KR20010110133A - 반도체 소자 접속용 금선 및 반도체 소자 접속방법 - Google Patents

반도체 소자 접속용 금선 및 반도체 소자 접속방법 Download PDF

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KR20010110133A
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무라이히로시
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도쿠야마다케시
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사토오 케이지
다나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤
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Abstract

5∼100 질량 ppm의 Ca, 5∼100 질량 ppm의 Gd, 1∼100질량 ppm의 Y, 바람직하게는 Y를 제외한 희토류 중 적어도 1종류를 1∼100 질량 ppm 포함하고, 또한 바람직하게는 Mg, Ti, Pb 중 적어도 한 종류를 1∼100 질량 ppm 포함하며, 그 합계가 200 질량 ppm 이하이며, 나머지가 금과 불가피한 불순물로 구성되는 반도체 소자 접속용 금선. 이 금선을 사용한 볼 본딩법 및 범프 접속법에 의한 반도체 접속방법.

Description

반도체 소자 접속용 금선 및 반도체 소자 접속방법{A GOLD WIRE FOR BONDING SEMICONDUCT ELEMENTS AND THE METHOD FOR BONDING SEMICONDUCT ELEMENT}
본 발명은 반도체 소자상의 전극과 외부 리드 등을 전기적으로 접속하기 위하여 사용되는 반도체 소자 접속용 금선에 관한 것으로, 상세하게는 협(狹)피치 접속 또는 얇은 전극 접속에 사용하여 가장 적합한 반도체 소자 접속용 금선에 관한 것이다.
현재 반도체 장치의 실장에 있어서 반도체 소자의 전극과 외부 리드를 접속하는 방법으로서 금선을 사용하여 볼 본딩법으로 배선하는 방법, 금선을 사용하여 범프를 형성하고, 그 범프를 매개하여 접속하는 방법이 보급되어 있다.
볼 본딩법에 의하여 배선되는 방법에 있어서는, 준비된 금선은 본딩 툴로서캐필러리에 도입되고, 이어 그 툴의 출구측으로 나온 금속 세선의 선단에 볼을 형성한 후, 볼을 반도체 소자의 Al 전극상에 압압하고, 캐필러리를 XYZ방향(전후, 좌우, 상하방향)으로 이동시켜 소정의 루프 형상을 형성하며, 외부 리드에 본딩한 후, 금속 세선을 절단하여 와이어 본딩하는 방법 (이하, 「볼 본딩」이라 한다)을 취하고 있다.
범프를 매개하여 접속하는 방법에 있어서는, 상기 볼을 반도체 소자의 Al 전극상에 압압한 후, 볼 부착부 부근에서 금선을 절단하고, 그 볼을 사이에 두고 접속하는 방법 (이하 「범프 접속」이라 한다)를 취하고 있다.
한편, 최근 반도체 장치가 고기능화, 소형화됨에 따라 반도체 소자의 다(多)핀화를 위하여 협피치화가 진행되고 있다. 이에 대하여 금선에 요구되는 성능도 높아져, 이러한 요구 성능 가운데, 상기 볼을 압압한 압착 볼의 외경은 와이어 선경의 2배 정도가 되므로 압착 볼의 진원도(眞圓度)를 향상시키는 것이 중요한 특성이다.
때문에 종래부터 상기 볼 성형시의 압착 전 볼의 진구도(眞球度)를 관리하는 시도가 이루어져 왔다. 그러나 최근, 협피치 접속에 적합한 압착 후의 볼 진원도가 압착 전 볼의 진구도와 항상 일치하는 것은 아니라는 것을 알게 되었다.
이 때문에 압착후의 볼의 진원도를 향상시키려는 시도가 이루어지게 되었다. 예를 들면 일본특허공개공보 평11-163016호 공보에는 Cu, Pt, Pd 중 한 종류 이상을 총계로 0.03∼5중량%를 함유시키는 것이, 일본특허공개공보 평10-172998호 공보에는 Be와 Ca를 함유시키는 것이, 일본특허공개공보 평10-303239호 공보, 일본특허공개공보 평 10-83716호 공보에는 Mn, Pd에 추가적으로 Ca 등을 함유시키는 것이 개시되어 있다.
그러나, 협피치 배선에 있어서, 볼은 종래보다 미소한 볼을 사용하여 압착하고, 보다 작은 압착지름에 있어서 압착 후의 진원도의 유지가 요구된다. 전술한 시도 중에서도, 일본특허공개공보 평10-172998호 공보에 개시되어 있는 것은 미소 볼의 압착 진원도가 불충분하거나, 소정의 와이어 강도가 얻어지지 않는다고 하는 결점을 가지고 있다. 이 때 와이어 본딩 협피치 접속에서는 와이어 무너짐에 의한 접촉 사고 방지를 위하여 와이어 강도를 향상시키는 것이 특히 요구된다.
또한 기타 시도로서는 미소 볼의 압착 진원도가 불충분하거나, 그 진원도를 향상시키기 위하여 첨가 원소의 함유량을 대폭 증가시키기 위하여, 전기 저항이 커진다는 결점을 가지고 있다.
또한 반도체 소자의 Al 전극의 막 두께가 얇은 것이 요구되고, 전극 막 두께가 얇아짐에 따라, 특히 범프 접속에서는 압착 홀에 의하여 전극 파손이 발생하여 그곳으로부터 반도체 소자 즉 IC 칩의 파손 (이하 「칩 파손」이라 한다)의 문제가 발생한다. 전술한 첨가 원소의 함유량을 대폭 증가시키는 것은 그 칩 파손의 문제와도 연결되는 것이다.
또한 범프를 사이에 두고 접속하는 경우, 볼을 반도체 소자의 Al 전극 상에 압압한 후 금선을 상방으로 당겨, 볼 부착부 부근에서 파단하는 방법이 채택되고 있다. 이때 압착 볼에 부착한 잔존 와이어의 길이(이하 「테일 길이」라고 한다)를 균일할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 전기 저항의 상승을 억제하기 위하여 첨가 원소의 함유량이 200 질량 ppm 이하인 특정 금 합금 조성으로 하면서, 미소 볼 압착후의 진원도를 향상시키고, 와이어 강도가 크고, 반도체 소자의 Al 전극의 막 두께가 얇아져도 압착 볼에 의하여 칩 파손 문제가 발생하지 않도록 하며, 또한 범프 접속 시 테일 길이를 균일하게 할 수 있는 반도체 소자 접속용 금선을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 하기를 제공하는 것이다.
(1) 5∼100 질량 ppm의 Ca와, 5∼100 질량 ppm의 Gd와, 1∼100 질량ppm의 Y를 포함하고, 이들 원소의 합계량이 200 질량 ppm 이하이며, 나머지가 금과 불가피한 불순물로 구성되는 반도체 소자 접속용 금선.
(2) 다음으로 1∼100 질량 ppm의 Mg, Ti, Pb 중 적어도 한 종류를 포함하고, 또한 전체 첨가원소의 합계량이 200 질량 ppm 이하인 (1)에 기재된 반도체 소자 접속용 금선.
(3) 5∼100질량 ppm의 Ca와 5∼100 질량 ppm의 Gd와, 1∼100 질량 ppm의 Y와, 1∼100 질량 ppm의 Gd, Y를 제외한 희토류 중 적어도 한 종류를 포함하고, 이러한 원소의 합계량이 200 중량 ppm 이하이며, 나머지가 금과 불가피한 불순물로 이루어진 반도체 소자 접속용 금선.
(4) 다음으로 1∼100 질량 ppm의 Mg, Ti, Pb 중 적어도 한 종류를 함유하고, 또한 전체 첨가 원소의 합계량이 200질량 ppm 이하인 (3)에 기재된 반도체 소자 접속용 금선.
(5) (A) 금선을 캐필러리에 삽통하고, 금선의 선단을 가열, 용융하여 금 볼을 형성하는 과정과,
(B) 캐필러리를 하강시켜 금 볼을 반도체 소자의 전극에 압압시켜 금선을 전극에 접합하는 공정과,
(C) 전극에 접합된 상기 금선을 포함하는 캐필러리를 소정의 궤적을 그리며 피접합 부재 상으로 이동시키고, 그 금선의 측면을 피접합 부재에 압착 접합하는 공정과,
(D) 피접속 부재에 압착 접합된 금선을 크램퍼로 크램프한 채 상승시켜 금선을 절단하고, 반도체 소자의 전극과 피접속 부재간의 금선의 배선을 완료하는 공정을 포함하고, 또한 상기 금선이 (1)∼(4)에 기재된 금선인 반도체 소자 접속방법.
(6) 상기 공정(A) 및/또는 공정(C)에 있어서, 초음파 진동을 캐필러리를 통하여 금선 선단부에 부가함과 동시에, 반도체 소자 또는 피접합 부재를 히터 블록으로 가열하고, 상기 금 볼을 열압착하는 것을 포함하는 (5)에 기재된 방법.
(7) 반도체 소자의 인접한 전극의 피치가 70μm 이하인 (5),(6)에 기재된 방법.
(8) 반도체 소자의 인접한 전극 피치가 60μm 이하인 (5),(6)에 기재된 방법.
(9) (A) 금선을 캐필러리에 삽통하고, 금선의 선단을 가열, 용융하여 금 볼을 형성하는 공정과,
(B) 캐필러리를 하강시켜 금 볼을 반도체 소자의 전극에 압압하여 압착금 볼을 형성하는 공정과,
(C) 반도체 소자의 전극에 압착 금 볼을 형성하고, 상기 금선을 크램퍼로 크램프한 채 상승시키고, 압착 금 볼의 부착부 부근에서 금선을 절단하며, 전극 상에 범프를 형성하는 공정을 포함하고, 또한 상기 금선이 (1)∼(4)에 기재된 금선인 반도체 소자 접속방법.
(10) 반도체 소자의 전극 상에 형성된 범프를 피접속 부재에 압착하는 공정을 추가적으로 포함하는 (9)에 기재된 방법.
(11) 상기 공정(A)에 있어서, 초음파 진동을 캐필러리를 통하여 금선 선단부에 부가함과 동시에 반도체 소자를 히터 블록으로 가열하고, 상기 금 볼을 열압착하는 것을 포함하는 (9) (10)에 기재하는 방법.
(12) 상기 반도체 소자 전극이 알루미늄 전극 막이며, 그 막 두께가 0.5μm 이하인 (9)∼(11)에 기재된 방법.
(13) 상기 반도체 소자 전극이 알루미늄 전극 막이고, 그 막 두께가 0.1μm 이하인 (9)∼(11)에 기재된 방법.
도 1A-1D는 볼 본딩법에 의한 배선 접합방법을 도시한 공정도이다.
도 2A-2D는 범프 접속법을 도시한 공정도이다.
도 3A 및 3B는 범프 접속법에 의한 반도체 소자와 리드 또는 배선 기판의 접속 모습을 도시한 도이다.
(1) 조성
① 원료금
원료금으로서는 적어도 99.99 질량% 이상으로 정제된 고순도 금을 이용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 99.995 질량% 이상이고, 가장 바람직하게는99.999 질량% 이상이다. 고순도 금을 이용할수록 유해성분의 영향을 제거할 수 있어 바람직하다.
② [Ca]
본 발명에 사용하는 금 합금 선을 소정량의 Gd와 Y의 공존에 있어서, Ca의 함유량을 5∼100 질량 ppm으로 함으로써 상기 과제를 달성할 수 있다.
Ca의 함유량이 이 범위내이면, Ca 함유량이 5 질량 ppm 미만의 경우와 대비하여, 미소 볼의 압착 진원도, 파단 강도가 향상되고, 범프 형성시의 테일 길이의 균일성이 향상되며, 박막 전극에 의하여 칩 파손이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에 소정량의 Gd와 Y의 공존에 있어서 Ca 함유량이 5∼100질량 ppm으로 하였다.
③ [Gd]
본 발명에 사용하는 금 합금 선을 소정량의 Ca와 Y의 공존에 대하여, Gd의 함유량을 5∼100질량 ppm로 함으로써 상기 과제를 달성할 수 있다.
Gd의 함유량이 이 범위 내이면, Gd 함유량이 5질량 ppm 미만인 경우와 대비하여, 미소 볼의 압착 진원도가 향상되고, 범프 형성시의 테일 길이의 균일성이 향상된다. Gd 함유량이 100질량 ppm을 넘는 경우와 대비하여, 미소 볼의 압착 진원도가 향상되고, 박막 전극에 의한 칩의 균열이 발생하지 않게 된다. 이 때문에 소정량의 Ca와 Y와의 공존에 있어서 Gd 함유량을 5∼100질량 ppm으로 하였다.
④ [Y]
본 발명에 사용하는 금 합금 선을 소정량의 Ca와 Gd 공존에 있어서, Y의 함유량을 1∼100 질량 ppm으로 함으로써 상기 과제를 달성할 수 있다.
Y의 함유량이 이 범위내이면, Y 함유량이 1질량 ppm 미만인 경우와 대비하여, 미소 볼의 압착 진원도가 향상되고, 범프 형성시의 테일 길이의 균일성이 향상된다. Y 함유량이 100질량 ppm을 초과하는 경우와 대비하여, 미소 볼의 압착 진원도가 향상되고, 박막 전극에 의한 칩 파손이 발행하지 않게 된다. 이 때문에 소정량의 Ca와 Gd와의 공존에 있어서, Y 함유량을 1∼100 질량 ppm으로 하였다.
⑤ [Gd, Y를 제외한 희토류] (이하, 「제 1군 원소」라 한다)
본 발명에 사용되는 금 합금 선을 소정량의 Ca, Gd 및 Y와의 공존에 있어서, 제 1군 원소의 적어도 한 종류를 1∼100 질량 ppm 첨가함으로써, 첨가하지 않은 경우와 대비하여 미소 볼의 압착 진원도, 범프 형성시의 테일 길이의 균일성이 한층 향상되므로 바람직하게 사용된다. 제 1군 원소 중에서도 Eu, La, Ce, Lu가 바람직하게 사용된다.
이 때문에 소정량의 Ca, Gd 및 Y와의 공존에 있어서 함유하는 제 1군 원소의 적어도 한 종류를 1∼100질량 ppm 첨가하는 것이 바람직하다.
⑥ [Mg, Ti, Pb] (이하, 「제 2군 원소」라 한다)
본 발명에 사용하는 금 합금 선을 소정량의 Ca, Gd 및 Y와 공존 또는 이에 첨가하여 고정량의 제 1군 원소와의 공존에 있어서 제 2군 원소의 적어도 한 종류를 1 내지 100 질량 ppm 첨가함으로써, 첨가하지 않는 경우와 비교하여 동등한 성능을 가진다. 제 2군 원소 중에서도 Mg, Ti, Pb가 바람직하게 사용된다.
⑦ 첨가량의 합계량
본 발명에 있어서 금 합금선은 첨가량의 합계량이 200 질량 ppm을 초과하면,박막 전극에 의한 칩 파손이 발생한다. 또한 전기 저항이 증대하여 바람직하지 않다. 이를 위하여 첨가량의 합계량이 200 질량 ppm 이하인 것이 필요하다.
(2) 금선의 제조공정
본 발명에 사용하는 반도체 소자용 금선의 제조공정의 일례를 설명한다. 먼저 소정 조성의 금속을 용해하여 잉고트로 주조한 후, 홈형 압연기를 사용하여 압연하고, 중간 소둔으로 바꾸어 최종 냉간 가공에 의하여 직경 10∼100μm의 세선으로 한 후, 신장율이 4∼6%가 되도록 최종 소둔을 하고 이어서 와이어 표면에 윤활 방청제를 도포한다. 마지막으로 가공 공정을 종료한 와이어를 주로 하여 외경 50.3mm의 스풀에 소정 장력으로 소정 길이만큼 다시 감아 제품으로 한다. 소정 길이로는 100∼3,000m가 사용되며 계속 그 길이가 길어지고 있다.
(3) 용도
본 발명의 금선은, 반도체 소자 전극과 외부 리드 (또는 배선 기판)와의 접속용으로 사용되고, 접속방법으로서 볼 본딩법에 의하여 배선하여 접합하는 방법 및 금선을 사용하여 범프를 형성하고, 그 범프를 사이에 두고 접선하는 방법이 보급되어 있다. 이하 이러한 방법에 대하여 도 1∼도 4를 사용하여 설명한다.
① 볼 본딩법에 의하여 접속하는 방법
도 1A에 도시하는 바와 같이 금선(2)를 캐필러리(1)에 삽통하고, 그 선단에 전기 토치(3)를 대향시키고, 금선(2)와의 사이에 방전시킴으로써, 금선(2)의 선단을 가열, 용융하여 볼(4)을 형성한다.
이어 도 1B에 도시하는 바와 같이 캐필러리(1)를 하강시켜 그 볼(4)을 반도체 소자(6)상의 Al 전극(5) 상에 압압 접합한다. 이 때 미도시하였으나, 초음파 진동 캐필러리(1)를 통하여 부가됨과 동시에, 반도체 소자(6)는 히터 블록으로 가열되므로, 상기 볼(4)는 열압착되어, 압착 볼(4′)이 된다.
이어서 도 1C에 도시하는 바와 같이 캐필러리(1)는 소정의 궤적을 그리며 외부 리드(8) 상으로 이동하여 하강한다. 이 때 미도시하였으나, 초음파 진동이 캐필러리(1)을 통하여 부가되고, 외부 리드(8)는 히터 블록으로 가열되므로, 금선 (2) 측면이 외부 리드(8)상에 열압착된다.
이어서, 도 1D에 도시하는 바와 같이 크램퍼(7)는 금선(2)를 크램프한 채 상승함으로써, 금선(2)이 절단되고 배선이 완료된다. 이어서 이 배선부를 수지 봉합하여 반도체 장치로 한다. 반도체 장치로서는 수지 봉합 타입 외에 세라믹 패키지 타입 등 각종 형태가 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 따라서, 반도체 소자의 전극과 배선되는 측도 각종 리드 또는 전극 등 어느 것이든 무방하다.
이 때 인접한 압착 볼(4′)의 중심간 거리(이하, 「피치 간격」이라 한다)가 종래 80μm 정도이었던 것이 70μm 이하 나아가 60μm 이하의 협피치 간격이 요구된다.
본 발명에 있어서 금선은 고강도이며, 또한 압착 볼의 진원도가 향상된 것이므로, 반도체 소자 전극과 리드부가 금선으로 배선되어 접속되고, 배선부가 수지 봉합된 반도체 소자에 있어서, 피치 간격이 70μm 이하인 반도체 소자에 바람직하게 이용할 수 있다.
② 범프를 매개하여 접속하는 방법
도 1A, 도 1B와 마찬가지 방법으로 볼(4)을 반도체 소자(6)상의 Al 전극(5) 위에 압압 접합하고, 압착 볼(4′)을 형성한다 (도 2A, 도 2B).
다음으로 도 2C에 도시하는 바와 같이 반도체 소자(6)가 고정된 상태로, 금선(2)을 크램프한 크램퍼(7)를 상방으로 이동시킴으로써, 금선(2)은 압착 볼(4′)의 부착부 근방에서 와이어 테일부를 남긴 채 파단한다. 이 때, 금선(2)는 볼 형성시의 열의 영향을 받아, 볼의 부착부 근방이 약해져 있으므로, 전술한 바와 같이, 금선이 인장에 의하여 파단할 때, 볼의 부착부 근방에서 파단한다.
다음으로, 도 2D 및 도 3A에 도시하는 바와 같이 압착 볼(4′)을 리드(8)에 압착하여 범프(14)를 거쳐 접속한다. 이어서 그 접속부를 수지 봉합하여 반도체 장치로 한다. 범프를 이용한 반도체 소자의 접속 형태도 리드와의 접속에 한정하지 아니하고, 예를 들면 도 3B에 도시하는 바와 같이 범프(14)를 가지는 반도체 소자(16)를 배선 기판(21) 등의 전극(22)에 대하여 범프(14)를 사이에 두고 접속하는 타입 기타 타입이어도 무방하다. 따라서 범프를 사이에 두고 접속되는 측도 각종 리드, 전극 등의 어느 쪽이어도 무방하다. 이 때, 도 2C에 있어서 금선을 파단한 압착 볼의 확대도를 도 4에 도시한다. 높이 a는 캐필러리(1)의 외저부에 의하여 압착된 높이, 높이 b는 캐필러리의 내저부에 압착된 높이, 높이 c는 와이어 테일부이다. 이 중에서 높이 a, b는 불균형이 적으나, 높이 c는 불균형이 발생하기 어렵다. 높이 c의 불균일이 크면 범프의 높이에 불균일이 발생함과 동시에, 높이 c가 길면, 도 2D에 도시하는 바와 같은 압착 볼(4′)을 형성한 때, 와이어 단이 비어져나와 인접한 범프와 단락할 염려가 있다. 이 때문에 높이 c의 불균일이 억제될 필요가 있다. 또한 반도체 소자 Al 전극(5)의 막 두께가 종래 1μm 정도이었던 것이 0.5μm 이하, 또는 0.3μm 이하, 나아가 0.1μm 이하의 얇은 전극 막에 압착되는 것이 요구되고 있다. 이와 같은 극박 전극 막에 볼을 압착한 경우, 전극이 파손되고, 이 영향으로 칩 파손이 발생하기 쉽다.
본 발명의 금선을 사용하여 범프를 형성하면, 테일 길이의 불균일이 적고, 극박 전극막에 압착하여도 칩 파손을 방지할 수 있으므로, 반도체 소자 전극과 리드부가 금 범프를 사이에 두고 접속되어 접속부가 수지 봉지된 반도체 장치에 있어서, 반도체 소자 Al 전극의 막 두께가 0.5μm 이하인 반도체 장치에 바람직하게 이용할 수 있다.
실시예
(시험 A)
순도 99.999 질량%의 고순도 금에 표 1에 표시하는 원소를 소정량 첨가하고, 진공 용해로에서 용해한 후, 주조하여 표 1에 도시하는 Al∼A11 조성의 금 합금 잉고트를 얻고, 이에 홈 롤러, 신선기를 사용한 냉간 가공과, 중간 어닐링을 실시하고, 최종 냉간가공에 의하여 직경 25μm로 하고, 연신율 4%가 되도록 최종 어닐링을 실시하며, 다음으로 표면에 윤활제를 피복하여 금 합금선에 마무리 측정에 사용하였다.
첫째 진원도 시험을 실시하였다. 고속 자동 폰더 UTC-200형 (가부시키가이샤 신센 제조)를 사용하여 먼저, 전기 토치에 의한 아크 방전으로 금 합금선 선단에 볼을 형성하였다. 아크 방전조건 중에 전류 및 시간을 조정하여 볼 직경 55μm(와이어 직경 2.2배로 하는 종래 볼)과 직경 45μm(와이어 직경 1.8배로 하는 미소 볼)의 2 종류를 형성하였다. 다음으로 각각 볼을 압착 툴을 사용하여 다이 온도 200℃로 반도체 소자 Al 전극상에 초음파 병용 열압착 방식에 의하여 열압착하였다.
종래 볼과 미소 볼에 대하여 압착전과 압착후의 진원도를 측정하였다. 압착전 볼은 임의의 직각방향의 직경을 측정하고, 소경/대경의 값을 진원도로 하였다. 압착후 진원도는 압착 지름을 초음파 인가 방향에 수직방향인 압착 지름(이하 X라 한다)과 평행방향의 압착 지름(이하 Y라 한다)을 각각 측정하여 X/Y를 미소 볼의 압착 진원도로 하였다. 각각의 진원도로서 볼 50개의 평균치를 표 1에 표시하였다.
두 번째로 칩 파손 시험을 하였다. 범프 본더 SBB-1(카부시키가이샤 신센)을 사용하여, 마찬가지로 전기 토치에 의한 아크 방전으로 금 합금선 선단에 볼을 형성하였다. 볼의 크기는 종래 볼(직경 55μm)의 크기로 하였다. 이어서 이 볼을 압착 툴을 사용하여 다이 온도 200℃로 반도체 소자 Al 전극 상에 초음파 병용 열 압착 방식에 의하여 열 압착하였다. 이 반도체 소자 Al 전극으로서 범용 막 두께 (1μm)와 미소 막 두께 (0.1μm)를 사용하였다. 열압착조건으로서 초음파 출력을 0.5W∼1.5W의 범위에서 4수준, 하중을 0.4N∼0.8N의 범위로 3수준, 계 12종류로 하고, 각 조건에서 400 범프 시험하고, 모든 조건에서 칩 파손이 없도록 한 것을 양호품, 한 개라도 칩 파손이 있는 것을 불량품으로 하였다. 양품은 ○표시, 불량품은 ×표시를 하여 표 1에 측정결과를 도시하였다.
세번째로 테일 길이 균일성 시험을 실시하였다. Al 전극으로서 범용 막 두께 (1μm)를 사용한 것 이외에는 제 2 시험과 동일하게 하여 열압착을 실시하였다. 이어 도 2(c)에 도시하는 요령으로 금 합금선(2)을 상방으로 당기고, 범프(4′)를 형성하였다. 범프의 확대도인 도 3에 있어서, a+b+c의 높이를 측정하였다. 1 조성 조건당 50 범프에 대하여 금속 현미경으로 측정하고, 최대치와 최소치의 차를 테일 길이의 균일성으로서 표 1에 도시하였다.
네번째로 실온에 있어서 인장시험을 실시하여 파손 하중을 측정하였다. 결과를 표 1에 도시하였다.
(실험예)
조성을 표 2∼표 3과 같이 한 것 이외에는 시험 A와 마찬가지로 하여 실험예 1∼45에 도시하는 직경 25μm의 금 합금선으로 완성하여 측정에 사용하였다.
미소 볼의 압착 진원도 시험은 볼 크기로서, 미소 볼(직경 45μm)을 형성한 것 이외에는 시험 A-진원도 시험과 마찬가지로 볼 압착 후의 진원도를 측정하고, 그 결과를 표 2∼표 3에 도시하였다.
파단 하중은 재료의 인장 시험을 실시하고, 그 결과를 표 2∼표 3에 도시하였다.
칩 파손 시험은, 반도체 소자 Al 전극의 막 두께로서, 미소 막 두께 (0.1μm)를 사용한 이외에는 시험 A- 칩 파손 시험과 마찬가지로 하여 칩 데미지를 측정하고, 그 결과를 표 2∼표3에 도시하였다.
테일 길이 균일성 시험은, 반도체 소자 Al 전극의 막 두께로서, 미소 막 두께 (0.1μm)의 것을 사용한 이외에는, 시험 A-테일 길이 균일성 시험과 동일하게하여 테일 길이 균일성을 측정하고, 그 결과를 표 2∼표3에 도시하였다.
(시험결과)
시험 A
본원의 과제를 달성하기 위한 필수 원소를 탐색하기 위한 시험 A를 표 1에 도시하는 조성 (시료 A1∼A11)을 사용하여 실시하였다.
(1) 진원도 시험
미소 볼 압착후의 측정에서는 다음과 같은 사항들을 알 수 있었다.
① Ca, Gd, Y 중 Ca를 함유하지 않는 시료 A7, Gd를 함유하지 않는 시료 A3, A4, A11, Y를 함유하지 않는 시료 A5, A6, Ag 또는 Co를 0.5% 함유하는 시료 A8, A9의 것은 미소 볼 압착 후 진원도가 0.94 이하로 불충분한 것이었다.
② 전술한 시료 A3∼A11의 것은 압착 전 볼 진원도 또는 종래 볼의 압착 후 진원도에서는 0.97 이상으로 양호한 것이었으나, 미소 볼 압착 후 진원도로는 불충분한 것이 되는 것을 알았다.
③ Ca, Gd, Y를 각각 20중량 ppm 함유하는 시료 A1의 것은 미소 볼 압착후 진원도가 0.97로 양호하였다.
④ 시료 A1 조성에 가하여 제 1군 원소로서 Eu를 20 질량 ppm 함유하는 시료 A2의 것은 미소 볼 압착후 진원도가 1.00으로 더욱 양호하였다.
(2) 칩 데미지 시험
두께 0.1μm의 미소 전극의 칩 파손 측정에서는 다음과 같은 것을 알 수 있다.
① Ag 또는 Co를 0.5% 함유하는 시료 A8, A9의 것은 칩 파손이 발생한다.
이것으로부터 첨가원소의 양에 상한치가 있다는 것을 알았다.
(3) 테일 길이 불균일
테일 길이의 불균일 측정에서는 다음과 같은 것을 알 수 있다.
① Ca, Gd, Y 중 Ca를 함유하지 않는 시료 A7, Gd를 함유하지 않는 시료 A3, A4, A11, Y를 함유하지 않는 시료 A5, A6, A10의 것은 테일 길이의 불균일이 56μm 이상으로 불충분한 것이었다.
② Ca, Gd, Y를 각각 20 질량 ppm 함유하는 시료 A1의 것은 테일 길이의 불균일이 40μm로 양호한 것이었다.
③ 시료 A1 조성에 추가적으로 제 1군 원소로서 Eu를 20질량 ppm 함유하는 시료 A2의 것은 테일 길이의 불균일이 19μm로 더욱 양호하였다.
(4) 파단 하중
① 적어도 Ca, Gd, Y 각각 20 질량 ppm 함유하는 시료 A1, A2, A8, A9의 것은 파단 하중이 139∼140mN으로 양호한 것이었다.
② Gd, Y를 각각 20 질량 ppm 함유하여도 Ca를 함유하지 않는 시료 A7, Be와 Gd를 공존하여 함유하는 시료 A10의 것은, 파단 하중이 124∼127mN으로 낮은 것이었다.
(5) 정리
미소 볼 압착후 진원도, 칩 데미지, 테일 길이의 불균일의 과제에 대하여 Ca, Gd, Y를 또는 추가적으로 Eu를 함유하면 우수한 효과가 얻어지고, 이 중에서도첨가량이 많으면 미소 볼 압착 후 진원도, 칩 데미지의 점에서 효과가 적다는 것을 알 수 있다.
실시예 1∼45
본원의 과제를 달성하기 위하여, 시험 A에 대한 추가 시험으로서, 실험예 1∼45를 표 2∼3으로 도시하는 조성을 사용하여 실시하였다.
(1) 시험 Ⅰ(시험 A 및 실험예 1∼7)
Ca 첨가량을 변화시킨 표 2의 시험 1로부터 다음과 같이 정리할 수 있다.
① Gd, Y와의 공존에 있어서 Ca 첨가량이 5∼100 질량 ppm의 범위에서 본원의 과제에 대하여 우수한 효과를 나타내는 것을 알 수 있다. 즉 미소 볼 압착후 진원도는 0.96∼0.97, 파단 하중은 133∼145mN, 칩 데미지는 없고, 테일 길이의 불균일은 31부터 48μm이다.
② Ca 첨가량은 5질량 ppm를 초과하는 경우, 미소 볼 압착후 진원도 0.91, 칩 데미지가 발생한다는 점에서 불충분하였다.
③ Ca 첨가량은 100질량 ppm를 초과하는 경우, 미소 볼 압착후 진원도 0.91, 칩 데미지가 발생한다는 점에서 불충분하였다.
④ Ca, Gd, Y에 추가하여 Eu를 첨가하면, Ca 첨가량은 5∼100질량 ppm의 범위에서 분원의 과제에 대하여 더욱 우수한 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 즉, 미소 볼 압착후 진원도는 0.99∼1.00, 테일 길이의 불균일은 13∼27μm로 우수하다는 것을 알 수 있다.
(2) 시험 Ⅱ (시험 A 및 실험예 8∼13)
Gd 첨가량을 변화시킨 표 2의 시험 Ⅱ로부터 다음의 것을 알 수 있다.
① Ga, Y와의 공존에 있어서 Gd 첨가량이 5∼100 질량 ppm의 범위에서 본원의 과제에 대하여 우수한 효과를 나타내는 것을 알 수 있다. 즉 미소 볼 압착후 진원도는 0.96∼0.97, 파단 하중은 138∼140mN, 칩 데미지는 없고, 테일 길이의 불균일은 33부터 45μm이다.
② Gd 첨가량은 5질량 ppm 미만일 때, 미소 볼 압착후 진원도 0.92, 테일 길이의 불균일이 75μm이며 모두 불충분하였다.
③ Gd 첨가량은 100질량 ppm을 초과하는 경우, 미소 볼 압착후 진원도 0.91, 칩 데미지가 발생한다는 점에서 불충분하였다.
④ Ca, Gd, Y에 추가하여 Eu를 첨가하면, Ca 첨가량은 5∼100질량 ppm의 범위에서 본원의 과제에 대하여 더욱 우수한 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 즉, 미소 볼 압착 후 진원도는 0.99∼1.00, 테일 길이의 불균일은 15 29μm로 우수하다는 것을 알 수 있다.
(3) 시험 Ⅲ (시험 A 및 실험예 14∼19)
Y 첨가량을 변화시킨 표 2의 시험 Ⅲ으로부터 다음의 것을 알 수 있다.
① Ga, Gd와의 공존에 있어서 Y 첨가량이 1∼100 질량 ppm의 범위에서 본원의 과제에 대하여 우수한 효과를 나타내는 것을 알 수 있다. 즉 미소 볼 압착후 진원도는 0.95∼0.97, 파단 하중은 137∼142mN, 칩 데미지는 없고, 테일 길이의 불균일은 35부터 50μm이다.
② Y 첨가량은 5질량 ppm 미만일 때, 미소 볼 압착후 진원도 0.93, 테일 길이의 불균일이 82μm이며 모두 불충분하였다.
③ Y 첨가량은 100질량 ppm를 초과하는 경우, 미소 볼 압착후 진원도 0.91, 칩 데미지가 발생한다는 점에서 불충분하였다.
④ Ca, Gd, Y에 추가하여 Eu를 첨가하면, Ca 첨가량은 1∼100질량 ppm의 범위에서 본원의 과제에 대하여 더욱 우수한 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 즉, 미소 볼 압착 후 진원도는 0.98∼1.00, 테일 길이의 불균일은 16 ∼29μm로 한층 우수하다는 것을 알 수 있다.
(4) 시험 Ⅳ (시험 A 및 실험예 20∼31)
제 1군 원소 (Gd, Y 이외의 희토류 원소)의 첨가량을 변화시킨 표 3의 시험 Ⅳ로부터 다음의 것을 알 수 있다.
① Ga, Gd, Y와의 공존에 있어서 제 1군 원소를 첨가량이 1∼100 질량 ppm의 범위에서 첨가한 실험예 20∼30, 시험 A2의 것은 본원의 과제에 대하여 가장 우수한 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 즉 미소 볼 압착 진원도는 0.98∼1.00, 파단 하중은 136∼141mN, 칩 데미지는 없고, 테일 길이의 바라츠키는 15부터 29μm으로 가장 우수한 것이다.
② 제 1군 원소 첨가량은 100 질량 ppm을 초과하는 실험예 31의 것은 미소 볼의 압착후 진원도 0.91, 칩 데미지가 발생한다는 점에서 불충분하였다.
(5) 시험 V (시험 A 및 시험예 32∼45)
제 2군 원소 (Mg, Ti, Pb) 첨가량을 변화시킨 표 3의 시험 V로부터 다음과 같은 사실을 알 수 있다.
① Ca, Gd, Y, 제 1군 원소와의 공존에 있어서, 제 2군 원소의 적어도 1 종을 첨가량 1∼100 질량 ppm의 범위로 첨가한 실시예 32∼42의 것은 본원의 과제에 대하여 시험 Ⅳ와 마찬가지로 가장 우수한 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 즉, 미소 볼 압착후 진원도는 0.98∼1.00, 파단 하중은 137∼141mN, 칩 데미지는 없고, 테일 길이의 불균일은 9∼18μm으로 가장 뛰어난 것이다.
② 첨가량의 합계가 200 질량 ppm을 넘는 실험예 43의 것은 미소 볼 압착후 진원도 0.96, 칩 파우더가 발생한다는 점에서 불충분하였다.
③ 소정량의 제 2 군 원소를 함유하고 있더라도 Ca, Gd, Y, 제 1군 원소 중, Gd 또는 Y를 함유하지 아니하는 실험예 44, 45의 것은 미소 볼 압착후 진원도 0.91∼0.92, 테일 길이의 불균형은 37∼43μm이다. 소정량의 제 2군 원소를 첨가한 경우에도 Ca, Gd, Y, 제 1군 원소를 모두 첨가한 실험예 32∼42가 우수하다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 미소 볼 압착후의 진원도를 향상시키고, 와이어 강도가 크며, 반도체 소자의 Al 전극의 막 두께가 얇아져도 압착 볼에 의하여 칩 파손 문제가 발생하지 않으며, 또한 범프 접속 시 테일 길이를 균일하게 할 수 있는 반도체 소자 접속용 금선을 제공할 수 있다. 상세하게는 협(狹)피치 접속 또는 얇은 전극 접속에 사용하여 반도체 장치의 고기능화, 소형화에 필요한 반도체 소자의 다(多)핀화를 위하여 가장 적합한 반도체 소자 접속용 금선을 제공한다.

Claims (13)

  1. 5∼100 질량 ppm의 Ca와, 5∼100 질량 ppm의 Gd와, 1∼100 질량 ppm의 Y를 포함하고, 이들 원소의 합계량이 200 질량 ppm 이하이며, 나머지가 금과 불가피한 불순물로 구성되는 반도체 소자 접속용 금선.
  2. 제 1항에 있어서,
    1∼100 질량 ppm의 Mg, Ti, Pb 중 적어도 한 종류를 포함하고, 또한 전 첨가원소의 합계량이 200 질량 ppm 이하인 반도체 소자 접속용 금선.
  3. 5∼100 질량 ppm의 Ca와 5∼100 질량 ppm의 Gd와, 1∼100 질량 ppm의 Y와, 1∼100 질량 ppm의 Gd, Y를 제외한 희토류 중 적어도 한 종류를 포함하고, 이러한 원소의 합계량이 200 중량 ppm 이하이며, 나머지가 금과 불가피한 불순물로 이루어진 반도체 소자 접속용 금선.
  4. 제 3항에 있어서,
    1∼100 질량 ppm의 Mg, Ti, Pb 중 적어도 한 종류를 함유하고, 또한 전첨가 원소의 합계량 200질량 ppm 이하인 반도체 소자 접속용 금선.
  5. (A) 금선을 캐필러리에 삽통하고, 금선의 선단을 가열, 용융하여 금 볼을 형성하는 과정과,
    (B) 캐필러리를 하강시켜 금 볼을 반도체 소자의 전극에 압압시켜 금선을 전극에 접합하는 공정과,
    (C)전극에 접합된 상기 금선을 포함하는 캐필러리를 소정의 궤적을 그리며 피접합부재 상으로 이동시키고, 그 금선의 측면을 피접합부재에 압착 접합하는 공정과,
    (D) 피접속 부재에 압착 접합된 금선을 크램퍼로 크램프한 채로 상승시켜 금선을 절단하고, 반도체 소자의 전극과 피접속 부재간의 금선의 배선을 완료하는 공정을 포함하고, 또한 상기 금선이 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 금선인 반도체 소자 접속방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 공정(A) 및/또는 공정(C)에 있어서, 초음파 진동을 캐필러리를 통하여 금선 선단부에 부가함과 동시에, 반도체 소자 또는 피접합부재를 히터 블록으로 가열하고, 상기 금 볼을 열 압착하는 것을 포함하는 반도체 소자 접속방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서
    반도체 소자의 인접한 전극의 피치가 70μm 이하인 반도체 소자 접속방법.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    반도체 소자의 인접한 전극 피치가 60μm 이하인 반도체 소자 접속방법.
  9. (A) 금선을 캐필러리에 삽통하고, 금선의 선단을 가열, 용융하여 금 볼을 형성하는 공정과,
    (B) 캐필러리를 하강시켜 금 볼을 반도체 소자의 전극에 압압하여 압착 금 볼을 형성하는 공정과,
    (C) 반도체 소자의 전극에 압착 금 볼을 형성하고, 상기 금선을 크램퍼로 크램프한 채 상승시키고, 압착 금 볼의 부착부 부근에서 금선을 절단하여, 전극 상에 범프를 형성하는 공정을 포함하고, 또한 상기 금선이 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 금선인 반도체 소자 접속방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    반도체 소자의 전극상에 형성된 범프를 피접속부재에 압착하는 공정을 추가적으로 포함하는 반도체 소자 접속방법.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 공정(A)에 있어서, 초음파 진동을 캐필러리를 통하여 금선 선단부에 부가함과 동시에 반도체 소자를 히터 블록으로 가열하고, 상기 금 볼을 열 압착하는 것을 포함하는 반도체 소자 접속방법.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 소자 전극이 알루미늄 전극막이며, 그 막 두께가 0.5μm 이하인 반도체 소자 접속방법.
  13. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 소자 전극이 알루미늄 전극막이고, 그 막 두께가 0.1μm 이하인 반도체 소자 접속방법.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7271497B2 (en) * 2003-03-10 2007-09-18 Fairchild Semiconductor Corporation Dual metal stud bumping for flip chip applications
KR100618052B1 (ko) * 2003-04-14 2006-08-30 엠케이전자 주식회사 반도체 소자 본딩용 금 합금세선
JP4462864B2 (ja) * 2003-07-18 2010-05-12 フィガロ技研株式会社 ガスセンサの製造方法
JP4513440B2 (ja) * 2004-07-15 2010-07-28 住友ベークライト株式会社 半導体装置
EP1811555A4 (en) * 2004-09-30 2012-06-20 Tanaka Electronics Ind AU-ALLOY BOND WIRE
JP2006324553A (ja) * 2005-05-20 2006-11-30 Renesas Technology Corp 半導体装置及びその製造方法
JP5166738B2 (ja) 2006-03-24 2013-03-21 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 半導体素子接続用金線
CN101332477B (zh) * 2007-06-28 2010-09-29 山东华宏微电子材料科技有限公司 半导体器件硅铝键合线制造方法
JP4134261B1 (ja) * 2007-10-24 2008-08-20 田中電子工業株式会社 ボールボンディング用金合金線
JP4195495B1 (ja) * 2007-11-06 2008-12-10 田中電子工業株式会社 ボールボンディング用金合金線
JP2010123817A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Fujitsu Ltd ワイヤボンディング方法および電子装置とその製造方法
CN101626006B (zh) * 2009-07-09 2012-06-20 烟台一诺电子材料有限公司 柔性键合铜丝及其制备方法
KR20130026805A (ko) * 2011-09-06 2013-03-14 삼성전자주식회사 반도체 패키지의 와이어 본딩 시스템
US8540136B1 (en) 2012-09-06 2013-09-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods for stud bump formation and apparatus for performing the same
JP6455037B2 (ja) * 2014-09-12 2019-01-23 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法
CN110718526A (zh) * 2019-10-22 2020-01-21 烟台一诺电子材料有限公司 一种超细线距电子封装用稀土铜合金键合丝及其制备方法
CN111485131B (zh) * 2020-04-17 2021-12-24 烟台招金励福贵金属股份有限公司 一种键合金丝及其制备方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5282183A (en) * 1975-12-29 1977-07-09 Nec Corp Connecting wires for semiconductor devices
GB2116208B (en) * 1981-12-04 1985-12-04 Mitsubishi Metal Corp Fine gold alloy wire for bonding of a semiconductor device
GB2201545B (en) * 1987-01-30 1991-09-11 Tanaka Electronics Ind Method for connecting semiconductor material
US4950866A (en) * 1987-12-08 1990-08-21 Hitachi, Ltd. Method and apparatus of bonding insulated and coated wire
JP2778093B2 (ja) * 1988-09-29 1998-07-23 三菱マテリアル株式会社 金バンプ用金合金細線
JPH02205641A (ja) * 1989-01-31 1990-08-15 Tatsuta Electric Wire & Cable Co Ltd ボンディング用金合金細線
JPH02205651A (ja) 1989-02-06 1990-08-15 Furukawa Alum Co Ltd 磁気ディスク基板用アルミニウム合金
GB2231336B (en) * 1989-04-28 1993-09-22 Tanaka Electronics Ind Gold wire for the bonding of a semiconductor device
US4970365A (en) * 1989-09-28 1990-11-13 International Business Machines Corporation Method and apparatus for bonding components leads to pads located on a non-rigid substrate
JP2792337B2 (ja) * 1992-06-04 1998-09-03 日本電気株式会社 ワイヤボンディング装置
JP2922388B2 (ja) * 1993-04-22 1999-07-19 新日本製鐵株式会社 ボンディング用金合金細線
JP2780611B2 (ja) * 1993-09-06 1998-07-30 三菱マテリアル株式会社 少量成分の合金化で硬質化した金装飾品材
US5842628A (en) * 1995-04-10 1998-12-01 Fujitsu Limited Wire bonding method, semiconductor device, capillary for wire bonding and ball bump forming method
JP3328135B2 (ja) * 1996-05-28 2002-09-24 田中電子工業株式会社 バンプ形成用金合金線及びバンプ形成方法
US5945065A (en) * 1996-07-31 1999-08-31 Tanaka Denshi Kogyo Method for wedge bonding using a gold alloy wire
JP3126926B2 (ja) 1996-09-09 2001-01-22 新日本製鐵株式会社 半導体素子用金合金細線および半導体装置
JP3573321B2 (ja) * 1996-12-11 2004-10-06 住友金属鉱山株式会社 Ａｕボンディングワイヤー
JP3673366B2 (ja) 1997-04-30 2005-07-20 新日本製鐵株式会社 半導体素子
JP2990128B2 (ja) * 1997-10-16 1999-12-13 九州日本電気株式会社 半導体装置内部接続用被覆金属細線
JPH11126788A (ja) * 1997-10-23 1999-05-11 Tanaka Electron Ind Co Ltd Ｉｃチップ接続用金合金線
JP3689234B2 (ja) 1997-11-25 2005-08-31 新日本製鐵株式会社 バンプ用微小金ボールおよび半導体装置
JP2000040710A (ja) * 1998-07-24 2000-02-08 Sumitomo Metal Mining Co Ltd ボンディング用金合金細線
JP3356082B2 (ja) * 1998-11-09 2002-12-09 三菱マテリアル株式会社 半導体装置のボンディング用金合金細線

Also Published As

Publication number Publication date
SG90251A1 (en) 2002-07-23
MY117233A (en) 2004-05-31
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JP3382918B2 (ja) 2003-03-04
JP2001345342A (ja) 2001-12-14
US6492593B2 (en) 2002-12-10
CN1169202C (zh) 2004-09-29
TW569361B (en) 2004-01-01
KR100692495B1 (ko) 2007-03-09
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