소의 종류나 농도의 적정화, 혹은 산화막 두께의 제어에 의해, 단상 Cu 와이어의 웨지 접합부의 접합 강도를 개선하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2014-70252호 공보 일본 특허 공개 제2011-3745호 공보
도 1A에 도시한 바와 같이, 전극(102)에 와이어부(100)를 웨지 접합함으로써 형성된 웨지 접합부(104)는, 통상, 부채상의 변형부(105)를 갖는다. 이에 비해, 도 1B에 도시하는 웨지 접합부(106)와 같이, 필링을 갖는 변형부(107)가 발생하는 경우가 있다. 필링은, 웨지 접합 공정에 있어서, 초음파와 하중을 인가하여 본딩 와이어를 부채상으로 변형시켜 전극에 접합한 영역의 일부가, 본딩 와이어를 인상할 때에 박리되는 불량이다. 필링은, Au 와이어나 복층 Cu 와이어에서도 그 발생이 확인되고 있었지만, 초음파나 하중 등의 접합 조건의 적정화에 의해, 그 발생 빈도를 실용상 문제가 없는 수준까지 저감 가능했다.
한편, 단상 Cu 와이어의 경우에는, 상기 특허문헌 1, 2에 개시된 기술을 사용해도, 접합 조건의 적정화만으로는 필링의 발생률을 저감하는 것이 곤란했다.
발명자들은, 고밀도 LSI 용도를 상정한 평가에 있어서, 일반적인 단상 Cu 와이어를 사용한 경우의 필링 발생률을 조사했다. 그 결과, 필링 발생률이 높아, 실용에 적합하지 않은 것이 판명되었다. 필링 발생률은, 와이어의 선 직경이 가늘어질수록 증가하고, 고밀도 LSI에 사용되는 본딩 와이어의 주류인 20㎛ 이하의 선 직경에서, 필링의 발생률이 현저하게 높아지는 것을 알 수 있었다. 필링 발생률은, 접합 상대의 외부 전극의 재료나 구조에도 강하게 의존하는 것이 판명되었다. 고밀도 LSI 용도로 사용되는 금속 리드 프레임의 외부 리드측의 전극으로서, 종래의 Ag 도금을 실시한 전극(Ag 전극)에 더하여, Pd 도금을 실시한 전극(Pd-PPF: Pd-Pre Plated Frame)의 사용량이 증가하고 있다. Pd-PPF는, 리드 프레임 전체면에, 리드 프레임측으로부터 Ni, Pd, Au의 순으로 적층한 구조가 일반적이다. 단상 Cu 와이어를 사용하여, Pd-PPF에 접합을 행하면, Ag 전극에 접합을 행하는 경우에 비해, 필링 발생률이 현저하게 증가하는 것을 알 수 있었다.
당초, 발명자들은, 단상 Cu 와이어의 필링 발생률이 높은 이유가, 웨지 접합부의 접합 강도가 낮기 때문이라고 추정하고 있었다. 그래서, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시되어 있는 웨지 접합부의 접합 강도를 개선하는 기술을 이용함으로써, 필링 발생률의 저감을 시도했다. Pd-PPF에, 웨지 접합을 행한 때의 필링 발생률을 조사한 결과, 웨지 접합부의 접합 강도가 개선되어도, 필링 발생률을 저감시킬 수 없는 것을 알 수 있었다. 즉, 웨지 접합부의 접합 강도와 필링 발생률 사이에, 명확한 상관을 발견할 수는 없었다. 이상으로부터, 최첨단의 고밀도 LSI 용도에 단상 Cu 와이어를 적용하기 위해서는, 필링 발생률을 저감시키는 새로운 기술이 필요하고, 특히 Pd-PPF에 대하여 웨지 접합을 행한 때의 필링 발생률을 저감할 필요가 있는 것을 알 수 있었다.
최첨단의 고밀도 LSI 용도에서는, 본딩 와이어를 접합할 때의 온도의 저온화(이하, 저온 접합)에 대한 요구도 높아지고 있다. BGA(Ball Grid Array) 등의 실장 구조에서는 프린트 기판이 사용된다. 프린트 기판에서는, 내열성이 낮은 수지가 사용되는 경우가 많고, 금속 리드 프레임에 비해, 접합 온도의 저온화가 요구된다. 프린트 기판으로의 접합을 상정한 경우, 접합 시의 온도를 160℃ 이하로 저온화하는 것이 바람직하다. 이와 같은 저온 접합을 행하는 경우의 과제는, 웨지 접합 공정에 있어서, 본딩 와이어가 전극으로부터 완전히 박리되는 접합 불량(이하, 불착)의 발생률의 증가이다.
반도체 디바이스의 장수명화에 수반하여, 볼 접합부에 있어서의 장기 사용 수명의 개선도 요구되고 있다. 볼 접합부 수명을 평가하는 방법으로서, 일반적으로 고온 방치 시험, 고온 고습 시험, 열 사이클 시험 등이 행해진다. 최첨단의 반도체 디바이스에서는, 고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명의 개선이 요구되고 있고, 200℃에서 500시간 이상의 동작 성능을 만족시킬 필요가 있다. 단상 Cu 와이어를 사용한 경우, 고온 방치 시험 중에, 비교적 단시간에 볼 접합부 근방에 있어서 박리가 발생하는 과제가 있었다. 단상 Cu 와이어를 사용하여, 순Al 전극과 볼 접합을 행하여, 시판되는 밀봉 수지로 몰드하고, 200℃에서 고온 방치 시험을 실시한 결과, 300시간에서 볼 접합부의 접합 강도가 저하되었다. 접합 강도의 저하가 보여진 볼 접합부의 단면을 연마하여, 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 사용하여 접합 계면의 관찰을 행한 결과, 볼 접합부의 접합 계면에, Al과 Cu를 주체로 하는 복수의 금속간 화합물이 형성되어 있고, 그 복수의 금속간 화합물의 근방에서 박리가 발생하고 있었다.
최첨단의 고밀도 LSI에서는, 반도체 소자 상의 전극의 소형화, 협피치화가 진행되고 있고, 본딩 와이어에는, 볼 접합 시의 볼 변형 거동을 제어하는 기술이 요구되고 있다. 볼 변형에서 과제로 되는 것이, 볼 접합 시에 볼이 꽃잎상으로 변형되는 불량(이하, 이형 불량)의 발생이다. 이러한 이형 불량은, 볼 접합 공정에 있어서의 초음파의 전달 부족에 의한 접합 강도 저하, 인접하는 볼끼리의 접촉에 수반하는 단락 등의 불량의 발생 원인으로 된다. 따라서, 볼 압착 형상은, 볼을 전극의 바로 위에서 관찰한 때에, 진원에 가까운 형상인 것이 바람직하다.
본 발명은, 고밀도 LSI 용도에 있어서의 요구를 만족시킬 수 있는 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어는, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율이, 평균 면적률로 25％ 이상 70％ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 필링의 발생률을 저감할 수 있으므로, 고밀도 LSI 용도에 있어서의 요구를 만족시킬 수 있다.
도 1은 웨지 접합부의 외관을 도시하는 모식도이고, 도 1A는 양호한 상태, 도 1B는 필링이 발생한 상태를 도시하는 도면이다.
도 2는 측정 영역의 설명에 제공하는 사시도이다.
본 실시 형태의 본딩 와이어는, 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어이며, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율이, 평균 면적률로 25％ 이상 70％ 이하인 것을 특징으로 한다.
(와이어 표면의 결정 방위의 결정 방법)
본 명세서에 있어서의 본딩 와이어 표면의 결정 방위의 측정 방법에 대하여 설명한다. 본 명세서에 있어서, 와이어 표면의 결정 방위란, 와이어 표면에 존재하는 Cu 및 Cu를 주체로 하는 합금 부분의 결정 방위라고 정의한다. 와이어 표면의 결정 방위의 측정에는, SEM에 비치한, 후방 산란 전자선 회절(EBSD: Electron Backscattered Diffraction)법을 이용할 수 있다. EBSD법은, 시료에 전자선을 조사한 때에 발생하는 반사 전자의 회절 패턴을 검출기면 상에 투영하고, 그 회절 패턴을 해석함으로써, 각 측정점의 결정 방위를 결정하는 방법이다. EBSD법에 의해 얻어진 데이터의 해석에는 전용 소프트웨어(TSL 솔루션즈제 OIM analysis 등)가 적합하다. 본 실시 형태에서는, 본딩 와이어를 시료대에 고정하고, 일방향으로부터 와이어 표면에 전자선을 조사시켜, 결정 방위의 데이터를 취득한다. 이 방법을 사용함으로써, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대한 결정 방위와, 와이어 중심축 방향에 대한 결정 방위를 결정할 수 있다. 상기 방법에 의해 결정한 결정 방위 데이터를 사용하여, 특정한 결정 방위의 존재 비율을 산출할 수 있다.
예로서, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 <110> 결정 방위의 존재 비율을 산출하는 방법에 대하여 설명한다. <110> 결정 방위의 존재 비율은, EBSD에 의한 측정 영역의 면적에 대하여, 상기 방법에 의해 결정한 <110> 결정 방위가 차지하는 면적의 비율로 한다.
본 명세서에 있어서, <110> 결정 방위란, 도 2에 도시한 바와 같이, 와이어 표면의 <110> 결정 방위 중 와이어 중심축 X를 포함하는 하나의 평면 P에 수직인 방향 Y에 대하여 각도차가 15도 이하인 것이라고 정의한다. 이것은, 상기 방위 차가 15도 이하이면, 본딩 와이어의 특성 개선에 유리한 효과가 얻어지기 때문이다. 본딩 와이어의 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축 X방향에 대하여 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율에 대해서도, 동일한 방법을 사용하여 산출할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 특정한 결정 방위의 존재 비율의 값에는 평균 면적률을 사용한다. 평균 면적률은, EBSD에 의해 적어도 10개소 이상을 측정하여 얻어진 존재 비율의 각 값의 산술 평균으로 한다. 측정 개소의 선택에 있어서는, 측정 데이터의 객관성을 확보하는 것이 바람직하다. 그 방법으로서, 측정 대상의 본딩 와이어로부터, 측정용 시료를 본딩 와이어의 와이어 중심축 X방향에 대하여 3 내지 5m 간격으로 취득하여, 측정에 제공하는 것이 바람직하다. 측정 영역 A는, SEM의 화상 상에 있어서, 원주 방향의 길이 W가 와이어의 직경의 25％ 이하, 와이어 중심축 X방향의 길이 L이 40㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
상기한 방법에 의해 EBSD 측정한 결정 방위 및 그 상기 면적률에 대하여, 본 발명의 작용 효과인 필링의 발생률의 저감 효과와 상관이 강한 것을 확인했다. 와이어 표면은 곡면이고, 와이어의 정점(시료대에 고정한 와이어의 원주 방향에 대하여 가장 높은 위치)으로부터 원주 방향을 향함에 따라, 와이어 표면에 수직인 방위로부터의 어긋남이 발생하지만, 상기 방법에 의한 측정 데이터가, 필링의 발생률의 저감 효과를 나타내는 실태와 정합한다고 할 수 있다. 이것은, 측정 영역 A의 길이 W가 와이어의 직경의 적어도 25％ 이하이면, 곡면을 갖는 와이어 표면의 EBSD의 측정 영역 내에 있어서, 원주 방향에 대한 와이어 표면에 수직인 방위의 어긋남을 허용할 수 있어, 필링 발생률의 저감 효과가 얻어지기 때문이다. 와이어 중심축 X방향에 대하여 측정 영역 A에 하한을 마련하는 이유는, 길이 L이 40㎛ 이상이라면 측정 데이터가 시료의 특성을 충분히 반영하고 있다고 판단했기 때문이다. 와이어 중심축 X방향에 대하여 측정 영역 A에 상한을 마련하는 이유는, 길이 L이 100㎛ 이하라면 해석을 효율적으로 행할 수 있기 때문이다.
본딩 와이어의 표면에는 구리 산화막이나 불순물이 존재하는 경우가 있다. 불순물로서는, 유기물, 황, 질소나 그 화합물 등을 들 수 있다. 이것들이 존재하는 경우도, 그 두께가 얇은 경우나 존재량이 적은 경우에는, EBSD법의 측정 조건을 적정화함으로써, 본딩 와이어 표면의 결정 방위가 측정 가능하다. 본딩 와이어 표면의 구리 산화막이 두꺼운 경우나 불순물의 부착량이 많은 경우에는, Cu 및 Cu 합금 부분의 결정 방위를 측정할 수 없는 경우가 있다. 이 경우에는, EBSD 측정을 행하기 전에, 알칼리 탈지나 산세, 이온 스퍼터 등에 의해, 본딩 와이어의 표면을 처리하는 것이 유효하다.
(필링 발생률의 저감 효과)
발명자들은, 필링의 발생률의 지배 인자를 조사한 결과, 와이어 표면의 결정 방위와 상관이 인정되는 것을 알아냈다. 즉, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율과 필링의 발생률 사이에 상관이 있고, <110> 결정 방위의 존재 비율을 적정한 범위로 제어함으로써, 필링의 발생률이 저감되는 효과가 얻어진다. 필링의 발생률이 저감됨으로써, 그 후에 형성되는 볼의 볼 형상의 변동이 억제된다.
반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어이며, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율을 평균 면적률로 25％ 이상 70％ 이하, 바람직하게는 30％ 이상 70％ 이하로 함으로써, 필링의 발생률이 저감된다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 본딩 와이어를 사용하여, Pd-PPF에 대하여 100개의 웨지 접합을 행하고, 웨지 접합부를 광학 현미경에 의해 관찰한 결과, 필링의 발생률이 저감되어 있는 것을 확인했다. SEM에 의해 웨지 접합부를 상세하게 관찰한 결과, 부채상으로 변형된 부분의 밀착성이 향상되어 있었다. 특히, 부채상으로 변형된 부분 중, 필링의 기점이 되는 와이어가 얇게 변형된 부분의 밀착성이 향상되어 있어, Pd-PPF와 양호한 접합 상태가 얻어지고 있었다. 이러한 본딩 와이어가 얇게 변형된 부분의 밀착성은, 와이어 표면의 특성의 기여가 커진다. 본 실시 형태의 본딩 와이어가 필링 발생률의 저감 효과를 발현한 이유로서, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율을 높임으로써, 와이어 표면의 전연성이 향상된 결과, 와이어로 초음파가 전달되기 쉬워져, 전극과의 밀착성이 개선된 것 등을 생각할 수 있다.
상기 존재 비율이 평균 면적률로 25％ 미만인 경우는, 필링의 발생률의 저감 효과는 보이지 않았다. 상기 존재 비율이 평균 면적률로 70％를 초과하는 경우는, 볼 형성 공정에 있어서 볼의 형성 위치가 와이어의 중심으로부터 어긋나는 편심이라고 불리는 불량의 발생률이 증가하기 때문에, 실용에 적합하지 않은 것을 알 수 있었다. 이 원인으로서, 본딩 와이어의 선단을 아크 방전에 의해 용융하여 볼을 형성할 때에, 아크가 넓어져 버려, 본딩 와이어가 용융되기 시작하는 장소가 불안정해진 것 등을 생각할 수 있다.
또한, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율이, 평균 면적률로 40％ 이상 70％ 이하이면, 필링의 발생률의 저감 효과가, 우수하기 때문에 보다 바람직하다.
(저온 본딩 성능의 개선 효과)
본 실시 형태의 본딩 와이어는, 또한 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율의 합계가, 평균 면적률로 50％ 이상 98％ 이하인 것이 바람직하고, 50％ 이상 90％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 본딩 와이어를 사용하여, 저온에서의 웨지 접합에 있어서의 불착의 발생률을 조사한 결과, 우수한 저감 효과가 얻어졌다. 이 이유로서, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율을 평균 면적률로 25％ 이상 70％ 이하로 함으로써, 와이어 표면의 강도의 변동을 억제하는 효과와, 와이어 중심축 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율을 높임으로써, 와이어 내의 와이어 중심축 방향에 대한 강도의 변동이 저감되는 효과가 상승적으로 작용하여, 웨지 접합부의 형상의 변동이 저감되는 것 등을 생각할 수 있다. 상기 존재 비율이 평균 면적률로 50％ 미만인 경우는, 저온에서의 웨지 접합에 있어서의 불착의 발생률을 저감시키는 효과가 충분하지 않다. 상기 존재 비율이 평균 면적률로 98％를 초과하는 경우는, 본딩 와이어의 항복 강도가 너무 높아져, 웨지 접합 공정에 있어서, 접합 면적이 불충분해지기 때문에, 불착의 발생률을 저감시키는 효과가 충분하지 않다. 상기 존재 비율이 평균 면적률로 90％ 이하인 경우, 본딩 와이어의 항복 강도가 높아지는 것을 더 확실하게 억제할 수 있다.
(고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명의 개선 효과)
본 실시 형태의 본딩 와이어는, Ni, Pd, Pt, Au의 1종 이상을 총계로 0.01질량％ 이상 3.00질량％ 이하 더 포함하는 것이 바람직하다. 이로써, 200℃의 고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명을 개선할 수 있다. 이것은, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율을 제어함으로써, 필링이 억제된 결과, 그 후의 볼 형상의 변동이 억제됨으로써, 첨가한 Ni, Pd, Pt, Au의 볼 접합부로의 확산이 촉진되어, 상기 원소가 접합 강도 저하의 원인이 되는 금속간 화합물의 성장 속도를 저하시키는 효과가, 상승적으로 높아졌기 때문이라고 생각된다. 상기 원소의 농도가 0.01질량％ 미만인 경우는, 금속간 화합물의 성장 속도를 저하시키는 효과가 충분하지 않다. 상기 원소의 농도가 3.00질량％를 초과하는 경우는, 볼의 경도가 상승하여, 금속간 화합물의 형성이 불균일해지기 때문에, 200℃의 고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명의 개선 효과가 충분하지 않다.
상기 Ni, Pd, Pt, Au 중, Pt을 포함하는 경우에는, 200℃의 고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명의 우수한 개선 효과가 얻어지기 때문에 바람직하다.
(볼 압착 형상의 개선 효과)
본 실시 형태의 본딩 와이어는, P, In, Ga, Ge, Ag의 1종 이상을 총계로 0.001질량％ 이상 1.00질량％ 이하 더 포함하는 것이 바람직하다. 이로써, 볼 접합부의 압착 형상을 개선할 수 있다. 이와 같은 효과가 얻어진 이유는, 볼을 구성하는 결정립이 미세화되어, 등방적인 변형이 촉진되었기 때문이라고 추정된다. 상기 농도가 0.001질량％ 미만인 경우는, 상기한 효과가 충분하지 않다. 상기 농도가 1.00질량％를 초과하면 편석이 현저해져, 볼 형성 시의 볼의 직경이 변동되기 때문에, 상기한 효과가 충분하지 않다.
상기 P, In, Ga, Ge, Ag의 1종 이상의 농도가 총계로 0.001질량％ 이상 0.1질량％ 이하인 경우, 볼 형성 시의 볼의 직경의 변동이 억제되어, 볼 압착 직경이 우수하기 때문에 바람직하다. 또한, Ag을 포함하는 경우에는, 볼 형성 시의 볼의 직경 변동이 더 억제되어, 볼 압착 직경의 정밀도가 특히 우수하기 때문에 보다 바람직하다.
(본딩 와이어의 제조 방법)
본 실시 형태의 반도체 장치용 본딩 와이어의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(용해 방법)
먼저, 구리의 순도가 4N 내지 6N(Cu 농도: 99.99질량％ 이상 99.9999질량％ 이하)인 고순도 구리를 사용하여, 첨가 원소를 필요한 농도 함유한 구리 합금을 용해에 의해 제작한다. 용해에는, 아크 용해로, 고주파 용해로 등을 이용할 수 있다. 대기 중으로부터의 O2, H2 등의 가스의 혼입을 방지하기 위해, 진공 분위기 혹은 Ar이나 N2 등의 불활성 분위기 중에서 용해를 행하는 것이 바람직하다. 용해 후에는 노 내에서 서랭하여 잉곳(주괴)을 제작한다. 용해에 의해 제조한 잉곳은 표면에 대하여 산 세정, 알코올 세정을 행하고, 그 후 건조시키는 것이 바람직하다.
(신선 가공, 열처리의 설명)
제조한 구리 합금의 잉곳은, 먼저 압연이나 단조 가공에 의해 굵은 직경으로 가공하고, 이어서 인발 가공에 의해 최종 선 직경까지 가늘게 가공해 가는 것이 바람직하다. 인발 가공에는, 다이아몬드 코팅된 다이스를 복수개 세트할 수 있는 연속 신선 장치를 사용할 수 있다. 연속 신선 시에는, 다이스의 마모 및 와이어의 표면 흠집의 저감을 목적으로 하여, 윤활액을 사용하는 것이 바람직하다. 최종 선 직경에 도달하기 전단계의 중간 선 직경에서는, 인발 가공의 도중 단계에서, 변형 제거를 주목적으로 하여 중간 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 최종 선 직경에서는, 본딩 와이어를 재결정시켜 파단 연신을 조정하기 위한 최종 열처리를 행한다. 중간 열처리 및 최종 열처리는, 와이어를 연속적으로 소인하면서 행하는 방법을 사용하는 것이 유효하다. 또한, 열처리 시의 본딩 와이어 표면의 산화를 가능한 한 억제할 목적으로부터, Ar 가스나 N2 가스를 환류시키면서 행하는 것이 바람직하다. H2를 수％ 포함하는 것도 유효하다.
(와이어 표면의 결정 방위의 제어 방법)
와이어 표면의 결정 방위는, 와이어의 인발 가공 조건이나 최종 열처리 조건을 제어하는 것이 유효하다. 그 대표적인 제어 방법을 이하에 나타낸다. 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율을, 평균 면적률로 25％ 이상 70％ 이하로 제어하는 방법의 일례를 나타낸다. 인발 가공을 행하면, 와이어 표면의 결정 방위는, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 <110> 결정 방위의 존재 비율이 증가하는 경향이 있다. 한편, 인발 가공을 행한 후에 열처리를 행하면, 재결정에 의해 랜덤한 방위가 발달하기 때문에, <110> 결정 방위는 감소되는 경향이 있다. 와이어 표면의 결정 방위를 제어하기 위해서는, 인발 가공에 의해 상기 <110> 결정 방위를 발달시킨 후, 최종 열처리에 의해 재결정시킴으로써, 상기 <110> 결정 방위의 존재 비율을 제어하는 것이 유효하다.
먼저, 인발 가공의 적정 조건에 대하여 설명한다. 인발 가공에 있어서, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율을 발달시키기 위해서는, 인발 가공의 가공률을 증가시키는 것이 유효하다. 인발 가공에 있어서의 가공률을 다음 식으로 정의한다.
P＝{(R1 2－R2 2)/R1 2}×100
P: 인발 가공의 가공률
R1: 인발 가공 전의 와이어의 직경(㎜), R2: 인발 가공 후의 와이어의 직경(㎜)
본 실시 형태의 본딩 와이어를 제조하기 위해서는, 인발 가공의 가공률을 85％ 이상 100％ 미만의 범위로 하는 것이 유효하다. 이것은, 인발 가공의 가공률이 85％ 이상이면, 인발 가공 직후의 상기 <110> 결정 방위의 존재 비율을 적어도 72％ 이상으로 증가시킬 수 있고, 그 후의 최종 열처리를 적정한 온도 범위에서 행하면, 상기 <110>의 존재 비율을 25％ 이상으로 제어할 수 있기 때문이다. 최종 선 직경에 도달하기 전에 중간 열처리를 행하는 경우에는, 중간 열처리를 행한 선 직경을, 인발 가공 전의 와이어의 직경(R1)으로서 사용한다.
이어서, 최종 열처리의 적정 조건에 대하여 설명한다. 상기 <110>의 존재 비율에 영향을 미치는 최종 열처리의 조건은, 주로 열처리 온도, 열처리 시간, 냉각 속도의 3가지이다.
최종 열처리의 온도 및 시간은, 각각 300℃ 이상 620℃ 이하, 0.02초 이상 1.3초 이하로 하는 것이 유효하다. 이 열처리 온도 및 열처리 시간의 범위 내이면, 인발 가공에 의해 발달시킨 상기 <110> 결정 방위의 존재 비율을, 최종 열처리에 의해 25％ 이상 70％ 이하의 범위로 제어할 수 있다. 최종 열처리의 온도의 하한이 300℃, 시간의 하한이 0.02초인 이유는, 이들 하한 미만의 조건에서는 재결정이 일어나기 어렵기 때문에, 상기 <110> 결정 방위 이외의 결정 방위가 발달하기 어렵고, <110> 결정 방위의 존재 비율이 70％를 초과해 버리기 때문이다. 최종 열처리의 온도의 상한이 620℃, 열처리 시간의 상한이 1.3초인 이유는, 이들 상한을 초과하는 조건에서는, 상기 <110> 결정 방위 이외의 결정 방위가 발달하여 상기 <110> 결정 방위의 존재 비율이 25％ 미만으로 되어 버리기 때문이다.
최종 열처리 후의 와이어의 냉각 속도는, 130℃/sec 이상 1200℃/sec 이하의 범위인 것이 바람직하다. 냉각 속도가 130℃/sec 미만인 경우에는, 냉각 공정에 있어서도 재결정이 진행되기 때문에, 상기 <110> 결정 방위의 존재 비율이 25％ 미만으로 되어 버린다. 냉각 속도가 1200℃/sec를 초과하는 경우, 수랭이나 가스를 분사할 필요가 있지만, 실용상의 설비에서는 비용이 증가하거나, 와이어 자체가 산화되거나 하기 때문에, 실용에 적합하지 않다. 냉각 속도를 제어하는 방법으로서, 최종 열처리를 행하는 장소와 냉각을 행하는 장소를 각각 설치하는 것이 유효하다. 예를 들어, 와이어를 연속적으로 소인하는 구조를 상정한 경우, 와이어에 최종 열처리를 실시한 후, 불활성 가스를 순환시키고, 또한 온도를 적정하게 제어한 장소를 통과시킴으로써, 냉각 속도가 제어 가능해진다.
(와이어 표면의 와이어 중심축 방향에 대한 결정 방위의 제어 방법)
계속해서, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율의 합계를, 평균 면적률로 50％ 이상 98％ 이하로 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 상기 <111>과 <100> 결정 방위를 제어하기 위해서는, 인발 가공 시의 와이어의 이송 속도와 인발 가공에 사용하는 다이스 1개당의 가공률을 제어하는 것이 유효하다. 와이어의 이송 속도를 변화시킴으로써, 와이어 표면의 와이어 중심축 방향의 결정 방위의 발달에 관한 다이스와 와이어의 계면에 발생하는 마찰력을 제어할 수 있다. 상기 <111>과 <100> 결정 방위를 제어하기 위해서는, 와이어의 이송 속도는 800m/min 이상 1100m/min 이하, 다이스 1개당의 가공률은 14％ 이상 24％ 이하로 하는 것이 유효하다. 상기한 조건이라면, 상기 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율의 합계를, 평균 면적률로 50％ 이상 98％ 이하로 제어할 수 있다. 와이어의 이송 속도의 하한이 800m/min 미만, 다이스 1개당의 가공률의 하한이 14％ 미만인 이유는, 상기 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율의 합계가 평균 면적률로 50％ 미만으로 되어 버리기 때문이다. 와이어의 이송 속도의 상한이 1100m/min, 다이스 1개당의 가공률의 상한이 24％인 이유는, 이것들의 상한을 초과하는 조건에서는, 상기 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율의 합계가, 평균 면적률로 98％를 초과해 버리기 때문이다.
(합금화의 방법)
구리에 합금 원소를 첨가하여 합금화하는 경우에는, 구리와 고순도의 첨가 성분을 직접 용해하여 합금화하는 방법과, 구리에 첨가 원소를 3 내지 5질량％ 정도 함유하는 모합금을 미리 제작해 두고, 구리와 모합금을 용해하여 합금화하는 방법 등을 사용할 수 있다. 모합금을 이용하는 방법은, 저농도로 원소 분포를 균일화하는 경우에 유효하다.
본딩 와이어에 포함되는 원소의 농도 분석에는, ICP 발광 분광 분석 장치 등을 이용할 수 있다. 본딩 와이어의 표면에 산소, 탄소, 황 등의 원소가 흡착되어 있는 경우에는, 해석을 행하기 전에 본딩 와이어의 표면으로부터 1 내지 2㎚의 영역을 스퍼터 등으로 깎고 나서 농도 측정을 행해도 된다. 기타의 방법으로서, 산세를 사용하는 방법도 유효하다.
실시예
(본딩 와이어의 제작 방법)
본딩 와이어의 제작 방법에 대하여 설명한다. 원재료가 되는 Cu는 순도가 99.99질량％ 이상이고 잔부가 불가피 불순물로 이루어지는 것을 사용했다. 본딩 와이어가, 첨가 원소로서 Ni, Pd, Pt, Au, P, In, Ga, Ge, Ag을 포함하는 경우에는, Cu와 이들 원소를 고주파 용해로에 의해 용해시켜, 합금화를 행하였다. 불가피 불순물 원소 이외의 첨가 원소의 합계의 목적 농도가 0.5질량％ 미만인 경우에는, 첨가 원소를 고농도로 포함한 Cu 합금을 사용하여, 목적으로 하는 농도의 합금을 제조했다.
용해 시의 분위기는, 산소 등의 불순물의 혼입을 방지하기 위해 Ar 분위기로 했다. 용해에 의해 제조한 잉곳의 형상은, 직경이 수㎜인 원기둥상이다. 얻어진 잉곳에 대하여, 표면의 산화막을 제거하기 위해, 황산, 염산 등에 의한 산 세정을 행하였다. 그 후, 잉곳에 대하여, 압연 가공 및 단조 가공을 행하여, φ0.3 내지 0.5㎜의 와이어를 제작했다. 그 후, 중간 열처리를 행하고, 다시 인발 가공에 의해 φ20㎛까지 가공했다. 인발 가공 시의 와이어의 이송 속도는 350 내지 1100m/분으로 했다. 윤활액은 시판되는 것을 사용했다. 이때, 다이스 1개당의 가공률은 14％ 이상 24％ 이하로 했다. 중간 열처리의 횟수는, 1회의 가공 열처리 프로세스에 있어서의, 인발 가공의 가공률은 85％ 이상 99.5％ 이하로 되도록 실시했다. 중간 열처리의 온도는 300℃ 이상 620℃ 이하로 했다. 중간 열처리 및 최종 열처리는, 300 내지 620℃의 온도에서, 와이어를 20 내지 200m/분의 이송 속도로 연속적으로 소인하면서 행하였다. 열처리 시의 분위기는, 산화를 방지할 목적으로 N2 분위기 혹은 Ar 분위기로 했다. 제작한 본딩 와이어의 구성은, 표 1A, 표 1B에 나타내는 바와 같다.
[표 1A]
Figure 112020023106828-pct00001
[표 1B]
Figure 112020023106828-pct00002
(평가 방법)
본 실시 형태의 본딩 와이어에 포함되는 각 첨가 원소의 농도는, ICP 발광 분광 분석 장치 사용하여 분석했다. 본 평가에 사용한 본딩 와이어의 선 직경은 φ20㎛로 했다.
본 실시 형태의 본딩 와이어의 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율은, EBSD법에 의해 측정한 데이터로부터 산출했다. 상기 존재 비율은, 와이어를 3m 간격으로 10개소의 측정값의 평균값으로 했다. 상기 측정 영역은, EBSD의 측정을 행하는 화면 상에 있어서, 원주 방향이 5㎛(와이어 직경의 25％), 와이어 중심축 방향이 40㎛인 직선으로 둘러싸이는 영역으로 했다. 또한 상기 측정 영역은, 시료대에 고정한 샘플의 원주 방향에 대하여 가장 높은 위치가 포함되는 영역으로 했다.
본 실시 형태의 본딩 와이어의 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율은, EBSD법에 의해 측정한 데이터로부터 산출했다. 상기 존재 비율은, 와이어를 3m 간격으로 10개소의 측정한 값의 산술 평균으로 했다. 측정 영역은, EBSD의 측정을 행하는 화면 상에 있어서, 원주 방향이 5㎛(와이어 직경의 25％), 와이어 중심축 방향이 40㎛인 직선으로 둘러싸이는 영역으로 했다. 또한 상기 측정 영역은, 시료대에 고정한 샘플의 원주 방향에 대하여 가장 높은 위치가 포함되는 영역으로 했다.
(필링 발생률의 평가 방법)
시판되고 있는 접합 장치를 사용하여, 본딩 와이어를, Pd-PPF를 갖는 금속 리드 프레임에 100개의 접합을 행하였다. 그 후, 웨지 접합부를 광학 현미경으로 관찰하고, 100개소 모든 웨지 접합부에 있어서의 필링의 발생 유무를 조사했다. 필링의 발생률은, 웨지 접합부 100개소에 대한 필링이 발생한 개소의 비율로 했다. 상기한 평가에 있어서, 필링의 발생률이 7％ 이상이라면 실용상 문제가 있다고 판단하여 0점, 7％ 미만 5％ 이상이라면 실용 가능하다고 판단하여 1점, 5％ 미만 1％ 이상이라면 실용상 문제 없다고 판단하여 2점, 필링이 전혀 발생하지 않으면 우수하다고 판단하여 3점으로 했다. 평가 결과는, 표 2A, 표 2B의 「필링 발생률」의 란에 표기했다. 0점만이 불합격이고, 그 이외는 합격이다.
(편심 발생률의 평가 방법)
편심 발생률의 평가는, 시판되고 있는 접합 장치를 사용하여 볼을 100개 형성하고, 각 볼을 SEM에 의해 관찰함으로써 행하였다. 볼 직경의 목적값은, 와이어 직경의 1.4배의 28㎛로 했다. 볼의 직경의 변동은, 28±1㎛ 이내라면 평가 결과에 영향을 미치지 않는다고 판단하여 평가에 사용했다. 볼은, N2＋5vol.％ H2 가스를 분사하면서 형성했다. 유량은 0.5±0.1L/min으로 했다. 편심의 발생률이 5％ 이상이라면 실용상 문제가 있다고 판단하여 0점, 5％ 미만이라면 실용상 문제 없다고 판단하여 1점으로 했다. 평가 결과는, 표 2A, 표 2B의 「편심 발생률」의 란에 표기했다. 0점이 불합격, 1점이 합격이다.
(저온 본딩 성능의 평가 방법)
저온 본딩 성능의 평가는, 160℃의 접합 온도에서 2000개의 접합을 행하여, 불착이 발생하여 접합 장치가 정지한 횟수에 따라 판정했다. 접합 상대는, Ag 도금을 실시한 금속 리드 프레임으로 했다. 상기한 평가에 있어서, 접합 장치의 정지 횟수가 5회 이상이라면 실용상 문제가 있다고 판단하여 0점, 5회 미만 1회 이상이라면 실용상 문제 없다고 판단하여 1점, 접합 장치가 전혀 정지하지 않으면 우수하다고 판단하여 2점으로 했다. 평가 결과는, 표 2A, 표 2B의 「저온 본딩 성능」의 란에 표기했다. 0점만이 불합격이고, 그 이외는 합격이다.
(고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명의 평가 방법)
고온 방치 시험용 샘플은, 일반적인 금속 프레임 상의 Si 기판에 두께 1.0㎛인 Al막을 성막한 전극에, 시판되는 와이어 본더를 사용하여 볼 접합을 행하고, 시판되는 에폭시 수지에 의해 밀봉하여 제작했다. 볼은 N2＋5vol.％ H2 가스를 유량 0.4 내지 0.6L/min으로 흐르게 하면서 형성하고, 볼 직경은 와이어 선 직경에 대하여 1.5 내지 1.6배의 범위로 했다. 고온 방치 시험에는, N2 가스를 환류시킨 항온로를 사용했다. 시험 온도는 200℃로 했다. 고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부의 수명은, 볼 접합부의 접합 강도가 시험 개시 전의 50％ 이하로 저하될 때까지에 필요로 하는 시간으로 했다. 본 평가에서는, 볼 접합부의 접합 강도를, 100시간마다 측정했다. 볼 접합부의 접합 강도는, DAGE사제의 미소 강도 시험기를 사용하여 측정한 값을 사용했다. 고온 방치 시험 후의 전단 시험은, 산 처리에 의해 수지를 제거하고, 볼 접합부를 노출시키고 나서 행하였다. 전단 강도의 값은 무작위로 선택한 볼 접합부의 10개소의 측정값의 평균값을 사용했다. 상기한 평가에 있어서, 볼 접합부의 수명이 500시간 미만이라면 실용상 문제가 있다고 판단하여 0점, 500시간 이상 700시간 미만이라면 실용상 문제 없다고 판단하여 1점, 700시간 이상이라면 우수하다고 판단하여 2점, 1000시간 이상이라면 특히 우수하다고 판단하여 3점으로 표기했다. 평가 결과는, 표 2A, 표 2B의 「고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명」의 란에 표기했다. 0점만이 불합격이고, 그 이외는 합격이다.
(볼 압착 형상의 평가 방법)
볼의 압착 형상의 평가는, Si 기판의 두께 1.2㎛인 Al막을 성막한 전극에, 시판되고 있는 와이어 본더를 사용하여 볼 접합을 행하고, 바로 위에서 광학 현미경으로 관찰함으로써 행하였다. 볼의 압착 형상의 판정은, 압착 형상이 원형에 가까운 것이라면 양호라고 판정하고, 타원형이나 꽃잎상의 형상이라면 불량이라고 판정했다. 100개소의 볼 접합부를 광학 현미경으로 관찰하여, 불량이 9개 이상 있으면 실용상 문제가 있다고 판단하여 0점, 불량이 8개 이하 6개 이상이라면 실용상 문제가 없다고 판단하여 1점, 불량이 5개 이하 3개 이상이라면 양호라고 판단하여 2점, 불량이 1개 또는 2개라면 우수하다고 판단하여 3점, 불량이 전혀 발생하지 않으면 특히 우수하다고 판단하여 4점이라고 표기했다. 평가 결과는, 표 2A, 표 2B의 「볼 압착 형상」의 란에 표기했다. 0점만이 불합격이고, 그 이외는 합격이다.
(평가 결과의 설명)
실시예 No.1 내지 94는, 반도체 장치용 구리 합금 본딩 와이어이며, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율이, 평균 면적률로 25％ 이상 70％ 이하이므로, 필링 발생률 및 편심 발생률은 모두 실용 가능했다. 실시예 1 내지 90, 93, 94는, 상기 <110> 결정 방위의 존재 비율이, 평균 면적률로 30％ 이상 70％ 이하이므로, 필링 발생률 및 편심 발생률은 모두 실용상 문제 없었다.
실시예 No.2, 4 내지 10, 12 내지 25, 27 내지 41, 43 내지 46, 48 내지 62, 64 내지 90, 93, 94는, 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어이며, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율이, 평균 면적률로 40％ 이상 70％ 이하이므로, 필링 발생률에 관하여, 모두 우수한 평가 결과가 얻어졌다.
실시예 No.5 내지 90, 92, 93은, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율의 합계가, 평균 면적률로 50％ 이상 98％ 이하이므로, 저온 본딩 성능에 관하여, 우수한 평가 결과가 얻어졌다.
실시예 No.7 내지 20은, Ni, Pd, Pt, Au의 1종 이상을 총계로 0.01질량％ 이상 3.00질량％ 이하 포함하므로, 고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명에 관하여, 우수한 평가 결과가 얻어졌다. 실시예 No.9, 12, 15, 17 내지 20은, Pt을 포함하므로, 200℃의 고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명이 특히 우수한 개선 효과가 얻어졌다.
실시예 No.53 내지 90은, P, In, Ga, Ge, Ag의 1종 이상을 총계로 0.001질량％ 이상 1.00질량％ 이하 포함하므로, 볼 압착 형상에 관하여 양호한 평가 결과가 얻어졌다. 실시예 No.53 내지 57, 63 내지 81, 83 내지 90은, P, In, Ga, Ge, Ag의 1종 이상의 농도가 총계로 0.001질량％ 이상 0.1질량％ 이하이므로, 볼 압착 형상에 관하여 우수한 평가 결과가 얻어졌다. 실시예 No.57, 63 내지 81, 83 내지 90은, Ag을 포함하므로, 볼 압착 형상에 관하여 특히 우수한 평가 결과가 얻어졌다.
실시예 No.21 내지 52는, Ni, Pd, Pt, Au의 1종 이상을 총계로 0.01질량％ 이상 3.00질량％ 이하 포함하고, P, In, Ga, Ge, Ag의 1종 이상을 총계로 0.001질량％ 이상 1.00질량％ 이하 더 포함하므로, 고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명에 관하여, 우수한 평가 결과가 얻어짐과 함께, 볼 압착 형상에 관하여 양호한 평가 결과가 얻어졌다. 실시예 No.39 내지 52는, Pt을 포함하므로, 200℃의 고온 방치 시험에 있어서의 볼 접합부 수명의 특히 우수한 개선 효과가 얻어졌다. 실시예 No.21 내지 25, 31 내지 34, 39 내지 43, 49 내지 52는, P, In, Ga, Ge, Ag의 1종 이상의 농도가 총계로 0.001질량％ 이상 0.1질량％ 이하이므로, 볼 압착 형상에 관하여 우수한 평가 결과가 얻어졌다. 실시예 No.25, 31 내지 34, 43, 49 내지 52는, Ag을 포함하므로, 볼 압착 형상에 관하여 특히 우수한 평가 결과가 얻어졌다.
[표 2A]
Figure 112020023106828-pct00003
[표 2B]
Figure 112020023106828-pct00004

Claims (5)

  1. 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어이며, 와이어 표면의 결정 방위 중, 와이어 중심축을 포함하는 하나의 평면에 수직인 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <110> 결정 방위의 존재 비율이, 평균 면적률로 25％ 이상 70％ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 와이어 표면의 결정 방위 중, 상기 와이어 중심축 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111>과 <100> 결정 방위의 존재 비율의 합계가, 평균 면적률로 50％ 이상 98％ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, Ni, Pd, Pt, Au의 1종 이상을 총계로 0.01질량％ 이상 3.00질량％ 이하 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, P, In, Ga, Ge, Ag의 1종 이상을 총계로 0.001질량％ 이상 1.00질량％ 이하 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어.
  5. 제3항에 있어서, P, In, Ga, Ge, Ag의 1종 이상을 총계로 0.001질량％ 이상 1.00질량％ 이하 더 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어.
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