KR102671200B1 - 반도체 장치용 본딩 와이어 - Google Patents

반도체 장치용 본딩 와이어 Download PDF

Info

Publication number
KR102671200B1
KR102671200B1 KR1020247005677A KR20247005677A KR102671200B1 KR 102671200 B1 KR102671200 B1 KR 102671200B1 KR 1020247005677 A KR1020247005677 A KR 1020247005677A KR 20247005677 A KR20247005677 A KR 20247005677A KR 102671200 B1 KR102671200 B1 KR 102671200B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wire
less
atomic
concentration
coating layer
Prior art date
Application number
KR1020247005677A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20240027868A (ko
Inventor
도모히로 우노
데츠야 오야마다
다이조 오다
모토키 에토
Original Assignee
닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤
닛데쓰마이크로메탈가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤, 닛데쓰마이크로메탈가부시키가이샤 filed Critical 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤
Priority claimed from PCT/JP2022/038688 external-priority patent/WO2023248491A1/ja
Publication of KR20240027868A publication Critical patent/KR20240027868A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102671200B1 publication Critical patent/KR102671200B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/02—Alloys based on gold
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/43—Manufacturing methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/601—Specific applications or type of materials density profile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/602—Specific applications or type of materials crystal growth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/611—Specific applications or type of materials patterned objects; electronic devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/203—Measuring back scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/227—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM]
    • G01N23/2276—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM] using the Auger effect, e.g. Auger electron spectroscopy [AES]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43—Manufacturing methods
    • H01L2224/432—Mechanical processes
    • H01L2224/4321—Pulling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43—Manufacturing methods
    • H01L2224/437—Involving monitoring, e.g. feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43—Manufacturing methods
    • H01L2224/438—Post-treatment of the connector
    • H01L2224/4382—Applying permanent coating, e.g. in-situ coating
    • H01L2224/43825—Plating, e.g. electroplating, electroless plating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43—Manufacturing methods
    • H01L2224/438—Post-treatment of the connector
    • H01L2224/43848—Thermal treatments, e.g. annealing, controlled cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554—Coating
    • H01L2224/45541—Structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554—Coating
    • H01L2224/45565—Single coating layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554—Coating
    • H01L2224/45599—Material
    • H01L2224/456—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45644—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554—Coating
    • H01L2224/45599—Material
    • H01L2224/456—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45655—Nickel (Ni) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554—Coating
    • H01L2224/45599—Material
    • H01L2224/456—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/45664—Palladium (Pd) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01012—Magnesium [Mg]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01015—Phosphorus [P]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01031—Gallium [Ga]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01032—Germanium [Ge]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01034—Selenium [Se]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01047—Silver [Ag]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01049—Indium [In]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01051—Antimony [Sb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01052—Tellurium [Te]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress
    • H01L2924/3512—Cracking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/36—Material effects
    • H01L2924/365—Metallurgical effects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

가혹한 고온 환경 하에서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래하는 신규의 반도체 장치용 본딩 와이어를 제공한다. 해당 본딩 와이어는, Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 코어재와, 해당 코어재의 표면에 형성된 Cu 이외의 도전성 금속을 함유하는 피복층을 포함하고, 오제 전자 분광법(AES)에 의해 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 피복층의 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)과 Ni의 농도 CNi(원자％)의 합계 CPd+CNi의 평균값이 50원자％ 이상이고, 또한 피복층의 측정점에 관한 CPd와 CNi의 비 CPd/CNi의 평균값이 0.2 이상 20 이하이며, 피복층의 두께 dt가 20nm 이상 180nm 이하이며, 해당 와이어의 표면에 있어서의 Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상 85원자％ 이하이며, 해당 와이어의 표면을 후방 산란 전자선 회절(EBSD)법에 의해 분석하여 얻어지는, 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈가 35nm 이상 200nm 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 장치용 본딩 와이어
본 발명은, 반도체 장치용 본딩 와이어에 관한 것이다. 나아가, 해당 본딩 와이어를 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 장치에서는, 반도체 칩 상에 형성된 전극과, 리드 프레임이나 기판 상의 전극의 사이를 본딩 와이어에 의해 접속하고 있다. 본딩 와이어의 접속 프로세스는, 반도체 칩 상의 전극에 1st 접합하고, 다음에 루프를 형성한 후, 리드 프레임이나 기판 상의 외부 전극에 와이어부를 2nd 접합함으로써 완료된다. 1st 접합은, 와이어 선단을 아크 입열로 가열 용융시키고, 표면 장력에 의해 프리 에어 볼(FAB: Free Air Ball; 이하, 간단히 「볼」이라고도 함)을 형성한 후에, 해당 볼부를 반도체 칩 상의 전극에 압착 접합(이하, 「볼 접합」)한다. 또한, 2nd 접합은, 볼을 형성하지 않고, 와이어부를 초음파, 하중을 가함으로써 외부 전극 위에 압착 접합(이하, 「웨지 접합」)한다. 그리고 접속 프로세스 후, 접합부를 밀봉 수지에 의해 밀봉하여 반도체 장치가 얻어진다.
지금까지 본딩 와이어의 재료는 금(Au)이 주류였지만, LSI 용도를 중심으로 구리(Cu)로의 대체가 진행되고 있고(예를 들어, 특허문헌 1 내지 3), 또한 근년의 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 보급을 배경으로 차량 탑재용 디바이스 용도에 있어서, 나아가 에어컨이나 태양광 발전 시스템 등의 대전력 기기에 있어서의 파워 디바이스(파워 반도체 장치) 용도에 있어서도, 열전도율이나 용단 전류의 고도로부터, 고효율이며 신뢰성도 높은 Cu로의 대체가 기대되고 있다.
Cu는 Au에 비해 산화되기 쉬운 결점이 있고, Cu 본딩 와이어의 표면 산화를 방지하는 방법으로서, Cu 코어재의 표면을 Pd 등의 금속으로 피복한 구조도 제안되어 있다(특허문헌 4). 또한, Cu 코어재의 표면을 Pd로 피복하고, 또한 Cu 코어재에 Pd, Pt를 첨가함으로써, 1st 접합부의 접합 신뢰성을 개선한 Pd 피복 Cu 본딩 와이어도 제안되어 있다(특허문헌 5).
일본 특허 공개 소61-48543호 공보 일본 특허 공표 제2018-503743호 공보 국제 공개 제2017/221770호 일본 특허 공개 제2005-167020호 공보 국제 공개 제2017/013796호
차량 탑재용 디바이스나 파워 디바이스는, 작동 시에, 일반적인 전자 기기에 비해, 보다 고온에 노출되는 경향이 있고, 사용되는 본딩 와이어에 대해서는, 가혹한 고온 환경 하에서 양호한 접합 신뢰성을 나타내는 것이 요구된다.
본 발명자들은, 차량 탑재용 디바이스나 파워 디바이스에 요구되는 특성을 근거로 하여 평가를 실시한 바, 종래의 Pd 피복층을 갖는 Cu 본딩 와이어에서는, 와이어의 접속 공정에서 Pd 피복층이 부분적으로 박리되어 코어재의 Cu가 노출되고, 피복 Pd부와 노출 Cu부의 접촉 영역이 고온 환경 하에서 밀봉 수지로부터 발생하는 산소나 수증기, 황 화합물계 아웃 가스를 포함하는 환경에 노출됨으로써 Cu의 국부 부식, 즉 갈바니 부식이 발생하고, 2nd 접합부에 있어서의 접합 신뢰성이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있는 것을 알아내었다. 특히, 와이어가 세선(특히 선 직경 18㎛ 이하)인 경우나, 보다 고온 환경(특히 190℃ 이상)에 노출되는 경우에 있어서, 갈바니 부식을 억제하여 2nd 접합부에 있어서의 접합 신뢰성을 개선하는 것은 곤란한 것을 본 발명자들은 확인하였다.
본 발명은, 가혹한 고온 환경 하에서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래하는 신규의 Cu 본딩 와이어를 제공한다.
본 발명자들은 상기 과제에 대하여 예의 검토한 결과, 하기 구성을 가짐으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 이하의 내용을 포함한다.
[1] Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 코어재와, 해당 코어재의 표면에 형성된 Cu 이외의 도전성 금속을 함유하는 피복층을 포함하는 반도체 장치용 본딩 와이어이며,
오제 전자 분광법(AES)에 의해 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 피복층의 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)의 합계 CPd+CNi의 평균값이 50원자％ 이상이며, 피복층의 측정점에 관한 CPd와 CNi의 비 CPd/CNi의 평균값이 0.2 이상 20 이하이며, 또한 피복층의 두께 dt가 20nm 이상 180nm 이하이며,
해당 와이어의 표면에 있어서의 Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상 85원자％ 이하이며,
해당 와이어의 표면을 후방 산란 전자선 회절(EBSD)법에 의해 분석하여 얻어지는, 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈가 35nm 이상 200nm 이하인, 반도체 장치용 본딩 와이어.
[2] AES에 의해 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da가 0.5nm 이상 25nm 이하인, [1]에 기재된 본딩 와이어.
[3] 와이어의 표면의 결정 방위를 EBSD법에 의해 측정한 결과에 있어서, 와이어 길이 방향의 결정 방위 중, 와이어 길이 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111> 결정 방위의 비율이 30％ 이상 95％ 이하인, [1] 또는 [2]에 기재된 본딩 와이어.
[4] 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일이, 와이어의 표면으로부터 Ar스퍼터링에 의해 깊이 방향으로 파내려 가면서, 하기 <조건>에서 AES에 의해 측정하여 얻어지는, [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 본딩 와이어.
<조건> 와이어의 폭의 중심이 측정면의 폭의 중심이 되도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭이 와이어 직경의 5％ 이상 15％ 이하, 측정면의 길이가 측정면의 폭의 5배이다
[5] 와이어의 표면에 있어서의 Au의 농도가, 하기 <조건>에서 AES에 의해 측정되는, [1] 내지 [4] 중 어느 것에 기재된 본딩 와이어.
<조건> 와이어의 폭의 중심이 측정면의 폭의 중심이 되도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭이 와이어 직경의 5％ 이상 15％ 이하, 측정면의 길이가 측정면의 폭의 5배이다
[6] B, P, In 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(이하, 「제1 첨가 원소」라고 함)를 포함하고, 와이어 전체에 대한 제1 첨가 원소의 총계 농도가 1질량ppm 이상 100질량ppm 이하인, [1] 내지 [5] 중 어느 것에 기재된 본딩 와이어.
[7] Se, Te, As 및 Sb로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(이하, 「제2 첨가 원소」라고 함)를 포함하고, 와이어 전체에 대한 제2 첨가 원소의 총계 농도가 1질량ppm 이상 100질량ppm 이하인, [1] 내지 [6] 중 어느 것에 기재된 본딩 와이어.
[8] Ga, Ge 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(이하, 「제3 첨가 원소」라고 함)를 포함하고, 와이어 전체에 대한 제3 첨가 원소의 총계 농도가 0.011질량％ 이상 1.5질량％ 이하인, [1] 내지 [7] 중 어느 것에 기재된 본딩 와이어.
[9] [1] 내지 [8] 중 어느 것에 기재된 본딩 와이어를 포함하는 반도체 장치.
본 발명에 따르면, 가혹한 고온 환경 하에서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래하는 신규의 Cu 본딩 와이어를 제공할 수 있다.
도 1은, AES에 의한 조성 분석을 할 때의 측정면의 위치 및 치수를 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 본 발명을 그 적합한 실시 형태에 입각하여 상세하게 설명한다. 설명 시에 도면을 참조하는 경우도 있지만, 도면은, 발명을 이해할 수 있는 정도로, 구성 요소의 형상, 크기 및 배치가 개략적으로 나타내져 있는 것에 지나지 않는다. 본 발명은 하기 실시 형태 및 예시물에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 특허 청구 범위 및 그 균등의 범위를 일탈하지 않는 범위에 있어서 임의로 변경하여 실시될 수 있다.
[반도체 장치용 본딩 와이어]
본 발명의 반도체 장치용 본딩 와이어(이하, 간단히 「본 발명의 와이어」, 「와이어」라고도 함)는,
Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 코어재와,
해당 코어재의 표면에 형성된 Cu 이외의 도전성 금속을 함유하는 피복층을 포함하고,
오제 전자 분광법(AES)에 의해 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 피복층의 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)의 합계 CPd+CNi의 평균값이 50원자％ 이상이며, 피복층의 측정점에 관한 CPd와 CNi의 비 CPd/CNi의 평균값이 0.2 이상 20 이하이며, 또한 피복층의 두께 dt가 20nm 이상 180nm 이하이며,
해당 와이어의 표면에 있어서의 Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상 85원자％ 이하이며,
해당 와이어의 표면을 후방 산란 전자선 회절(EBSD)법에 의해 분석하여 얻어지는, 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈가 35nm 이상 200nm 이하인 것을 특징으로 한다.
상술한 대로, 차량 탑재용 디바이스나 파워 디바이스에 사용되는 본딩 와이어는, 가혹한 고온 환경 하에서 양호한 접합 신뢰성을 나타내는 것이 요구된다. 예를 들어, 차량 탑재용 디바이스에 사용되는 본딩 와이어에서는, 150℃를 초과하는 고온 환경 하에서의 접합 신뢰성이 요구되고 있다. 본 발명자들은, 차량 탑재용 디바이스 등에서 요구되는 특성을 근거로 하여 평가를 실시한 바, 종래의 Pd 피복층을 갖는 Cu 본딩 와이어에서는, 고온 환경 하에서 갈바니 부식이 발생하고, 2nd 접합부에 있어서의 접합 신뢰성이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있는 것을 알아내었다. 특히, 와이어가 세선(특히 선 직경 18㎛ 이하)인 경우에는, 갈바니 부식이 발생하는 영역의 체적적 영향이 높아지는 경향이 있고, 2nd 접합부에 있어서의 접합 신뢰성은 악화되기 쉽다.
이 점에서, 차량 탑재용 디바이스 등에서 요구되는 특성은 점점 가혹해지고 있고, 보다 고온에서의 동작 보증이 요구되고 있다. 고온 환경 하에 있어서의 본딩 와이어의 접합 신뢰성을 평가함에 있어서는, 가혹한 고온 환경을 상정하여, 온도 175℃의 환경에 폭로하는 고온 방치 시험(HTSL: High Temperature Storage Life Test)을 행하는 경우가 많지만, 발명자들은 보다 가혹한 고온 환경을 상정하여 온도 200℃에서의 HTSL을 행하였다. 그 결과, 온도 175℃에서 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 나타내는 본딩 와이어라도, 온도 200℃에서는 2nd 접합부의 접합 신뢰성이 손상되는 경향이 있는 것을 알아내었다. 200℃의 고온 환경 하에서는, 대부분의 밀봉 수지의 유리 전이 온도를 초과하고 있고, 수지의 변성, 분해가 진행되어, 밀봉 수지로부터 발생하는 산소나 수증기, 황 화합물계 아웃 가스의 양이 현저하게 증가하는 경향이 있다. 이렇게 온도 200℃에서의 HTSL은, 부식이 촉진되는 가혹한 시험이다.
이에 대해, Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 코어재와, 해당 코어재의 표면에 형성된 Cu 이외의 도전성 금속을 함유하는 피복층을 포함하고, AES에 의해 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 피복층의 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)의 합계 CPd+CNi의 평균값이 50원자％ 이상이며, 피복층의 측정점에 관한 CPd와 CNi의 비 CPd/CNi의 평균값이 0.2 이상 20 이하이며, 또한 피복층의 두께 dt가 20nm 이상 180nm 이하이며, 해당 와이어의 표면에 있어서의 Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상 85원자％ 이하이며, 해당 와이어의 표면을 EBSD법에 의해 분석하여 얻어지는, 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈가 35nm 이상 200nm 이하인 본딩 와이어에 의하면, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래하는 것을 본 발명자들은 알아내었다. 본 발명은, 차량 탑재용 디바이스나 파워 디바이스에 있어서의 Cu 본딩 와이어의 실용화·그 촉진에 현저하게 기여하는 것이다.
<Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 코어재>
본 발명의 와이어는, Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 코어재(이하, 간단히 「Cu 코어재」라고도 함)를 포함한다.
Cu 코어재는 Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 한에 있어서 특별히 한정되지 않고, 반도체 장치용 본딩 와이어로서 알려져 있는 종래의 Pd 피복 Cu 와이어를 구성하는 공지된 Cu 코어재를 사용해도 된다.
본 발명에 있어서, Cu 코어재 중의 Cu의 농도는, 예를 들어 Cu 코어재의 중심(축심부)에 있어서, 97원자％ 이상, 97.5원자％ 이상, 98원자％ 이상, 98.5원자％ 이상, 99원자％ 이상, 99.5원자％ 이상, 99.8원자％ 이상, 99.9원자％ 이상 또는 99.99원자％ 이상 등으로 할 수 있다.
Cu 코어재는, 예를 들어 후술하는 제1 첨가 원소, 제2 첨가 원소, 제3 첨가 원소로부터 선택되는 1종 이상의 도펀트를 함유해도 된다. 이들 도펀트의 적합한 함유량은 후술한 대로이다.
적합한 일 실시 형태에 있어서, Cu 코어재는 Cu와 불가피 불순물를 포함한다. 다른 적합한 일 실시 형태에 있어서, Cu 코어재는, Cu와, 후술하는 제1 첨가 원소, 제2 첨가 원소, 제3 첨가 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와, 불가피 불순물을 포함한다. 또한, Cu 코어재에 대하여 말하는 용어 「불가피 불순물」에는, 후술하는 피복층을 구성하는 원소도 포함된다.
<피복층>
본 발명의 와이어는, Cu 코어재의 표면에 형성된 Cu 이외의 도전성 금속을 함유하는 피복층(이하, 간단히 「피복층」이라고도 함)을 포함한다.
와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래하기 때문에, 본 발명의 와이어에 있어서의 피복층은, AES에 의해 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일(이하, 간단히 「깊이 방향의 농도 프로파일」이라고도 함)에 있어서 이하의 (1) 내지 (3)의 조건을 만족시키고, 이들에 더하여 이하의 (4) 및 (5)의 조건을 만족시키는 것이 중요하다.
(1) 피복층의 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)의 합계 CPd+CNi의 평균값이 50원자％ 이상
(2) 피복층의 측정점에 관한 CPd와 CNi의 비 CPd/CNi의 평균값이 0.2 이상 20 이하
(3) 피복층의 두께 dt가 20nm 이상 180nm 이하
(4) 해당 와이어의 표면에 있어서의 Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상 85원자％ 이하
(5) 해당 와이어의 표면을 EBSD법에 의해 분석하여 얻어지는, 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈(이하, 간단히 「결정립의 폭」이라고도 함)가 35nm 이상 200nm 이하
본 발명에 있어서, AES에 의해 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일을 취득함에 있어서, 그 깊이 방향의 측정점이, 피복층에 있어서 50점 이상이 되도록 측정하는 것이 적합하다. 일반적으로 AES에 의한 깊이 방향의 분석은 서브나노 오더의 측정 간격으로 분석하는 것이 가능하므로, 본 발명이 대상으로 하는 피복층의 두께와의 관계에 있어서 측정점을 50점 이상으로 하는 것은 비교적 용이하다. 가령, 측정한 결과, 측정 점수가 50점 미만인 경우에는, 스퍼터 속도를 낮추거나 스퍼터 시간을 짧게 하거나 하여 측정 점수가 50점 이상이 되도록 하고, 다시 측정을 행한다. 이에 의해, AES에 의해 깊이 방향의 측정점이, 피복층에 있어서 50점 이상이 되도록 측정하고, 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일을 얻을 수 있다. 따라서, 적합한 일 실시 형태에 있어서, 본 발명의 와이어에 있어서의 피복층은, AES에 의해 깊이 방향의 측정점이, 피복층에 있어서 50점 이상이 되도록 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 상기 (1) 내지 (3)의 조건을 만족시킨다.
-조건 (1)-
조건 (1)은, 피복층의 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)의 합계 CPd+CNi의 평균값에 관한 것이다.
조건 (2) 내지 (5)와의 조합에 있어서, 조건 (1)을 만족시키는 피복층을 포함함으로써, 본 발명의 와이어는, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래할 수 있다.
조건 (1)에 대해서, 합계 CPd+CNi의 평균값은, 가혹한 고온 환경에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래하는 관점에서, 50원자％ 이상이며, 바람직하게는 55원자％ 이상, 보다 바람직하게는 60원자％ 이상이다. 해당 평균값이 50원자％ 미만이면, 고온 환경 하에 있어서의 2nd 접합부의 접합 신뢰성이 악화되는 경향이 있다. 해당 평균값의 상한은, 조건 (2) 내지 (5)를 만족시키는 한에 있어서 특별히 한정되지 않지만, 통상 95원자％ 이하이며, 바람직하게는 94원자％ 이하, 92원자％ 이하 또는 90원자％ 이하이다.
-조건 (2)-
조건 (2)는, 피복층의 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)의 비 CPd/CNi의 평균값에 관한 것이다.
조건 (1), (3) 내지 (5)와의 조합에 있어서, 조건 (2)를 만족시키는 피복층을 포함함으로써, 본 발명의 와이어는, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래할 수 있다.
조건 (2)에 대해서, 비 CPd/CNi의 평균값은, 고온 환경 하에 있어서의 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하는 관점에서, 20 이하이며, 바람직하게는 15 이하, 보다 바람직하게는 14 이하, 12 이하 또는 10 이하이다. 비 CPd/CNi가 20 초과이면, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서 갈바니 부식을 억제할 수 없어 2nd 접합부에 있어서 충분한 고온 접합 신뢰성이 얻어지지 않는 경향이 있다. 또한, 비 CPd/CNi의 평균값의 하한은, 고온 환경 하에 있어서의 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하는 관점에서, 0.2 이상이며, 바람직하게는 0.4 이상, 0.5 이상 또는 0.6 이상, 보다 바람직하게는 0.8 이상, 1.0 이상 또는 1.0 초과이다.
-조건 (3)-
조건 (3)은 피복층의 두께에 관한 것이다. 조건 (1), (2), (4), (5)와의 조합에 있어서 조건 (3)을 만족시키는 피복층을 포함함으로써, 본 발명의 와이어는, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래할 수 있다.
조건 (3)에 대해서, 피복층의 두께 dt(와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 기초하는 산출 방법은 후술한다.)는, 고온 환경 하에 있어서의 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하는 관점에서, 20nm 이상이며, 바람직하게는 25nm 이상, 30nm 이상, 32nm 이상, 34nm 이상, 36nm 이상 또는 38nm 이상, 보다 바람직하게는 40nm 이상, 45nm 이상, 50nm 이상 또는 55nm 이상, 더욱 바람직하게는 60nm 이상, 65nm 이상 또는 70nm 이상이다. 피복층의 두께 dt가 20nm 미만이면, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서 갈바니 부식을 억제할 수 없어 2nd 접합부에 있어서 충분한 고온 접합 신뢰성이 얻어지지 않는 경향이 있다. 또한, 피복층의 두께 dt의 상한은, 고온 환경 하에 있어서의 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하는 관점에서, 180nm 이하이며, 바람직하게는 170nm 이하, 160nm 이하 또는 150nm 이하, 보다 바람직하게는 140nm 이하, 135nm 이하 또는 130nm 이하이다. 피복층의 두께가 180nm 초과이면, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서 갈바니 부식을 억제할 수 없어 2nd 접합부에 있어서 충분한 고온 접합 신뢰성이 얻어지지 않는 경향이 있다.
조건 (1)에 있어서의 합계 CPd+CNi의 평균값, 조건 (2)에 있어서의 비 CPd/CNi의 평균값, 조건 (3)에 있어서의 피복층의 두께 dt는, 와이어의 표면으로부터 Ar 스퍼터링에 의해 깊이 방향(와이어 중심으로의 방향)으로 파내려 가면서, AES에 의해 조성 분석을 행함으로써 확인·결정할 수 있다. 상세하게는, 1) 와이어 표면의 조성 분석을 한 후, 2) Ar에 의한 스퍼터링과 3) 스퍼터링 후의 표면의 조성 분석을 반복함으로써, 와이어의 표면으로부터 깊이(중심) 방향의 각 원소의 농도 변화(소위, 깊이 방향의 농도 프로파일)를 취득하고, 해당 농도 프로파일에 기초하여 확인·결정할 수 있다. 본 발명에 있어서, 깊이 방향의 농도 프로파일을 취득함에 있어서, 깊이의 단위는 SiO2 환산으로 하였다.
1) 와이어 표면의 조성 분석이나 3) 스퍼터링 후의 표면의 조성 분석을 행함에 있어서, 측정면의 위치 및 치수는 이하와 같이 결정한다. 또한, 이하에 있어서, 측정면의 폭이란, 와이어 축에 수직인 방향(와이어의 굵기 방향, 와이어 원주 방향)에 있어서의 측정면의 치수를 말하고, 측정면의 길이란, 와이어 축의 방향(와이어의 길이 방향, 와이어 길이 방향)에 있어서의 측정면의 치수를 말한다. 도 1을 참조하여 추가로 설명한다. 도 1은, 와이어(1)의 평면으로 본 개략도이며, 와이어 축의 방향(와이어의 길이 방향)이 도 1의 수직 방향(상하 방향)에, 또한 와이어 축에 수직인 방향(와이어의 굵기 방향)이 도 1의 수평 방향(좌우 방향)에 각각 대응하도록 나타내고 있다. 도 1에는, 와이어(1)와의 관계에 있어서 측정면(2)을 나타내지만, 측정면(2)의 폭은, 와이어 축에 수직인 방향에 있어서의 측정면의 치수(wa)이며, 측정면(2)의 길이는, 와이어 축의 방향에 있어서의 측정면의 치수(la)이다. 또한, 측정면에 대하여 하는 「측정면의 폭」이나 「측정면의 길이」의 의의는, 후술하는 조건 (5)에 있어서의 EBSD법에 의한 분석에 대해서도 마찬가지이다.
AES에 의한 측정 시에, 와이어 축에 수직인 방향에 있어서의 와이어의 폭의 중심이 측정면의 폭의 중심이 되도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭이 와이어 직경의 5％ 이상 15％ 이하로 되도록 측정면을 결정한다. 측정면의 길이는 측정면의 폭의 5배로 되도록 설정한다. 도 1에 있어서, 와이어의 폭은 부호 W로 나타내고, 와이어의 폭의 중심을 일점 쇄선 X로 나타내고 있다. 따라서, 측정면(2)은, 그 폭의 중심이 와이어의 폭의 중심인 일점 쇄선 X와 일치하도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭(wa)이 와이어 직경(와이어의 폭(W)과 동일한 값)의 5％ 이상 15％ 이하, 즉 0.05W 이상 0.15W 이하로 되도록 결정한다. 또한, 측정면의 길이 la는 la=5wa의 관계를 만족시킨다. 측정면의 위치 및 치수를 상기한 바와 같이 결정함으로써, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하기에 적합한, 조건 (1) 내지 (3)의 성부를 고정밀도로 측정할 수 있다.
일 실시 형태에 관한 본 발명의 와이어에 대하여 구해진, 깊이 방향의 농도 프로파일에 대해서, 그 경향을 이하에 설명한다. 와이어의 표면으로부터 매우 얕은 위치에 걸쳐서, Au 농도가 저하됨과 함께 Pd와 Ni의 농도가 상승하는 경향이 있다(Au에 대해서는 조건 (4)와 관련하여 후술한다.). 깊이 방향으로 진행되면, 일정의 깊이 위치까지는, Pd와 Ni가 소정의 비율로 고농도로 공존하는 경향이 있다. 또한 깊이 방향으로 진행되면, Pd와 Ni의 농도가 저하됨과 함께 Cu의 농도가 상승하는 경향이 있다.
이러한 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 코어재인 Cu의 농도 CCu(원자％)에 착안하여, Cu 코어재와 피복층의 경계를 판정하고, 피복층의 두께 dt나 피복층에 관한 측정점을 구할 수 있다. 먼저, Cu 코어재와 피복층의 경계를, CCu를 기준으로 판정한다. CCu가 50원자％의 위치를 경계로 판정하고, CCu가 50원자％ 이상인 영역을 Cu 코어재, 50원자％ 미만인 영역을 피복층으로 한다. 본 발명에 있어서 Cu 코어재와 피복층의 경계는 반드시 결정립계일 필요는 없다. 그리고, 피복층의 두께는, 와이어 표면으로부터 와이어 중심측을 향해 농도 프로파일을 확인하고, 와이어 표면 위치 Z0으로부터, 코어재인 Cu의 농도 CCu가 50원자％에 처음으로 도달한 깊이 위치 Z1까지의 거리로서 구할 수 있다. 여기서, 와이어 표면 위치 Z0으로부터 깊이 위치 Z1까지의 측정점이, 피복층에 관한 측정점에 해당한다. 본 발명에 있어서, 깊이 방향의 농도 프로파일로부터 피복층의 두께를 결정함에 있어서, 깊이의 단위는 SiO2 환산으로 하였다. 또한, 와이어 길이 방향으로 서로 1mm 이상 이격된 복수 개소(n≥3)의 측정면에 대하여 농도 프로파일을 취득하고, 그 산술 평균값을 채용하는 것이 적합하다.
또한, 이러한 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)에 착안하여, 피복층의 전체 측정점에 관한 CPd와 CNi의 합계값을 산술 평균함으로써 해당 합계 CPd+CNi의 평균값을, 또한 피복층의 전체 측정점에 관한 비 CPd/CNi의 값을 산술 평균함으로써 비 CPd/CNi의 평균값을 구할 수 있다.
조건 (1)에 있어서의 합계 CPd+CNi의 평균값, 조건 (2)에 있어서의 비 CPd/CNi의 평균값, 조건 (3)에 있어서의 피복층의 두께 dt는, 후술하는 [오제 전자 분광법(AES)에 의한 피복층의 두께 분석]란에 기재된 조건에서 측정한 결과에 기초하는 것이다.
-조건 (4)-
조건 (4)는 와이어의 표면에 있어서의 Au의 농도 CAu(원자％)에 관한 것이다.
조건 (1) 내지 (3), (5)와의 조합에 있어서, 조건 (4)를 만족시키는 피복층을 포함함으로써, 본 발명의 와이어는, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래할 수 있다.
조건 (4)에 대해서, 고온 환경 하에 있어서의 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하는 관점에서, 본 발명의 와이어 표면에 있어서의 Au의 농도 CAu는, 10원자％ 이상이며, 바람직하게는 15원자％ 이상, 보다 바람직하게는 20원자％ 이상, 더욱 바람직하게는 25원자％ 이상, 더욱 보다 바람직하게는 30원자％ 이상, 32원자％ 이상, 34원자％ 이상, 35원자％ 이상, 36원자％ 이상, 38원자％ 이상 또는 40원자％ 이상이다. 해당 CAu가 10원자％ 미만이면, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서 갈바니 부식을 억제할 수 없어 2nd 접합부에 있어서 충분한 고온 접합 신뢰성이 얻어지지 않는 경향이 있다. 해당 CAu의 상한은, 고온 환경 하에 있어서의 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하는 관점에서, 85원자％ 이하이며, 바람직하게는 80원자％ 이하, 78원자％ 이하 또는 76원자％ 이하, 보다 바람직하게는 75원자％ 이하, 74원자％ 이하, 72원자％ 이하 또는 70원자％ 이하이다. 해당 CAu가 85원자％ 초과이면, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서 갈바니 부식을 억제할 수 없어 2nd 접합부에 있어서 충분한 고온 접합 신뢰성이 얻어지지 않는 경향이 있다.
조건 (4)에 있어서의 와이어 표면의 Au의 농도 CAu는, 와이어 표면을 측정면으로 하여, 오제 전자 분광법(AES)에 의해 와이어 표면의 조성 분석을 행하여 구할 수 있다. 여기서, 표면에 있어서의 Au의 농도를 구할 때에, 탄소(C), 황(S), 산소(O), 질소(N) 등 가스 성분, 비금속 원소 등은 고려하지 않는다.
와이어 표면의 조성 분석은, 깊이 방향의 농도 프로파일을 취득하는 방법에 관련하여 설명한, 1) 와이어 표면의 조성 분석과 마찬가지의 조건에서 실시할 수 있다. 즉, 와이어 표면에 대하여 오제 전자 분광법(AES)에 의해 조성 분석을 행함에 있어서, 측정면의 위치 및 치수는 이하와 같이 결정한다.
와이어 축에 수직인 방향에 있어서의 와이어의 폭의 중심이 측정면의 폭의 중심이 되도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭이 와이어 직경의 5％ 이상 15％ 이하로 되도록 측정면을 결정한다. 측정면의 길이는 측정면의 폭의 5배로 되도록 설정한다. 측정면의 위치 및 치수를 상기한 바와 같이 결정함으로써, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하기에 적합한, 와이어 표면에 있어서의 Au의 농도를 고정밀도로 측정할 수 있다. 또한, 와이어 길이 방향으로 서로 1mm 이상 이격된 복수 개소(n≥3)의 측정면에 대하여 조성 분석을 행하여, 그 산술 평균값을 채용하는 것이 적합하다.
상기 조건 (4)에 있어서의 와이어 표면의 Au의 농도 CAu는, 후술하는 [오제 전자 분광법(AES)에 의한 와이어 표면의 조성 분석]란에 기재된 조건에서 측정한 결과에 기초하는 것이다.
-조건 (5)-
조건 (5)는 와이어의 표면을 EBSD법에 의해 분석하여 얻어지는, 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈(「결정립의 폭」)에 관한 것이다.
조건 (1) 내지 (4)와의 조합에 있어서, 조건 (5)를 만족시키는 피복층을 포함함으로써, 본 발명의 와이어는, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래할 수 있다. 와이어 표면의 결정립은 와이어 길이 방향으로 신장된 조직을 형성하고 있다. 발명자들의 연구에 의해, 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈인 결정립의 폭을 축소하는 것이 2nd 접합부의 접합 신뢰성의 개선에 유효한 것을 알아내었다. 비교로서, 와이어 길이 방향의 결정립의 평균 길이, 혹은 원 상당으로 환산된 결정립의 평균 입경을 제어하는 것으로는, 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 개선하는 것은 곤란한 것을 확인하였다.
조건 (5)에 대해서, 고온 환경 하에 있어서의 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하는 관점에서, 본 발명의 와이어 표면을 EBSD법에 의해 분석하여 얻어지는, 결정립의 폭은 200nm 이하이며, 바람직하게는 180nm 이하, 160nm 이하 또는 150nm 이하, 보다 바람직하게는 140nm 이하 또는 130nm 이하, 더욱 바람직하게는 120nm 이하, 115nm 이하 또는 110nm 이하이다. 특히, 해당 결정립의 폭이 140nm 이하이면, 고온 환경 하에서 한층 더 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하기 쉬워 적합하고, 그 중에서도 해당 결정립의 폭이 120nm 이하이면, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 한층 더 우수한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하기 쉬운 것을 본 발명자들은 확인하였다.
상술한 대로, 종래의 신뢰성 평가 조건인 175℃의 고온 가열에서는 문제가 발생하지 않는 와이어에서도, 200℃의 고온 가열에서는 문제가 발생하는 경우가 많은 것을 본 발명자들은 확인하였다. 이에 대해, 상기 조건 (1) 내지 (4)와의 조합에 있어서, 결정립의 폭을 일정 범위로 작게 하여 조건 (5)를 만족시키도록 함으로써, 200℃의 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래할 수 있다는 현저하게 우수한 효과를 달성할 수 있는 것을 알아낸 것이다.
이러한 효과가 발휘되는 이유에 대해서는 분명치는 않지만, 조건 (1) 내지 (4)를 만족시키는, 표면에 Au를 함유함과 함께 Pd와 Ni를 소정 비율로 주성분으로서 함유하는 피복층을 포함하는 Cu계 본딩 와이어에 있어서, 와이어 표면의 결정립의 폭이 일정값 이하인 경우에는, 2nd 접합 시의 피복층의 파손이 억제되거나 하여 고온 환경 하에서도 갈바니 부식의 발생을 현저하게 억제할 수 있는 것으로 생각된다. Pd와 Ni를 함유하는 합금(이하, 「Pd-Ni 함유 합금」이라고도 함)이 초래하는, 갈바니 부식, 내수성 등에 관련되는 2nd 접합 신뢰성을 향상시키는 작용에 대하여, Pd-Ni 함유 합금의 결정립의 폭을 일정 범위로 저감시키는 것이 유효하다. 이 점에서, Pd만 함유하는 피복층의 경우에는, 결정립의 폭을 일정 범위로 저감시켜도 2nd 접합부의 접합 신뢰성은 개선되지 않는 것을 확인하였으며, 결정립의 폭을 일정 범위로 저감시키는 경우에 발휘되는 상기 효과는, Pd-Ni 함유 합금에 있어서 특이적으로 발현하는 것임을 밝혔다.
해당 결정립의 폭의 하한은, 고온 환경 하에 있어서의 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하는 관점, 1st 접합부에 있어서의 양호한 압착 형상을 실현하는 관점에서, 35nm 이상이며, 바람직하게는 40nm 이상, 42nm 이상 또는 44nm 이상, 보다 바람직하게는 45nm 이상, 46nm 이상 또는 48nm 이상, 더욱 바람직하게는 50nm 이상, 52nm 이상, 54nm 이상 또는 55nm 이상이다. 해당 결정립의 폭이 35nm 미만이면, 고온 환경 하에 있어서의 2nd 접합부의 접합 신뢰성이 악화되는 경향이 있다. 또한, 해당 결정립의 폭이 35nm 미만이면, 1st 접합에 있어서의 압착 형상도 악화되기 쉬운 것을 확인하였다.
조건 (5)에 있어서의 와이어 표면의 결정립의 폭은, 와이어의 표면을 후방 산란 전자선 회절(EBSD: Electron Backscattered Diffraction)법에 의해 분석하여 얻어진다. EBSD법에 사용하는 장치는, 주사형 전자 현미경과 그것에 구비된 검출기에 의해 구성된다. EBSD법은, 시료에 전자선을 조사했을 때에 발생하는 반사 전자의 회절 패턴을 검출기 위에 투영하고, 그 회절 패턴을 해석함으로써, 각 측정점의 결정 방위를 결정하는 방법이다. EBSD법에 의해 얻어진 데이터의 해석에는, EBSD 측정 장치에 부속의 해석 소프트웨어(가부시키가이샤 TSL 솔루션즈제 OIM analysis 등)를 사용할 수 있다.
EBSD법에 의해 와이어 표면의 결정립의 폭을 측정함에 있어서, 측정면의 위치 및 치수는 이하와 같이 결정한다.
먼저, 측정에 제공하는 본딩 와이어를 시료 홀더에 직선상으로 고정한다. 이어서, 와이어 축에 수직인 방향에 있어서의 와이어의 폭의 중심이 측정면의 폭의 중심이 되도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭이 와이어 직경의 20％ 이상 40％ 이하로 되도록 측정면을 결정한다. 측정면의 위치 및 치수를 상기한 바와 같이 결정함으로써, 와이어 표면의 곡률 영향을 억제할 수 있고, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하기에 적합한, 와이어 표면의 결정립의 폭을 고정밀도로 측정·산출할 수 있다. 또한, 측정면의 길이는 측정면의 폭의 2 내지 5배로 되도록 설정하면 된다. 측정 배율은 5000배 내지 2만배의 범위, 측정점 간격은 0.02 내지 0.05㎛의 범위에서 측정하는 것이 적합하다.
도 1을 참조하여 추가로 설명한다. 상술한 대로, 도 1에 있어서, 와이어의 폭은 부호 W로 나타내고, 와이어의 폭의 중심을 일점 쇄선 X로 나타내고 있다. 따라서, 측정면(2)은, 그 폭의 중심이 와이어의 폭의 중심인 일점 쇄선 X와 일치하도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭(wa)이 와이어 직경(와이어의 폭(W)과 동일한 값)의 20％ 이상 40％ 이하, 즉 0.2W 이상 0.4W 이하로 되도록 결정한다. 또한, 측정면의 길이 la는 2wa≤la≤5wa의 관계를 만족시킨다. 측정면의 위치 및 치수를 상기한 바와 같이 결정함으로써, 와이어 표면의 곡률 영향을 억제할 수 있고, 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하기에 적합한, 와이어 표면의 결정립의 폭을 고정밀도로 측정·산출할 수 있다.
EBSD법에 의해 와이어 표면의 결정립의 폭을 측정함에 있어서는, 와이어 표면의 오염, 부착물, 요철, 흠집 등의 영향을 회피하기 위해서, 측정면 내에서, 어떤 신뢰도를 기준으로 동정할 수 있었던 결정 방위만을 채용하고, 결정 방위를 측정할 수 없는 부위, 혹은 측정할 수 있어도 방위 해석의 신뢰도가 낮은 부위 등은 제외하고 계산하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 해석 소프트웨어로서 TSL 솔루션즈사제 OIM analysis를 사용하는 경우, CI값(신뢰성 지수, Confidence Index)이 0.1 미만인 측정점을 제외하고 해석하는 것이 적합하다. 또한, 제외되는 데이터가, 예를 들어 전체의 3할을 초과하는 경우에는, 측정 대상에 어떤 오염이 있었을 가능성이 높기 때문에, 측정 시료의 준비로부터 다시 실시하는 것이 바람직하다. 여기에서의 「와이어 표면의 결정립」이란, 와이어 표면에 노출되어 있는 결정립뿐만 아니라, EBSD 측정에서 결정립으로서 인식되는 결정립을 총칭하고 있다.
또한, EBSD법에 의해 와이어 표면의 결정립의 폭을 측정함에 있어서는, 인접하는 측정점간의 방위차가 5도 이상인 경계를 결정립계로 간주하여, 결정립의 폭을 구하는 것이 적합하다. 해석 소프트웨어에 의한 와이어 표면의 결정립의 폭 산출은, 일반적으로, (i) 측정면의 폭 방향(와이어 원주 방향)에 라인을 긋고, 그 라인 상에 있어서의 결정립계의 간격으로부터 각 결정립의 와이어 원주 방향의 사이즈를 구하고, (ii)각 결정립의 와이어 원주 방향의 사이즈를 산술 평균하여 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈를 산출함으로써 행해진다. 이것을, 와이어 길이 방향으로 서로 이격시킨 복수의 라인(N수는 바람직하게는 10 이상, 보다 바람직하게는 20 이상)에 대하여 실시하고, 그 평균값을 결정립의 폭으로서 채용한다.
조건 (5)에 있어서의 와이어 표면의 결정립의 폭은, 후술하는 [후방 산란 전자선 회절(EBSD)법에 의한 와이어 표면의 결정 해석]란에 기재된 조건에서 측정한 결과에 기초하는 것이다.
피복층은, 예를 들어 후술하는 제1 첨가 원소, 제2 첨가 원소, 제3 첨가 원소로부터 선택되는 1종 이상의 도펀트를 함유해도 된다. 이들 도펀트의 적합한 함유량은 후술한 대로이다.
일 실시 형태에 있어서, 피복층은 Pd, Ni 및 Au와, 불가피 불순물를 포함한다. 다른 일 실시 형태에 있어서, 피복층은, Pd, Ni 및 Au와, 후술하는 제1 첨가 원소, 제2 첨가 원소, 제3 첨가 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와, 불가피 불순물을 포함한다. 또한, 피복층에 대하여 말하는 용어 「불가피 불순물」에는, 상술한 Cu 코어재를 구성하는 원소도 포함된다.
본 발명의 와이어는, B, P, In 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(「제1 첨가 원소」)를 더 함유해도 된다. 본 발명의 와이어가 제1 첨가 원소를 함유하는 경우, 와이어 전체에 대한 제1 첨가 원소의 총계 농도는 1질량ppm 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 보다 양호한 1st 접합부의 압착 형상을 초래하는 본딩 와이어를 실현할 수 있다. 와이어 전체에 대한 제1 첨가 원소의 총계 농도는 2질량ppm 이상인 것이 보다 바람직하고, 3질량ppm 이상, 5질량ppm 이상, 8질량ppm 이상, 10질량ppm 이상, 15질량ppm 이상 또는 20질량ppm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 와이어의 경질화를 억제하여 1st 접합 시의 칩 손상을 저감시키는 관점에서, 제1 첨가 원소의 총계 농도는 100질량ppm 이하인 것이 바람직하고, 90질량ppm 이하, 80질량ppm 이하, 70질량ppm 이하, 60질량ppm 이하 또는 50질량ppm 이하인 것이 보다 바람직하다. 따라서 적합한 일 실시 형태에 있어서, 본 발명의 와이어는 제1 첨가 원소를 포함하고, 와이어 전체에 대한 제1 첨가 원소의 총계 농도가 1질량ppm 이상 100질량ppm 이하이다.
본 발명의 와이어가 제1 첨가 원소를 함유하는 경우, 제1 첨가 원소는 Cu 코어재 및 피복층의 어느 한쪽에 함유되어 있어도 되고, 그 양쪽에 함유되어 있어도 된다. 한층 더 양호한 1st 접합부의 압착 형상을 초래하는 본딩 와이어를 실현하는 관점에서, 제1 첨가 원소는 Cu 코어재 중에 함유되어 있는 것이 적합하다.
본 발명의 와이어는, Se, Te, As 및 Sb로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(「제2 첨가 원소」)를 더 함유해도 된다. 본 발명의 와이어가 제2 첨가 원소를 함유하는 경우, 와이어 전체에 대한 제2 첨가 원소의 총계 농도는 1질량ppm 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 고온 고습 환경 하에서의 1st 접합부의 접합 신뢰성을 개선할 수 있다. 와이어 전체에 대한 제2 첨가 원소의 총계 농도는 2질량ppm 이상인 것이 보다 바람직하고, 3질량ppm 이상, 5질량ppm 이상, 8질량ppm 이상, 10질량ppm 이상, 15질량ppm 이상 또는 20질량ppm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 양호한 1st 접합부의 압착 형상을 실현하는 관점에서, 제2 첨가 원소의 총계 농도는 100질량ppm 이하인 것이 바람직하고, 90질량ppm 이하, 80질량ppm 이하, 70질량ppm 이하, 60질량ppm 이하 또는 50질량ppm 이하인 것이 보다 바람직하다. 따라서 적합한 일 실시 형태에 있어서, 본 발명의 와이어는 제2 첨가 원소를 포함하고, 와이어 전체에 대한 제2 첨가 원소의 총계 농도가 1질량ppm 이상 100질량ppm 이하이다.
본 발명의 와이어가 제2 첨가 원소를 함유하는 경우, 제2 첨가 원소는 Cu 코어재 및 피복층의 어느 한쪽에 함유되어 있어도 되고, 그 양쪽에 함유되어 있어도 된다. 한층 더 양호한 고온 고습 환경 하에서의 1st 접합부의 접합 신뢰성을 초래하는 본딩 와이어를 실현하는 관점에서, 제2 첨가 원소는 피복층 중에 함유되어 있는 것이 적합하다.
본 발명의 와이어는, Ga, Ge 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(「제3 첨가 원소」)를 더 함유해도 된다. 본 발명의 와이어가 제3 첨가 원소를 함유하는 경우, 와이어 전체에 대한 제3 첨가 원소의 총계 농도는 0.011질량％ 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 고온 환경 하에서의 1st 접합부의 접합 신뢰성을 개선할 수 있다. 와이어 전체에 대한 제3 첨가 원소의 총계 농도는 0.015질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.02질량％ 이상, 0.025질량％ 이상, 0.03질량％ 이상, 0.031질량％ 이상, 0.035질량％ 이상, 0.04질량％ 이상, 0.05질량％ 이상, 0.07질량％ 이상, 0.09질량％ 이상, 0.1질량％ 이상, 0.12질량％ 이상, 0.14질량％ 이상, 0.15질량％ 이상 또는 0.2질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 양호한 1st 접합부의 압착 형상을 실현하는 관점, 양호한 2nd 접합부에 있어서의 접합성을 실현하는 관점에서, 제3 첨가 원소의 총계 농도는 1.5질량％ 이하인 것이 바람직하고, 1.4질량％ 이하, 1.3질량％ 이하 또는 1.2질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 따라서 적합한 일 실시 형태에 있어서, 본 발명의 와이어는 제3 첨가 원소를 포함하고, 와이어 전체에 대한 제3 첨가 원소의 총계 농도가 0.011질량％ 이상 1.5질량％ 이하이다.
본 발명의 와이어가 제3 첨가 원소를 함유하는 경우, 제3 첨가 원소는 Cu 코어재 및 피복층의 어느 한쪽에 함유되어 있어도 되고, 그 양쪽에 함유되어 있어도 된다.
와이어 중의 제1 첨가 원소, 제2 첨가 원소, 제3 첨가 원소의 함유량은, 후술하는 [원소 함유량의 측정]에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.
<기타 적합 조건>
이하, 본 발명의 와이어가 추가로 만족시키는 것이 적합한 조건에 대하여 설명한다.
본 발명의 와이어는, 상기 조건 (1) 내지 (5)에 더하여, 이하의 (6) 및 (7)로부터 선택되는 1 이상의 조건을 추가로 만족시키는 것이 바람직하다.
(6) AES에 의해 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da가 0.5nm 이상 25nm 이하
(7) 와이어의 표면의 결정 방위를 EBSD법에 의해 측정한 결과에 있어서, 와이어 길이 방향의 결정 방위 중, 와이어 길이 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111> 결정 방위의 비율이 30％ 이상 95％ 이하
-조건 (6)-
조건 (6)은 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서의, Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da에 관한 것이다.
조건 (1) 내지 (5)에 더하여, 조건 (6)을 만족시키는 피복층을 포함함으로써, 2nd 접합을 보다 저온(예를 들어 175℃)에서 행하는 경우에도, 양호한 2nd 접합부의 초기 접합성(이하, 「2nd 접합성」이라고도 함)을 실현할 수 있다. 또한, 이러한 저온 접합 시에도, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 있어서 양호한 접합 신뢰성을 초래하는 2nd 접합부를 실현할 수 있다.
조건 (6)에 대해서, 저온 접속 시에 있어서의 양호한 2nd 접합성을 실현하는 관점, 저온 접속 시에도 가혹한 고온 환경에 있어서 양호한 접합 신뢰성을 초래하는 2nd 접합부를 실현하는 관점에서, 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서의, Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da는, 바람직하게는 0.5nm 이상, 보다 바람직하게는 1nm 이상, 2nm 이상 또는 3nm 이상, 더욱 바람직하게는 4nm 이상, 5nm 이상 또는 6nm 이상이며, 그 상한은, 바람직하게는 25nm 이하, 20nm 이하, 15nm 이하 또는 14nm 이하, 보다 바람직하게는 12nm 이하이다. 특히, 해당 영역의 두께 da가 4 내지 12nm의 범위에 있으면, 접합 온도가 175℃로 낮은 경우에도, 양호한 2nd 접합성을 실현하기 쉽고, 또한 그 경우에 가혹한 고온 환경에 있어서 양호한 접합 신뢰성을 초래하는 2nd 접합부를 실현하기 쉽기 때문에 적합하다.
Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da는, 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 와이어 표면으로부터 와이어 중심측을 향해 농도 프로파일을 확인하고, 와이어 표면 위치 Z0으로부터, Au의 농도가 10원자％ 미만으로 처음으로 저하된 깊이 위치 Z2까지의 거리로서 구할 수 있다. 또한, 상술한 조건 (1) 내지 (3)과 마찬가지로, 와이어 길이 방향으로 서로 1mm 이상 이격된 복수 개소(n≥3)의 측정면에 대하여 깊이 방향의 농도 프로파일을 취득하고, 그 산술 평균값을 채용하는 것이 적합하다.
조건 (6)에 있어서의 Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da는, 후술하는 [오제 전자 분광법(AES)에 의한 피복층의 두께 분석]란에 기재된 조건에서 측정한 결과에 기초하는 것이다.
-조건 (7)-
조건 (7)은, 와이어의 표면의 결정 방위를 EBSD법에 의해 측정한 결과에 있어서, 와이어 길이 방향의 결정 방위 중, 와이어 길이 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111> 결정 방위의 비율(이하, 간단히 「와이어 표면의 <111> 결정 방위의 비율」이라고도 함)에 관한 것이다.
상술한 대로, 본딩 와이어에 의한 접속 프로세스는, 반도체 칩 상의 전극에 1st 접합하고, 다음에 루프를 형성한 후, 리드 프레임이나 기판 상의 외부 전극에 와이어부를 2nd 접합함으로써 완료된다. 조건 (1) 내지 (5)에 더하여, 조건 (7)을 만족시키는 피복층을 포함함으로써, 원하는 루프 형상을 안정적으로 형성할 수 있는 본딩 와이어를 실현할 수 있다.
조건 (7)에 대해서, 양호한 루프 형상 안정성을 나타내는 와이어를 실현하는 관점에서, 와이어 표면의 <111> 결정 방위의 비율은, 바람직하게는 30％ 이상, 보다 바람직하게는 35％ 이상, 더욱 바람직하게는 40％ 이상, 45％ 이상, 50％ 이상, 55％ 이상 또는 60％이며, 그 상한은, 바람직하게는 95％ 이하, 보다 바람직하게는 90％ 이하, 더욱 바람직하게는 85％ 이하, 84％ 이하, 82％ 이하 또는 80％ 이하이다. 특히 와이어 표면의 <111> 결정 방위의 비율이 40％ 이상 85％ 이하의 범위에 있으면, 현저히 양호한 루프 형상 안정성을 나타내는 본딩 와이어를 실현할 수 있다.
와이어 표면의 <111> 결정 방위의 비율은, 와이어의 표면의 결정 방위를 EBSD법에 의해 측정하여 얻어진다. EBSD법에 사용하는 장치나 해석 소프트웨어는, 상기 조건 (5)에 관련하여 설명한 대로이며, 와이어의 표면을 측정면으로 하는 것이나, 해당 측정면의 위치 및 치수도 또한 상술한 바와 같다. 또한, 해석 시에, 측정면 내에서, 어떤 신뢰도를 기준으로 동정할 수 있었던 결정 방위만을 채용하고, 결정 방위를 측정할 수 없는 부위, 혹은 측정할 수 있어도 방위 해석의 신뢰도가 낮은 부위 등은 제외하여 계산하는 것도 또한, 상기 조건 (5)에 관련하여 설명한 대로이다. 본 발명에 있어서, 와이어 표면의 <111> 결정 방위의 비율은, 와이어 길이 방향으로 서로 1mm 이상 이격된 복수 개소(n≥3)의 측정면에 대하여 측정을 행하여, 그 산술 평균값을 채용하는 것이 적합하다.
와이어 표면의 <111> 결정 방위의 비율은, 피복층 중의 Pd와 Ni의 농도비, 신선의 가공도, 가열 조건 등을 조정함으로써, 소기의 범위가 되는 경향이 있다. 와이어 표면의 <111> 결정 방위의 비율을 높이는 조건에 대해서, 예를 들어 피복층 중의 Pd/Ni 농도비를 저감시키는 것, 가공률을 높이는 것, 가열 온도의 저온화, 단시간화 등으로 조정하는 것이 가능하다.
조건 (7)에 있어서의 와이어 표면의 <111> 결정 방위의 비율은, 후술하는 [후방 산란 전자선 회절(EBSD)법에 의한 와이어 표면의 결정 해석]란에 기재된 조건에서 측정한 결과에 기초하는 것이다.
본 발명의 와이어 직경은 특별히 한정되지 않고, 구체적인 목적에 따라서 적절히 결정해도 된다. 해당 직경의 하한은, 예를 들어 15㎛ 이상, 16㎛ 이상 등일 수도 있고, 해당 직경의 상한은, 예를 들어 80㎛ 이하, 70㎛ 이하 또는 50㎛ 이하 등으로 할 수 있다. 상술한 대로, 특정한 조건 (1) 내지 (5)를 모두 만족시키는 본 발명의 와이어는, 세선인 경우에도, 가혹한 고온 환경에 있어서 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래한다. 이러한 본 발명의 효과를 보다 향수할 수 있는 관점에서, 본 발명의 와이어 직경은, 예를 들어 20㎛ 이하, 18㎛ 이하 등이어도 된다.
<와이어의 제조 방법>
본 발명의 반도체 장치용 본딩 와이어의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.
먼저, 고순도(4N 내지 6N; 99.99 내지 99.9999질량％ 이상)의 원료 구리를 연속 주조에 의해 대경(직경 약 3 내지 7mm)으로 가공하고, 잉곳을 얻는다.
상술한 제1 첨가 원소, 제2 첨가 원소, 제3 첨가 원소 등의 도펀트를 첨가하는 경우, 그 첨가 방법으로서는, 예를 들어 Cu 코어재 중에 함유시키는 방법, 피복층 중에 함유시키는 방법, Cu 코어재의 표면에 피착시키는 방법, 및 피복층의 표면에 피착시키는 방법을 들 수 있고, 이들 방법을 복수 조합해도 된다. 어느 첨가 방법을 채용해도, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다. 도펀트를 Cu 코어재 중에 함유시키는 방법에서는, 도펀트를 필요한 농도 함유한 구리 합금을 원료로서 사용하여, Cu 코어재를 제조하면 된다. 원재료인 Cu에 도펀트를 첨가하여 이러한 구리 합금을 얻는 경우, Cu에, 고순도의 도펀트 성분을 직접 첨가해도 되고, 도펀트 성분을 1％ 정도 함유하는 모합금을 이용해도 된다. 도펀트를 피복층 중에 함유시키는 방법에서는, 피복층을 형성할 때의 Pd, Ni, Au의 도금욕 등(습식 도금의 경우)이나 타깃재(건식 도금의 경우) 중에 도펀트를 함유시키면 된다. Cu 코어재의 표면에 피착시키는 방법이나 피복층의 표면에 피착시키는 방법에서는, Cu 코어재의 표면 혹은 피복층의 표면을 피착면으로 하여, (1) 수용액의 도포⇒건조⇒열처리, (2) 도금법(습식), (3) 증착법(건식)으로부터 선택되는 1 이상의 피착 처리를 실시하면 된다.
대경의 잉곳을 단조, 압연, 신선을 행하여 직경 약 0.7 내지 2.0mm의 Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 와이어(이하, 「중간 와이어」이라고도 함)를 제작한다.
Cu 코어재의 표면에 피복층을 형성하는 방법으로서는, 전해 도금, 무전해 도금, 증착법 등을 이용할 수 있지만, 막 두께를 안정적으로 제어할 수 있는 전해 도금을 이용하는 것이 공업적으로는 바람직하다. 예를 들어, 대경의 잉곳 표면에 피복층을 형성해도 되고, 중간 와이어의 표면에 피복층을 형성해도 되고, 혹은 중간 와이어를 신선하여 추가로 세선화한 후(예를 들어 최종적인 Cu 코어재의 직경까지 신선한 후)에, 해당 Cu 코어재 표면에 피복층을 형성해도 된다. 그 중에서도, 상기 조건 (5)에 있어서의 와이어 표면의 결정립의 폭을 소기의 범위로 조정하기 쉽기 때문에, 피복층은, Cu 코어재가 최종 선 직경의 50배 내지 500배의 대경의 단계로 형성하는 것이 바람직하고, 대경의 잉곳 표면에 피복층을 형성하는 것이 적합하다. Cu 코어재가 대경의 단계로 피복층을 형성함으로써, 그 후의 신선 가공 등에 있어서 피복층의 가공도를 높일 수 있고, 최종 선 직경으로 결정립을 미세화하기 쉽기 때문이다.
피복층은, 예를 들어 Cu 코어재의 표면에 Pd와 Ni를 소정 비율로 함유하는 PdNi 합금층을 마련함으로써 형성해도 되고, Cu 코어재와의 밀착성이 우수한 피복층을 형성하는 관점에서, Cu 코어재의 표면에 도전성 금속의 스트라이크 도금을 실시한 후에, Pd와 Ni를 소정 비율로 함유하는 PdNi 합금층을 마련함으로써 형성해도 된다. 또한, Pd와 Ni를 소정 비율로 함유하는 PdNi 합금층을 형성한 후, Pd 및 Ni의 1종 이상을 포함하는 층(예를 들어, Pd층, Ni층, PdNi 합금층)을 더 마련해도 된다. 상술한 대로, 본 발명의 와이어는, 표면에 Au를 함유하는 피복층을 포함한다. 이러한 피복층은, 상술한 것과 마찬가지의 방법에 의해, PdNi 합금층의 표면(형성하는 경우에는 Pd 및 Ni의 1종 이상을 포함하는 층의 표면)에 Au층을 마련함으로써 형성해도 된다.
신선 가공은, 다이아몬드 코팅된 다이스를 복수개 세팅할 수 있는 연속 신선 장치를 사용하여 실시할 수 있다. 필요에 따라서, 신선 가공의 도중 단계에서 열처리를 실시해도 된다. 열처리에 의해 와이어 표면의 Au층과 하층의 PdNi 합금층(마련하는 경우에는 Pd층, Ni층, PdNi 합금층) 사이에서 구성 원소를 서로 확산시켜, 상기 조건 (4)를 만족시키도록, 와이어의 표면에 Au를 포함하는 영역(예를 들어, Au와 Pd와 Ni를 포함하는 합금 영역)을 형성하여, 와이어 표면에 있어서의 Au의 농도를 조정할 수 있다. 그 방법으로서는 일정의 로 내 온도에서 전기로 중, 와이어를 일정의 속도 하에서 연속적으로 소인함으로써 합금화를 촉진시키는 방법이, 확실하게 합금의 조성과 두께를 제어할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 피복층의 표면에 Au층을 마련한 후에 열처리에 의해 Au를 포함하는 영역을 형성하는 방법 대신에, 처음부터 Au와 Pd, Ni의 1종 이상을 함유하는 합금 영역을 피착하는 방법을 채용해도 된다.
이하, Cu 코어재의 표면에 전해 도금에 의해 피복층을 형성하는 실시 형태에 대해서, 상기 조건 (5)에 있어서의 와이어 표면의 결정립의 폭을 소기의 범위로 조정하는 관점에서 적합한 양태에 대하여 예시한다.
이러한 적합한 양태에서는, 전해 도금, 신선 가공, 열처리의 여러 조건을 제어하여, 와이어 표면의 결정립의 폭을 소기의 범위로 조정한다.
먼저 전해 도금 공정에 있어서, Pd, Ni의 핵생성을 유발하여 결정립의 성장을 억제하기 위해서, 도금욕의 온도는 바람직하게는 60℃ 이하, 보다 바람직하게는 50℃ 이하의 저온으로 한다. 도금욕의 온도의 하한은, 원활하게 전해 도금을 실시할 수 있는 한에 있어서 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 10℃ 이상, 15℃ 이상, 20℃ 이상 등으로 할 수 있다. 전해 도금 공정에 있어서는 또한, Pd, Ni의 핵생성을 유발하여 결정립의 성장을 억제하기 위해서, 도금액을 교반하여 액 흐름 상태에서 도금 처리를 실시하는 것이 적합하다. 따라서 적합한 일 실시 형태에 있어서, 전해 도금 공정에서는, 액 흐름 상태에 있는 10 내지 60℃(보다 바람직하게는 10 내지 50℃)의 도금욕에서 도금 처리를 실시한다.
또한 신선 가공과 열처리에 대해서, 와이어의 직경이 최종 선 직경의 5 내지 50배의 범위에 있는 신선 가공 도중에 있어서 중간 열처리를 실시하는 것이 적합하다. 적당한 중간 열처리를 실시함으로써, 피복층 내부의 가공 변형을 조정하여, 최종 선 직경에서의 결정립의 사이즈를 조정하기 쉽기 때문이다.
특히 적합한 일 실시 형태에 있어서, Cu 코어재가 최종 선 직경의 50배 내지 500배의 대경의 단계에서, 액 흐름 상태에 있는 10 내지 60℃의 도금욕에서 전해 도금 처리하여 해당 Cu 코어재의 표면에 피복층을 형성한다. 또한, 해당 와이어를 신선 가공하여, 그 직경이 최종 선 직경의 5 내지 50배의 범위에 있는 신선 가공 도중에 있어서 중간 열처리를 행하는 것이 적합하다.
본 발명의 와이어는, 해당 와이어가 세선인 경우나, 온도 200℃라는 가혹한 고온 환경에 노출되는 경우에 있어서도 갈바니 부식을 억제하여 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래할 수 있다. 따라서 본 발명의 본딩 와이어는, 특히 차량 탑재용 디바이스나 파워 디바이스용의 본딩 와이어로서 적합하게 사용할 수 있다.
[반도체 장치의 제조 방법]
본 발명의 반도체 장치용 본딩 와이어를 사용하여, 반도체 칩 상의 전극과, 리드 프레임이나 회로 기판 상의 전극을 접속함으로써, 반도체 장치를 제조할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 본 발명의 반도체 장치는, 회로 기판, 반도체 칩 및 회로 기판과 반도체 칩을 도통시키기 위한 본딩 와이어를 포함하고, 해당 본딩 와이어가 본 발명의 와이어인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 장치에 있어서, 회로 기판 및 반도체 칩은 특별히 한정되지 않고, 반도체 장치를 구성하기 위해 사용할 수 있는 공지된 회로 기판 및 반도체 칩을 사용해도 된다. 혹은 또한, 회로 기판 대신에 리드 프레임을 사용해도 된다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2020-150116호 공보에 기재되는 반도체 장치와 같이, 리드 프레임과, 해당 리드 프레임에 실장된 반도체 칩을 포함하는 반도체 장치의 구성으로 해도 된다.
반도체 장치로서는, 전기 제품(예를 들어, 컴퓨터, 휴대 전화, 디지털 카메라, 텔레비전, 에어컨, 태양광 발전 시스템 등) 및 탈것(예를 들어, 자동 이륜차, 자동차, 전철, 선박 및 항공기 등) 등에 제공되는 각종 반도체 장치를 들 수 있다.
실시예
이하, 본 발명에 대해서, 실시예를 나타내어 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명이 이하에 나타내는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(샘플)
먼저 샘플의 제작 방법에 대하여 설명한다. Cu 코어재의 원재료가 되는 Cu는, 순도가 99.99질량％ 이상(4N)이며 잔부가 불가피 불순물로 구성되는 것을 사용하였다. 또한, 제1 첨가 원소, 제2 첨가 원소, 제3 첨가 원소를 첨가하는 경우, 이들은 순도가 99질량％ 이상이며 잔부가 불가피 불순물로 구성되는 것, 혹은 Cu에 이들 첨가 원소가 고농도로 배합된 모합금을 사용하였다.
코어재의 Cu 합금은, 먼저 흑연 도가니에 원료를 장전하고, 고주파로를 사용하여, N2 가스나 Ar 가스 등의 불활성 분위기에서 1090 내지 1500℃까지 가열하여 용해시킨 후, 연속 주조에 의해 직경 4 내지 7mm의 잉곳을 제조하였다. 이어서, 얻어진 잉곳에 대하여 전해 도금법에 의해 피복층을 형성하였다. 피복층의 형성은, 잉곳 표면의 산화막을 제거하기 위해서, 염산 또는 황산에 의한 산세 처리를 행한 후, Pd와 Ni를 소정 비율로 함유하는 PdNi 합금의 도금액을 사용하여, 해당 잉곳의 표면 전체를 덮도록 Pd와 Ni를 소정 비율로 함유하는 PdNi 합금층을 형성하고, 또한 해당 PdNi 합금층 상에 Au층을 마련하였다. 여기서, 전해 도금법에 의한 PdNi 합금층, Au층의 형성은, 도금욕 온도를 20 내지 40℃로 하고, 도금액을 교반하여 액 흐름 상태에서 실시하였다.
그 후, 인발 가공, 신선 가공 등을 행하여, 최종 선 직경까지 가공하였다. 와이어 표면 근방의 결정립의 폭을 제어하기 위해, 필요에 따라서, 가공 도중에 있어서, 중간 열처리를 1 내지 2회 행하였다. 중간 열처리의 조건은, 와이어 직경이 0.1 내지 0.3mm에 있어서 열처리 온도를 200 내지 600℃로 하고, 열처리 시간은 1 내지 6초간으로 하였다. 또한 중간 열처리를 행하는 경우, 와이어를 연속적으로 소인하고, N2 가스 혹은 Ar 가스를 흘리면서 행하였다. 최종 선 직경까지 가공 후, 와이어를 연속적으로 소인하고, N2 혹은 Ar 가스를 흘리면서 조질 열처리를 행하였다. 조질 열처리의 열처리 온도는 200 내지 600℃로 하고, 와이어의 이송 속도는 20 내지 200m/분, 열처리 시간은 0.2 내지 0.8초간으로 하였다. 피복층이 얇은 경우 또는 결정립의 폭을 작게 하는 경우에는 열처리 온도를 낮추거나, 혹은 와이어의 이송 속도를 빠르게 설정하고, 피복층이 두꺼운 경우 또는 결정립의 폭을 크게 하는 경우에는 열처리 온도를 높이거나, 혹은 와이어의 이송 속도를 늦게 설정하였다.
(시험·평가 방법)
이하, 시험·평가 방법에 대하여 설명한다.
[오제 전자 분광법(AES)에 의한 와이어 표면의 조성 분석]
와이어 표면에 있어서의 Au의 농도 CAu는, 와이어 표면을 측정면으로 하여, 이하와 같이 오제 전자 분광법(AES)에 의해 측정하여 구하였다.
먼저 측정에 제공하는 본딩 와이어를 시료 홀더에 직선상으로 고정하였다. 이어서, 와이어 축에 수직인 방향에 있어서의 와이어의 폭의 중심이 측정면의 폭의 중심이 되도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭이 와이어 직경의 5％ 이상 15％ 이하로 되도록 측정면을 결정하였다. 측정면의 길이는 측정면의 폭의 5배로 하였다. 그리고, AES 장치(알박·파이제 PHI-700)를 사용하여, 가속 전압 10kV의 조건에서 와이어 표면의 조성 분석을 행하고, 표면 Au 농도(원자％)를 구하였다.
또한, AES에 의한 조성 분석은, 와이어 길이 방향으로 서로 1mm 이상 이격된 3군데의 측정면에 대하여 실시하여, 그 산술 평균값을 채용하였다. 표면에 있어서의 Au의 농도를 구할 때, 탄소(C), 황(S), 산소(O), 질소(N) 등 가스 성분, 비금속 원소 등은 고려하지 않았다.
[오제 전자 분광법(AES)에 의한 피복층의 두께 분석]
피복층의 두께 분석에는 AES에 의한 깊이 분석을 사용하였다. AES에 의한 깊이 분석이란 조성 분석과 스퍼터링을 교호로 행함으로써 깊이 방향의 조성의 변화를 분석하는 것이며, 와이어 표면으로부터 깊이(중심) 방향의 각 원소의 농도 변화(소위, 깊이 방향의 농도 프로파일)를 얻을 수 있다.
구체적으로는, AES에 의해, 1) 와이어 표면의 조성 분석을 한 후, 또한 2) Ar에 의한 스퍼터링과 3) 스퍼터링 후의 표면의 조성 분석을 반복함으로써 깊이 방향의 농도 프로파일을 취득하였다. 2)의 스퍼터링은 Ar+ 이온, 가속 전압 2kV에서 행하였다. 또한, 1), 3)의 표면의 조성 분석에 있어서, 측정면의 치수나 AES에 의한 조성 분석의 조건은, 상기 [오제 전자 분광법(AES)에 의한 와이어 표면의 조성 분석]란에서 설명한 것과 동일하게 하였다. AES에 의해, 깊이 방향의 농도 프로파일을 취득함에 있어서, 깊이 방향의 측정점이, 피복층에 있어서 50점 이상이 되도록 측정하였다.
또한, 깊이 방향의 농도 프로파일의 취득은, 와이어 길이 방향으로 서로 1mm 이상 이격된 3군데의 측정면에 대하여 실시하였다.
-피복층의 두께 dt와 해당 피복층의 측정점의 총 수-
취득한 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 와이어 표면으로부터 와이어 중심측을 향해 농도 프로파일을 확인하고, 와이어 표면 위치 Z0으로부터, 코어재인 Cu의 농도가 50원자％에 처음으로 도달한 깊이 위치까지의 거리 Z1을, 측정된 피복층의 두께로서 구하였다. 또한, 와이어 표면 위치 Z0으로부터 깊이 위치 Z1까지의 측정점의 총 수를, 피복층의 측정점의 총 수로서 구하였다. 피복층의 두께 dt는, 3군데의 측정면에 대하여 취득한 수치의 산술 평균값을 채용하였다. 또한, 실시예의 와이어에 대해서, 피복층의 측정점의 총 수는 50점 내지 100점인 것을 확인하였다.
또한, AES 분석으로 측정되는 깊이는, 스퍼터링 속도와 시간의 곱으로서 구해진다. 일반적으로 스퍼터링 속도는 표준 시료인 SiO2를 사용하여 측정되기 때문에, AES로 분석된 깊이는 SiO2 환산값이 된다. 즉 피복층의 두께 단위에는 SiO2 환산값을 사용하였다.
-CPd+CNi의 평균값-
취득한 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 피복층의 전체 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)의 합계 CPd+CNi를 산술 평균하여, 평균값을 구하였다. CPd+CNi의 평균값은, 3군데의 측정면에 대하여 취득한 수치의 산술 평균값을 채용하였다.
-비 CPd/CNi의 평균값-
취득한 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 피복층의 전체 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)의 비 CPd/CNi를 산술 평균하여, 평균값을 구하였다. 비 CPd/CNi의 평균값은, 3군데의 측정면에 대하여 취득한 수치의 산술 평균값을 채용하였다.
-CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da-
취득한 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 와이어 표면으로부터 와이어 중심측을 향해 농도 프로파일을 확인하고, 와이어 표면 위치 Z0으로부터, Au의 농도가 10원자％ 미만으로 처음으로 저하된 깊이 위치 Z2까지의 거리를, CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께로서 구하였다. CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da는, 3군데의 측정면에 대하여 취득한 수치의 산술 평균값을 채용하였다.
또한, 상기 [오제 전자 분광법(AES)에 의한 와이어 표면의 조성 분석] 및 [오제 전자 분광법(AES)에 의한 피복층의 두께 분석]에 대해서, Pd, Au, Ni, Cu의 각 원소의 검출에 사용한 피크는 이하와 같았다. 즉, 오제 전자의 미분 스펙트럼(이하, 「오제 전자 스펙트럼」이라고 함)에 있어서의 각 원소의 부의 피크(최솟값)의 에너지값에 착안하여, Au(2022eV), Pd(333eV), Ni(849eV), Cu(922eV)의 피크를 사용하였다.
또한, AES 장치에 장비되어 있는 해석 소프트웨어(PHI MultiPak)를 사용하여, 오제 전자 스펙트럼의 해석, 농도의 산출을 행하였다. 해석 시에, 필요에 따라서 최소 제곱법 처리(Linear Least Squares: LLS 처리)를 실시하였다. 상세하게는, Cu와 Ni의 피크를 분리할 때에 LLS 처리를 실시하였다. 구체적으로는, 대상 시료의 분석을 행함에 있어서, 순Cu와 순Ni를 사용하여 오제 전자 스펙트럼을 취득하고, 그 스펙트럼을 원소의 기준 시료의 데이터로서 사용하여 LLS 처리를 실시하였다. 대상 시료에, Cu는 함유하지만 Ni를 함유하지 않는 부위(Cu 함유부)와 Ni는 함유하지만 Cu를 함유하지 않는 부위(Ni 함유부)가 각각 존재하는 경우에는, 해당 Cu 함유부, Ni 함유부의 오제 전자 스펙트럼을 원소의 기준 시료의 데이터로서 사용하여, Ni 원소, Cu 원소의 농도 해석에 있어서 LLS 처리를 실시하였다. 또한, Au를 함유하는 대상 시료에 대해서, 백그라운드 노이즈를 저감시키기 위해 LLS 처리를 실시하였다. 그 때, 오제 전자 스펙트럼 중, Au의 상기 피크 에너지값 근방의 오제 전자 스펙트럼의 파형을 기준으로, LLS 처리를 행하였다.
[후방 산란 전자선 회절(EBSD)법에 의한 와이어 표면의 결정 해석]
와이어 표면의 결정 해석은, 와이어의 표면을 측정면으로 하여, EBSD법에 의해 행하였다.
-와이어 표면의 결정립의 폭-
먼저 측정에 제공하는 본딩 와이어를 시료 홀더에 직선상으로 고정하였다. 이어서, 와이어 축에 수직인 방향(와이어 원주 방향)에 있어서의 와이어의 폭의 중심이 측정면의 폭의 중심이 되도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭이 7㎛, 측정면의 길이가 15㎛가 되도록 측정면을 결정하였다. 그리고, EBSD 측정 장치(히타치 하이테크놀러지즈사제 SU-70)를 사용하여, 측정 배율 15,000배, 측정점 간격 0.03㎛에서 측정하였다. 측정 시에, 가속 전압은 시료의 표면 상태에 따라서 15 내지 30kV의 범위에서 적정화하였다. 이어서, EBSD 측정 장치에 부속의 해석 소프트웨어(TSL 솔루션즈사제 OIM analysis)를 사용하여 CI값(신뢰성 지수, Confidence Index)이 0.1 미만인 측정점을 제외하여 해석하고, 인접하는 측정점간의 방위차가 5도 이상인 경계를 결정립계로 간주하여, 결정립으로서 인식하는 하한 픽셀수 또는 화소수(장치 부속 소프트의 설정에서는, Grain Size의 항목의 Minimum size에 상당)를 2 내지 5의 값으로 설정하고, 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈, 즉 결정립의 폭(nm)을 구하였다. 해석 시에는, 상기한 피복층의 Pd와 Ni의 농도비 CPd/CNi가 1 이상일 때는, Pd의 결정 데이터(fcc, 격자 상수)를 사용하고, CPd/CNi가 1 미만일 때는, Ni의 결정 데이터(fcc, 격자 상수)를 사용하였다.
또한, 해석 소프트웨어에 의한 와이어 표면의 결정립의 폭의 산출은, (i) 측정면의 폭 방향(와이어 원주 방향)으로 라인을 긋고, 그 라인 상에 있어서의 결정립계의 간격으로부터 각 결정립의 와이어 원주 방향의 사이즈를 구하고, (ii) 각 결정립의 와이어 원주 방향의 사이즈를 산술 평균하여 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈를 산출함으로써 행해진다. 와이어 길이 방향으로 서로 이격시킨 복수의 라인(N=20 내지 50)에 대하여 실시하고, 그 평균값을 채용하였다. 또한, 해석 소프트웨어에서는, 라인의 N수를 설정하면 등간격으로 라인이 자동 설정된다.
-와이어 표면의 결정 방위-
상기와 마찬가지로 하여, 측정에 제공하는 본딩 와이어를 시료 홀더에 고정하고, 측정면을 결정한 후에, 측정면의 결정 방위를 관찰하고, 와이어 길이 방향의 결정 방위 중, 와이어 길이 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111> 결정 방위의 비율을 구하였다.
또한, EBSD법에 의한 결정 방위의 측정은, 와이어 길이 방향으로 서로 1mm 이상 이격된 3군데의 측정면에 대하여 실시하고, 그 평균값을 채용하였다.
[원소 함유량의 측정]
와이어 중의 제1 첨가 원소, 제2 첨가 원소, 제3 첨가 원소의 함유량은, 본딩 와이어를 강산으로 용해시킨 액을 ICP 발광 분광 분석 장치, ICP 질량 분석 장치를 사용하여 분석하고, 와이어 전체에 포함되는 원소의 농도로서 검출하였다. 분석 장치로서, ICP-OES((주)히타치 하이테크 사이언스제 「PS3520UVDDII」) 또는 ICP-MS(애질런트·테크놀로지스(주)제 「Agilent 7700x ICP-MS」)를 사용하였다.
[2nd 접합부의 접합 신뢰성]
2nd 접합부의 접합 신뢰성은, 고온 방치 시험(HTSL: High Temperature Storage Life Test)에 의해 평가하였다.
-200℃ 접합 시의 2nd 접합부의 접합 신뢰성-
리드 프레임의 리드 부분에, 시판되고 있는 와이어 본더를 사용하여 웨지 접합한 샘플을, 시판되고 있는 열경화성 에폭시 수지에 의해 밀봉하고, 2nd 접합부의 접합 신뢰성 시험용의 샘플을 제작하였다. 리드 프레임에는, 1 내지 3㎛의 Ag 도금을 실시한 Fe-42원자％ Ni 합금 리드 프레임을 사용하고, 스테이지 온도 200℃, N2+5％ H2 가스 0.5L/분 유통 하에 본딩을 행하였다. 제작한 2nd 접합부의 접합 신뢰성 시험용의 샘플을, 고온 항온기를 사용하여, 온도 200℃의 고온 환경에 폭로하였다. 2nd 접합부의 접합 수명은, 500시간마다 웨지 접합부의 풀 시험을 실시하고, 풀 강도의 값이 초기에 얻어진 풀 강도의 1/2가 되는 시간으로 하였다. 풀 강도의 값은 무작위로 선택한 웨지 접합부의 50군데의 측정값의 산술 평균값을 사용하였다. 고온 방치 시험 후의 풀 시험은, 산 처리에 의해 수지를 제거하여, 웨지 접합부를 노출시키고 나서 행하였다. 그리고, 이하의 기준에 따라서 평가하였다.
평가 기준:
◎◎: 접합 수명 2000시간 이상
◎: 접합 수명 1000시간 이상 2000시간 미만
○: 접합 수명 500시간 이상 1000시간 미만
×: 접합 수명 500시간 미만
-175℃ 접합(저온 접합) 시의 2nd 접합부의 접합 신뢰성-
2nd 접합 시의 스테이지 온도를 175℃로 한 것 이외에는, 상기와 마찬가지로 하여, 2nd 접합부의 접합 신뢰성 시험용의 샘플을 제작하고, 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 평가하였다.
[1st 접합부의 접합 신뢰성]
1st 접합부의 접합 신뢰성은, 고온 고습 시험(HAST; Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test) 및 고온 방치 시험(HTSL: High Temperature Storage Life Test)의 양쪽에 의해 평가하였다.
-HAST-
일반적인 금속 프레임 상의 실리콘 기판에 두께 1.5㎛의 Al-1.0질량％ Si-0.5질량％ Cu의 합금을 성막하여 마련한 전극에, 시판되고 있는 와이어 본더를 사용하여 볼 접합한 샘플을, 시판되고 있는 열경화성 에폭시 수지에 의해 밀봉하고, 1st 접합부의 접합 신뢰성 시험용의 샘플을 제작하였다. 볼은 전류값 30 내지 75mA, EFO의 갭을 762㎛, 테일의 길이를 254㎛로 설정하고, N2+5％ H2 가스를 유량 0.4 내지 0.6L/분으로 흘리면서 형성하고, 그 직경은 와이어 선 직경에 대하여 1.5 내지 1.9배의 범위로 하였다. 제작한 1st 접합부의 접합 신뢰성 평가용 샘플을, 불포화형 프레셔 쿠커 시험기를 사용하여, 온도 130℃, 상대 습도 85％의 고온 고습 환경에 폭로하고, 7V의 바이어스를 걸었다. 1st 접합부의 접합 수명은, 48시간마다 볼 접합부의 전단 시험을 실시하고, 전단 강도의 값이 초기에 얻어진 전단 강도의 1/2가 되는 시간으로 하였다. 전단 강도의 값은 무작위로 선택한 볼 접합부의 50군데의 측정값의 산술 평균값을 사용하였다. 전단 시험은, 산 처리에 의해 수지를 제거하여, 볼 접합부를 노출시키고 나서 행하였다. 그리고, 이하의 기준에 따라서 평가하였다.
평가 기준:
◎: 접합 수명 384시간 이상
○: 접합 수명 240시간 이상 384시간 미만
×: 접합 수명 240시간 미만
-HTSL-
상기와 마찬가지의 수순으로 제작한 1st 접합부의 접합 신뢰성 평가용 샘플을, 고온 항온기를 사용하고, 온도 175℃의 환경에 폭로하였다. 1st 접합부의 접합 수명은, 500시간마다 볼 접합부의 전단 시험을 실시하고, 전단 강도의 값이 초기에 얻어진 전단 강도의 1/2가 되는 시간으로 하였다. 전단 강도의 값은 무작위로 선택한 볼 접합부의 50군데의 측정값의 산술 평균값을 사용하였다. 고온 방치 시험 후의 전단 시험은, 산 처리에 의해 수지를 제거하여, 볼 접합부를 노출시키고 나서 행하였다. 그리고, 이하의 기준에 따라서 평가하였다.
평가 기준:
◎: 접합 수명 2000시간 이상
○: 접합 수명 1000시간 이상 2000시간 미만
×: 접합 수명 1000시간 미만
[루프 형상]
루프 형상 안정성(루프 프로파일의 재현성)은, 루프 길이가 2mm, 접합부의 고저차가 250㎛, 루프 높이가 200㎛가 되도록 사다리꼴 루프를 30개 접속하고, 최대 루프 높이의 표준 편차로부터 평가하였다. 높이 측정에는 광학 현미경을 사용하여, 이하의 기준에 따라서 평가하였다.
평가 기준:
◎: 3σ가 20㎛ 미만
○: 3σ가 20㎛ 이상 30㎛ 미만
×: 3σ가 30㎛ 이상
[압착 형상]
1st 접합부의 압착 형상(볼이 찌부러진 형상)의 평가는, 시판되고 있는 와이어 본더를 사용하여, 상기 [1st 접합부의 접합 신뢰성]란에 기재된 조건에서 볼을 형성하고, 그것을 Si 기판에 두께 1.5㎛의 Al-1.0질량％ Si-0.5질량％ Cu의 합금을 성막하여 마련한 전극에 압착 접합하고, 바로 위에서 광학 현미경으로 관찰하였다(평가수 N=100). 볼이 찌부러진 형상의 판정은, 찌부러진 형상이 진원에 가까운 경우에 양호라고 판정하고, 타원형이나 꽃잎상의 형상이면 불량이라고 판정하였다. 그리고, 이하의 기준에 따라서 평가하였다.
평가 기준:
◎: 불량 없음
○: 불량 1 내지 3군데(실용상 문제 없음)
△: 불량 4 내지 5군데(실용상 문제 없음)
×: 불량 6군데 이상
[칩 손상]
칩 손상의 평가는, 시판되고 있는 와이어 본더를 사용하여, 상기 [1st 접합부의 접합 신뢰성]란에 기재된 조건에서 볼을 형성하고, 그것을 Si 기판에 두께 1.5㎛의 Al-1.0질량％ Si-0.5질량％ Cu의 합금을 성막하여 마련한 전극에 압착 접합한 후, 와이어 및 전극을 약액으로 용해시켜 Si 기판을 노출시키고, 접합부 바로 아래의 Si 기판을 광학 현미경으로 관찰함으로써 행하였다(평가수 N=50). 그리고, 이하의 기준에 따라서 평가하였다.
평가 기준:
◎: 크랙 및 본딩의 흔적 없음
○: 크랙은 없기는 하지만 본딩 흔적이 확인되는 개소 있음(3군데 이하)
×: 그 이외
실시예 및 비교예의 평가 결과를 표 1, 2에 나타낸다.
Figure 112024019319812-pct00001
Figure 112024019319812-pct00002
실시예 No.1 내지 43의 와이어는 모두, 본건 특정한 조건 (1) 내지 (5)를 모두 만족시키는 피복층을 구비하고 있고, 온도 200℃의 가혹한 고온 환경 하에서도 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 초래하는 것을 확인하였다. 특히, 조건 (5)로서 와이어 표면의 결정립의 폭이 120nm 이하인 와이어는, 가혹한 고온 환경 하에서도 한층 더 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 실현하기 쉬운 것을 확인하였다.
또한, AES에 의해 측정하여 얻어진 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da가 0.5nm 이상 25nm 이하인 실시예 No.1 내지 20, 22 내지 43의 와이어, 그 중에서 해당 두께 da가 4nm 이상 12nm 이하의 적합 범위에 있는 와이어는, 175℃의 저온 접합 시에 있어서도, 온도 200℃의 가혹한 고온 환경 하에서 양호한 2nd 접합부의 접합 신뢰성을 나타내 쉬운 것을 확인하였다.
또한, 와이어의 표면의 결정 방위를 EBSD법에 의해 측정한 결과에 있어서, 와이어 길이 방향의 결정 방위 중, 와이어 길이 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111> 결정 방위의 비율이 30％ 이상 95％ 이하인 실시예 No.1 내지 15, 17 내지 43의 와이어는 모두, 양호한 루프 형상을 초래하는 것을 확인하였다. 그 중에서도, 동 <111> 결정 방위의 비율이 40％ 이상 85％ 이하의 적합 범위에 있는 실시예 No.2 내지 4, 6 내지 11, 13, 15, 18 내지 31, 33, 34, 36, 37, 39 내지 43은, 현저히 양호한 루프 형상을 초래하는 것을 확인하였다.
덧붙여, 제1 첨가 원소를 총계로 1질량ppm 이상 함유하는 실시예 No.22 내지 26, 32, 33, 39, 40, 42, 43의 와이어는, 한층 더 양호한 1st 접합부의 압착 형상을 초래하는 것을 확인하였다. 제2 첨가 원소를 총계로 1질량ppm 이상 함유하는 실시예 No.27 내지 33, 41 내지 43의 와이어는, 한층 더 양호한 고온 고습 환경 하에서의 1st 접합부의 접합 신뢰성을 초래하는 것을 확인하였다. 제3 첨가 원소를 총계로 0.011질량％ 이상 함유하는 실시예 No.34 내지 43의 와이어는, 한층 더 양호한 고온 환경 하에서의 1st 접합부의 접합 신뢰성을 초래하는 것을 확인하였다.
한편, 비교예 No.1 내지 9의 와이어는, 본건 특정한 조건 (1) 내지 (5) 중 적어도 하나를 만족시키지 않는 피복층을 구비하고 있고, 가혹한 고온 환경 하에 있어서의 2nd 접합부의 접합 신뢰성이 불량인 것을 확인하였다.
1: 본딩 와이어(와이어)
2: 측정면
X: 와이어의 폭의 중심
W: 와이어의 폭(와이어 직경)
wa: 측정면의 폭
la: 측정면의 길이

Claims (9)

  1. Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 코어재와, 해당 코어재의 표면에 형성된 Cu 이외의 도전성 금속을 함유하는 피복층을 포함하는 반도체 장치용 본딩 와이어이며,
    오제 전자 분광법(AES)에 의해 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, 피복층의 측정점에 관한 Pd의 농도 CPd(원자％)와 Ni의 농도 CNi(원자％)의 합계 CPd+CNi의 평균값이 50원자％ 이상이며, 피복층의 측정점에 관한 CPd와 CNi의 비 CPd/CNi의 평균값이 0.2 이상 20 이하이며, 또한 피복층의 두께 dt가 20nm 이상 180nm 이하이며,
    해당 와이어의 표면에 있어서의 Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상 85원자％ 이하이며,
    해당 와이어의 표면을 후방 산란 전자선 회절(EBSD)법에 의해 분석하여 얻어지는, 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈가 35nm 이상 200nm 이하인, 반도체 장치용 본딩 와이어.
  2. 제1항에 있어서, AES에 의해 측정하여 얻어진 해당 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일에 있어서, Au의 농도 CAu가 10원자％ 이상인 영역의 두께 da가 0.5nm 이상 25nm 이하인, 본딩 와이어.
  3. 제1항에 있어서, 와이어의 표면의 결정 방위를 EBSD법에 의해 측정한 결과에 있어서, 와이어 길이 방향의 결정 방위 중, 와이어 길이 방향에 대하여 각도차가 15도 이하인 <111> 결정 방위의 비율이 30％ 이상 95％ 이하인, 본딩 와이어.
  4. 제1항에 있어서, 와이어의 깊이 방향의 농도 프로파일이, 와이어의 표면으로부터 Ar스퍼터링에 의해 깊이 방향으로 파내려 가면서, 하기 <조건>에서 AES에 의해 측정하여 얻어지는, 본딩 와이어.
    <조건> 와이어의 폭의 중심이 측정면의 폭의 중심이 되도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭이 와이어 직경의 5％ 이상 15％ 이하, 측정면의 길이가 측정면의 폭의 5배이다
  5. 제1항에 있어서, 와이어의 표면에 있어서의 Au의 농도가, 하기 <조건>에서 AES에 의해 측정되는, 본딩 와이어.
    <조건> 와이어의 폭의 중심이 측정면의 폭의 중심이 되도록 위치 결정하며, 또한 측정면의 폭이 와이어 직경의 5％ 이상 15％ 이하, 측정면의 길이가 측정면의 폭의 5배이다
  6. 제1항에 있어서, B, P, In 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(이하, 「제1 첨가 원소」라고 함)를 포함하고, 와이어 전체에 대한 제1 첨가 원소의 총계 농도가 1질량ppm 이상 100질량ppm 이하인, 본딩 와이어.
  7. 제1항에 있어서, Se, Te, As 및 Sb로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(이하, 「제2 첨가 원소」라고 함)를 포함하고, 와이어 전체에 대한 제2 첨가 원소의 총계 농도가 1질량ppm 이상 100질량ppm 이하인, 본딩 와이어.
  8. 제1항에 있어서, Ga, Ge 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(이하, 「제3 첨가 원소」라고 함)를 포함하고, 와이어 전체에 대한 제3 첨가 원소의 총계 농도가 0.011질량％ 이상 1.5질량％ 이하인, 본딩 와이어.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 본딩 와이어를 포함하는 반도체 장치.
KR1020247005677A 2022-06-24 2022-10-18 반도체 장치용 본딩 와이어 KR102671200B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022101611 2022-06-24
JPJP-P-2022-101611 2022-06-24
PCT/JP2022/038688 WO2023248491A1 (ja) 2022-06-24 2022-10-18 半導体装置用ボンディングワイヤ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20240027868A KR20240027868A (ko) 2024-03-04
KR102671200B1 true KR102671200B1 (ko) 2024-06-03

Family

ID=86772634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020247005677A KR102671200B1 (ko) 2022-06-24 2022-10-18 반도체 장치용 본딩 와이어

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4365931A1 (ko)
JP (2) JP7295352B1 (ko)
KR (1) KR102671200B1 (ko)
CN (1) CN117836918A (ko)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6148543A (ja) 1984-08-10 1986-03-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体素子結線用銅合金線
JP2005167020A (ja) 2003-12-03 2005-06-23 Sumitomo Electric Ind Ltd ボンディングワイヤーおよびそれを使用した集積回路デバイス
JP4672373B2 (ja) * 2005-01-05 2011-04-20 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
JP4885117B2 (ja) * 2007-12-03 2012-02-29 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
EP2239766B1 (en) * 2008-01-25 2013-03-20 Nippon Steel & Sumikin Materials Co., Ltd. Bonding wire for semiconductor device
WO2011013527A1 (ja) * 2009-07-30 2011-02-03 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体用ボンディングワイヤー
JP6254841B2 (ja) * 2013-12-17 2017-12-27 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
SG10201408586XA (en) 2014-12-22 2016-07-28 Heraeus Materials Singapore Pte Ltd Corrosion and moisture resistant bonding wire
WO2016189752A1 (ja) * 2015-05-26 2016-12-01 日鉄住金マイクロメタル株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
CN106489199B (zh) * 2015-06-15 2019-09-03 日铁新材料股份有限公司 半导体装置用接合线
WO2017013796A1 (ja) * 2015-07-23 2017-01-26 日鉄住金マイクロメタル株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
WO2017221434A1 (ja) 2016-06-20 2017-12-28 日鉄住金マイクロメタル株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ

Also Published As

Publication number Publication date
CN117836918A (zh) 2024-04-05
JP7295352B1 (ja) 2023-06-20
EP4365931A1 (en) 2024-05-08
US20240266313A1 (en) 2024-08-08
JP2024002933A (ja) 2024-01-11
KR20240027868A (ko) 2024-03-04
JPWO2023248491A1 (ko) 2023-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102497489B1 (ko) 반도체 장치용 본딩 와이어
US20230387066A1 (en) Bonding wire for semiconductor devices
KR102671200B1 (ko) 반도체 장치용 본딩 와이어
TWI828548B (zh) 半導體裝置用接合線
WO2023249037A1 (ja) 半導体装置用ボンディングワイヤ
JP7494400B1 (ja) ボンディングワイヤ
US12132026B2 (en) Bonding wire for semiconductor devices
TWI792962B (zh) 半導體裝置用接合線
KR20240026929A (ko) 반도체 장치용 본딩 와이어
KR20240026928A (ko) 반도체 장치용 본딩 와이어
KR20240026927A (ko) 반도체 장치용 본딩 와이어

Legal Events

Date Code Title Description
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant