WO2004049425A1

WO2004049425A1 - 半導体装置用金ボンディングワイヤおよびその製造方法

Info

Publication number: WO2004049425A1
Application number: PCT/JP2003/012740
Authority: WO
Inventors: Tomohiro Uno; Shinichi Terashima; Kohei Tatsumi
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2004-06-10

Abstract

本発明は、狭ピッチ接続を実現するための高強度・高弾性、ループ形状の安定性、ワイヤ流れ抑制、リーニング性、およびウェッジ接合部の接合性あるいは疲労特性等を総合的に改善させ、しかも工業的に量産性にも優れた、半導体装置用金ボンディングワイヤ及びその製造方法を提供するものであり、金ボンディングワイヤは、ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、［100］方位を有する結晶粒の面積に対する［111］方位を有する結晶粒の面積の割合が1.2以上である。

Description

半導体装置用金ボンディングワイヤおよびその製造方法

技術分野

本発明は、半導体素子上の電極と外部リ一ドを接続するために利用される半導体装置用金ボンディングワイヤ及びその製造法に関す明

る。

背景技術書

現在、半導体素子上の電極と外部端子との間を接続するボンディングワイヤとして、線径 20〜50 μ m程度で、材質は高純度 4 N系（純度〉 99· 99質量％) の金であるボンディングワイヤが主として使用されている。ボンディングワイヤの接続技術は、超音波併用熱圧着方式が一般的であり、汎用ボンディング装置や、ワイヤをその内部に通して接続に用いるキヤビラリ冶具等が必要である。ワイヤ先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力によりポールを形成させた後に、 150〜300°Cの範囲内で加熱した半導体素子の電極上にポール部を圧着接合せしめ、その後で、直接ワイヤを外部リード側に超音波圧着によりゥエッジ接合させる。トランジスタゃ I C等の半導体装置として使用するためには、前記のボンディングワイヤによるボンディングの後に、 S iチップ、ボンディングワイヤ、及び S iチップが取り付けられた部分のリードフレーム等を保護する目的で、ェポキシ樹脂で封止する。これらの部材は、単独の特性を高めることも必要であるが、周辺の部材との関係及び使用法等の総合的な性能、信頼性を改善することがますます重要となっている。

半導体素子の高集積化、薄型化の傾向により、金ボンディングヮィャが満足すべき特性も多様化しており、例えば、高密度配線及び狭ピッチに対応するため、金ボンディングワイヤの長尺化、細線化あるいは高ループ化、さらに半導体素子の薄型化を可能にすべく低ループ化、等が要求されている。

ボンディングワイヤの接合相手となる材質も変化しており、シリコン基板上の配線、電極材料では、従来の A1合金に加えて、より高集積化に適した Cu、 Cu合金が使用され始めている。こうした A1合金、 Cu、 Cu合金等の電極部材においても、狭ピッチ化に対応する小ボール接合が求められており、接合強度、ポール変形、高温接合信頼性等を確保することがより重要となる。

今後とも、半導体素子の高集積化、高密度化等のニーズに対応するために、金ボンディングワイヤ接続のニーズでは、狭ピッチ化、細線化、多ピン '長ワイヤ化、高接合性等の要求が厳しくなつている。

例えば、高粘性の熱硬化エポキシ樹脂が高速注入される樹脂封止工程では、ワイャが変形して隣接ワイャと接触することが問題となり、しかも、狭ピッチ化、長ワイヤ化、細線化も進む中で、樹脂封止時のワイ変形 (以下、ワイヤ流れと呼ぶ) を少しでも抑えることが求められている。中でも、狭ピッチ化のニーズは加速しており、現行量産レベルは 60 mピッチであるが、 50 μ πιピッチの開発も進行しており、さらには、数年前まではポール接合の限界とされていた極狭ピッチ 45 μ mまで、 2〜 3年後の実用化が期待されている。さらに、実装技術に関するロードマップでは、将来的には極々狭ピッチ 20 μ mを実現する技術が期待され始めている。

半導体パッケージの種類の中でも、狭ピッチ化が先行しているのは BGA (Bal l Grid Array) 、 CSP ( Chip S i ze Package) 等である。これらの実装形態では基板、テープが用いられており、従来のリードフレーム構造に比べて、リード間隔の縮少等の制約が少ない。基板、テープを用いる場合に留意すべきことは、ボンディング温度が

150〜170°Cの範囲の低温領域で接合しなくてはならないことである。これは、リードフレームの場合に、 210〜300°Cでボンディングされていたのと比較しても、数十。 Cの低温となる。従って、低温で狭ピッチ接合を達成することが求められており、低温での拡散の遅延、接合面積の縮小、キヤビラリ先端の微細化等により、ボール接合、ゥッジ接合ともに非常に厳しい特性、信頼性が求められる。

こうした要求を満足するワイャの基本特性として、ボンディング工程におけるループ形状を高精度に制御できること、しかも電極部、リード部への接合性も向上していること、ボンディング以降の実装工程におけるワイヤ変形を抑制できること等、総合的な特性を満足することが望まれる。

これまで、ボンディングワイヤを高強度化する手段として、複数の合金元素を添加することが主流であった。現在主流の高純度系金ボンディングワイヤでは、ポール部の酸化や電気抵抗の上昇等を防ぐために、合金元素の添加は数 ppm〜数十 ppmに制限されており、ループ制御性、接合性等は優れているものの、ワイヤ変形の抑制、ポール形成時の熱影響部（ネック部）の強度等は十分ではなかった。最近、添加量を増やして総計で 1 %程度まで添加した高濃度合金ヮィャが、一部の I Cで使用され始めているが、樹脂封止時のワイヤ変形を改善する効果は十分ではなく、リード側への接合性が低下する等の問題が懸念されている。

高強度化を達成する一つの手法として、芯部と外周部が異なる金属からなる複層ワイヤが提案されており、例えば、特開昭 56- 21354 号公報では、 Ag芯を Au被覆したワイヤについて、特開昭 59— 155161 号公報では、芯部を導電性金属とし表面を Auメツキしたワイヤ等が、開示されている。これらは、芯部と外周部で異なる金属を組み合わせることにより、全ての汎用製品がその範疇に入る単一部材で構成されているワイヤよりも、高強度化と高接合性を満足させることが期待されている。しかしながら、実際の半導体において複層ワイャを使用した実例はほとんど報告されていないのが実状である。従って、今後の高密度実装のニーズに適応するためにも、ワイヤは個別の要求特性のみを満足するのではなく、総合的に特性を向上する材料開発が求められる。

隣接電極間が 50 /z m以下の狭ピッチ接合に対応するためのワイヤは、従来から取組まれてきた課題である高強度 · 高弾性、ループ制御性、接合性、ワイヤ流れ抑制等をより改善しつつ、新たな課題であるゥヱッジ接合性、リ一ニング性等を同時に満足することが求められる。

狭ピッチ接続を実現するためのワイヤでは、上記の金合金化、金代替の材料、複層ワイヤ等の手法が検討されてきた。それぞれの手法で、量産レベルで狭ピッチ接続を実現するための問題を以下に述ベる。

金中への合金元素添加により、固溶硬化、析出硬化、化合物形成による硬化、転位との相互作用等を利用することで、従来のワイヤに求められた高強度化をある程度達成することができる。しかしながら、単純に合金元素を添加しただけでは、高強度化 · 高弾性率化に限界があるだけでなく、，樹脂封止時のワイヤ変形の抑制が困難である。従来の封止技術を用いて、ワイヤ流れ量が 5 %以上と比較的大きい場合には、ワイヤ変形は塑性領域が主であったため、ワイヤの強度増加がワイヤ流れの抑制には有効であった。一方、最近の樹脂封止技術の進展等により、ワイャ流れは弾性変形に支配されるようになり始めており、従来以上に弾性率の増加が重要となる。しかし、金合金ワイヤの弾性率を 88MPa以上にまで増加するには、合金元素の固溶、析出等の作用だけでは困難である。また、高強度 · 高弾性率化することを目的に、元素を高濃度添加すると、ワイヤ表面の酸化、ボール形成時の引け巣の発生、ポール部の接合性の低下、電気抵抗の過剰増加等の問題が新たに発生する。

ポール接合に用いられる金ポンディングワイヤでは、ワイャ素材中に添加した合金化元素の固溶、析出、化合物形成等の利用に頼つた、これまでの添加元素の種類及び濃度を選定する手法では、極狭ピッチ接続の量産技術への対応は非常に困難である。

また、前述した、芯線と外周部で構成される複層ワイヤは、芯線と外周部で異なる特性を併せ持つ可能性がある等、潜在的な特性は期待されている。しかし、複層ワイヤの製法は複雑であるため、ェ程の増加、新規設備等により製造コス卜が増加すること、均質化、特性の安定化等の品質管理が非常に困難であること等、量産性の問題は解決されていない。複層ワイヤでは、特定の特性改善は比較的容易であるが、狭ピッチ接続に求められる複雑なワイヤ要求特性を総合的に満足するまでには到っておらず、実用化のための解決すベき課題が残されている。

従って、金合金化、金代替の材料、複層ワイヤのいずれでも、狭ピッチ接続の要求特性を全て満足することは困難である。狭ピッチ接合に対応するボンディングワイヤは、ワイャ流れ抑制のために高強度 · 高弾性 · 高剛性であり、しかもループ制御性 · 接合性を向上するという、相反する特性を同時に満足できること、低コスト化に対応できること、電気抵抗の増加を極力抑えること、等を総合的に満足することが求められる。

さらに、 40 μ mピッチ以下では、従来は殆ど問題にされなかった、ボール直立部のリーニング等が新たな課題である。多ピン . 狭ピツチでは、一つの I C内の実装で、ワイヤ長、ループ高さが異なるヮィャ接続を混載することが行われている。これは、チップ内では同一のループ形状が用いられていた従来の実装と異なり、ループ制御に関する問題が発生しやすい。最近最も懸念されている問題は、ポール接合近傍のワイャ直立部が倒れて、隣接ワイヤの間隔が接近することである。この現象はリーユングと呼ばれており、狭ピッチ接続の量産性を低下させる大きな要因となっている。

ポール直立部のリーユングの対策として、ワイヤを単純に高強度化 · 高弾性率化したり、反対に低強度化しても、改善することは困難である。また、ボンディングワイヤに関連する機械的特性で頻繁に用いられる破断伸びを増減しても、リーニングの低減等に、ほとんど効果は得られない。これは、ポール直立部ではボール溶融時の熱影響、ループ形成時の変形歪み等を受けており、ワイヤ母線そのものとは異なる特性に支配されており、機械的特性に基づいた従来の改善では限界が生じているためと考えられる。リーニング対策では、新たな指標に基づいたワイャ材料開発に取組まなくてはならない。

さらに、単純に高強度化だけを優先したワイヤでは、狭ピッチ化等の高密度接続においてゥェッジ接合部における変形性、接合強度、長期信頼性等を十分満足することは困難である。ゥエッジ接合性は従来の 70 μ m以上のピツチでは問題となることは少なかったが、今後の狭ピッチ接続では、ゥエツジ接合性を改善することがより重要となる。

ゥエツジ接合性の問題を誘発する要因について、ワイャの細線化、キヤビラリ'先端の微細化により接合面積が大幅に減少すること、狭ピッチ接続が使用されるのは主に基板、テープ等に接続するため接合温度が低いこと、等が挙げられる。すなわち、ゥエッジ接合性の問題は、従来は十分に取組まれておらず、狭ピッチ化を実現する新規課題として取組まなくてはならない。

ゥエッジ接合では、ワイャが高速で大変形を受ける複雑な挙動であること、接合相手に合わせた良好な接合強度が確保されること、さらに、ゥエッジ接合の後の狭ピッチ用の小ポールを形成する過程で、ワイヤの切断する形状を安定化させること等、ボール部の変形とも著しく異なり、特殊な接合構造を形成している。これまで、こうした現象を考慮しなくてもゥエツジ接合性が確保できたため、ゥェッジ接合性を改善するためのワイャ材料因子は殆ど明らかにされておらず、ゥエッジ接合性を高めたワイヤ製品等の実例は殆ど報告されていない。むしろ、高強度化されたワイヤでは、一般的に低温でのゥヱッジ接合性が低下することがしばしば指摘されている。例えば、高濃度添加等によりワイヤを高強度化しただけでは、ゥエツジ接合性を確保するための作業マージンが低下する原因となる。狭ピッチ化に対応するために、高強度細線化して、且つ、ゥエッジ接合性を改善することが重要な技術課題となる。

さらにゥッジ接合部では、接合性に加え、使用時の信頼性の改善も必要である。シリコンチップ、金属フレーム、ボンディングヮィャ、それらを覆う封止樹脂等は熱膨張、弾性率等が異なるため熱歪みを発生しやすい。リブロー時、使用時の発熱、冷却等の温度サイタルを経る過程で、ゥヱッジ接合部に熱歪みが集中して破断に至ることが懸念されている。細線化、ゥエッジ接合の微細化等により、ワイヤ側からの耐熱疲労性が問題となることが懸念されており、さらに、最近の Pbフリー半田の使用に伴い、リフロー温度が高温化することで、熱疲労が加速される傾向にある。ゥエッジ接合の信頼性を改善するためのワイャ材料因子は殆ど明らかにされていない。大変形された複雑な構造をしたゥエッジ接合部の、耐疲労性等の使用時の信頼性は、これまでのワイャの要求特性であるループ制御、封止時のワイヤ変形、接合性等とは大きく異なるため、従来の成分、濃度等の材料設計だけで対応することは困難である。

本発明は、狭ピッチ化、細線化、長ワイヤ化に優れた高強度、高曲げ剛性を有し、しかも接合性も向上され、工業的に量産性にも優れた、半導体素子用金ボンディングワイヤ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は前述した観点から、狭ピッチ接続を実現するための高強度 · 高弾性、ゥエッジ接合性、ワイヤ流れ抑制等を総合的に改善させ、さらに、ボール直立部のリーニングを改善すること等を目的に研究開発に取組んだ結果、ワイヤの集合組織の制御が重要且つ有効であることを初めて見出した。発明の開示

前述した目的を達成するための本発明の要旨は次の通りである。

( 1 ) ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1. 2以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

( 2 ) ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 111] 方位を有する結晶粒の面積比率が 55 %以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

( 3 ) ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイャの半径を Rとして、該ワイヤの中心から R / 2までの部分を中心部としたとき、中心部におけるワイャ長手方向の結晶方位の内、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rcと、ワイヤ断面全体での [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 R aについて、両者の差分比率の絶対値 I 1 一 Rc/Ra I X100 (%) が 30%未満であり、且つ、ワイヤ断面全体での該割合 Raが 1.2以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

( 4 ) ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径を Rとして、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ半径方向にワイヤ半径 Rの 1 /10以上の幅で、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1.6以上である領域が少なくとも 1層以上存在することを特徴とする、（ 1 ) 〜（ 3 ) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

( 5 ) ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径を Rとして、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ半径方向にワイヤ半径 Rの 1 /10以上の幅で、 [111] 方位を有する結晶粒の面積比率が 60%以上である領域が少なくとも 1層以上存在することを特徴とする、（ 1 ) 〜（ 4 ) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

( 6 ) ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径を Rとして、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ半径方向にワイヤ半径 Rの 1 /10以上、 1 Z 3未満の幅で、 [100

] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 0.9未満である領域が少なくとも 1層以上存在することを特徴とする、（ 1 ) 〜（ 3 ) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

( 7 ) ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径を Rとして、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ半径方向にワイヤ半径 Rの 1 Z10以上の幅で、 [100] 方位を有する結晶粒の面積比率が 50%以上である領域が少なくとも 1層以上存在することを特徴とする、（1 ) 〜（3) 又は（6) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(8) ボンディングワイヤの長手方向断面において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [111] 方位及び [100] 方位の結晶粒の面積の合計の割合が 50%以上であることを特徴とする、（1 ) 〜（7) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(9) ボンディングワイヤの長手方向靳面において、ワイヤの半径をとして、ワイヤの中心から RZ2までの部分を中心部としたとき、該中心部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [111] 方位及び [100] 方位の結晶粒の面積の合計の該中心部に占める割合が 60%以上であることを特徴とする、（ 1 ) 〜（8) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(10) ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイャの半径を Rとして、該ワイャの表面から RZ3までの深さの部位を表層部としたとき、表層部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1.6以上であり、かつ、ワイヤ断面全体での [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1.2以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(11) ボンディングワイヤの長手方向断面において、ワイヤの半径を Rとして、ワイヤの表面から RZ3までの部分を表面領域としたとき、該表面領域におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [111

] 方位及び [100] 方位の結晶粒の面積の合計の該表面領域に占める割合が 50%以上であることを特徴とする、（ 1 ) 〜（10) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(12) ボンディングワイャの長手方向断面又は前記長手方向の垂直方向の X線回折測定により求めた結晶方位において、 [100] 方位を有する結晶粒に対する [111] 方位を有する結晶粒の体積比が 1.2 以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(13) 前記ボンディングワイヤの線径の 5倍以上のワイャ長手方向断面において、線径の 70%以上の長さでワイャ長手方向の結晶方位が 15° 以内の角度に揃った結晶粒を、少なくとも 2個以上有する（ 1 ) 〜（12) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイャ。

(14) 前記ボンディングワイヤが、 Auを主成分とし、添加成分として、 Y、 Ca、 Yb、又は Euから選ばれる 1種以上の元素の総濃度が 0.002〜0.03質量％、 La、 Tb、 Dy、又は Ndから選ばれる 1種以上の元素の総濃度 C₂が 0.002〜0.05質量％であり、且つそれら添加成分の濃度関係について 0.1< C ZCsく 10の範囲である、（ 1 ) 〜（1 3) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(15) ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径をとして、該ワイヤの中心から RZ 2までの部分を中心部、その外側を外周部としたとき、中心部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する

[111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rcと、外周部におけるヮィャ長手方向の結晶方位の内、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rsについて、両者の差分比率の絶対値 I 1 一 RcZRs I X100 (%) が 30%以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(16) ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Raが 1.0以上であることを特徴とする、（15) に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(17) ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイャの半径を Rとして、該ワイヤの中心から R/ 3までの部分を芯部としたとき、芯部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rdが 0.：！〜 0.8の範囲であることを特徴とする、（15 ) 又は（16) に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(18) ボンディングワイヤの外周部におけるワイャ長手方向の結晶方位の内、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rsが 1.2以上であることを特徴とする

、 (15) 〜（17) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(19) ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径をとして、該ワイヤの表面から RZ 5までの部分を最表面部としたとき、最表面部におけるワイャ長手方向の結晶方位の内、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rtが 1.0以下であることを特徴とする、（1 5) 〜（18) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイャ。

(20) 前記結晶粒の [111] 方位及び [100] 方位が、ボンディングワイヤの長手方向に対し、 10° 以内の傾きを有する（ 1 ) 〜（19) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

(21) 前記ボンディングワイヤの長手方向に垂直な断面の結晶粒数が、 0.04〜 4個/ μ m²である（ 1 ) 〜（20) のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。 ( 22) 圧延加工、前熱処理、二次伸線加工、後熱処理の順でそれぞれ少なくとも 1回組み合わせた工程で、錶造材からボンディングヮィャを製造する方法であって、前記圧延加工における面積加工率が 95 %以上、前記前熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の融点に対して 20〜 70 %の温度範囲であり、前記二次伸線加工の面積加工率が 99. 5 %以上、前記後熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の再結晶温度に対して 20〜70 %の温度範囲で実施されることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの製造方法。

( 23) 圧延加工、一次伸線加工、前熱処理、二次伸線加工、後熱処理の順でそれぞれ少なくとも 1 回組み合わせた工程で、錶造材からボンディングワイヤを製造する方法であって、前記圧延加工、一次伸線加工におけるそれぞれの面積加工率が 95 %以上、前記前熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の融点に対して 20〜70%の温度範囲であり、前記二次伸線加工の面積加工率が 99. 5 %以上、平均伸線速度が 50〜： 1000 m /分、伸線の槽温度が 5〜45°Cであり、前記後熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の再結晶温度に対して 20〜70 %の温度範囲、掃引張力は 0. 2〜70mNの範囲で実施されることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの製造方法。

( 24) 前記伸線加工に用いる複数のダイスの内、減面率 10 %以上のダイスを 30 %以上使用することを特徴とする、（22) 又は（23) に記載の半導体装置用金ボンディングワイャの製造方法。

( 25) 圧延加工、一次伸線加工、前熱処理、二次伸線加工、後熱処理の順でそれぞれ少なくとも 1 回組み合わせた工程で、鎳造材からボンディングワイヤを製造する方法であって、前記圧延加工、一次伸線加工におけるそれぞれの面積加工率が 95 %以上、前記前熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の融点（絶対温度）に対して 30〜 70 %の温度範囲であり、前記二次伸線加工における面積加工率が 99 • 5 %以上、平均伸線速度が 100〜800m /分、ダイス前後での張力の差が 0.：!〜 50MPaの範囲であり、前記後熱処理の加熱温度（絶対温度 ) が該材料の再結晶温度（絶対温度）に対して 30〜70 %の温度範囲であり、一次伸線及び二次伸線でのダイス出口における引出し角度が 30° 以下で製造されることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイャの製造方法。

( 26) 前記伸線加工に用いる複数のダイスの内、減面率が 7 %未満、 7〜： Ll %、 11〜20%である 3種のダイス群のそれぞれを少なくとも 10 %以上は使用することを特徴とする、（25) に記載の半導体装置用金ボンディングワイャの製造方法。

( 27) 前記後熱処理において、加熱炉両端の加熱温度 Te (絶対温度 ) 、中央部の加熱温度 Tm (絶対温度）に対して、 0. 02Τπ！〜 0. 3Tm ほど低温である温度分布を持った加熱炉を用いて、ワイャを連続的に掃引させて熱処理することを特徴とする、（25) 又は（26) に記载の半導体装置用金ボンディングワイヤの製造方法。図面の簡単な説明

図 1 は、金ボンディングワイヤ (線径 25 μ ηι ) の EBSP測定による結晶粒界を示す図である。

図 2は、金ボンディングワイヤ（線径 18 i m ) の EBSP測定による結晶粒界を示す図である。発明を実施するための最良の形態

これまで殆ど知られていなかった、金ボンディングワイヤの集合組織と狭ピッチワイヤ接合性の関係に注目し、特定の結晶方位、特定の結晶方位の比率及び、ワイャ内部での結晶方位の分布等を制御することにより、高強度 · 高弾性、ループ制御性、接合性、ワイヤ流れ抑制等、個々の特性を向上することに加え、これら両立が困難とされている特性群の総合的な改善、さらに、狭ピッチ接続に特有の課題である、ゥエッジ接合性、ゥエッジ接合部の信頼性、ボール直立部のリ一ユングの低減、等を達成できることを初めて見出した以下に、本発明の（ 1 ) 〜（ 1 4 ) ，（ 2 0 ) ，（ 2 2 ) に係わる半導体装置用金ボンディングワイャ及びその製造法について説明する。

ボンディングワイヤはワイャ長手方向に延びた繊維状集合組織を有しており、そのワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 100 ] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111 ] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1. 2以上とすることで、強度、弾性率を高めることができる。例えば、強度を 300MP a以上、弾性率 90MPa以上を達成できることを確認した。特に、この集合組織の方位制御では、弾性率の増加の方が強度よりも効果が大きく、従来の元素添加に頼った材料設計では、このような効果を達成困難であった。

こうした高強度 · 高弾性率化により、樹脂封止時のワイャ流れを従来材に比して 2割以上低減することが可能である。これにより、 Ο μ m以下の極狭ピッチに必要な線径 15 μ m以下の極細ワイャが使用できる可能性が高まる。また、強度を同一に保持したまま、線径を 1割以上は減少できるため、材料コストの低減にもメリットが大きレ、。

結晶粒の [ 100 ] 方位よりも [ 111 ] 方位の比率を高める組織制御により高強度化、高弾性率化を促進することができ、従来の高濃度の元素添加による高強度化では問題となつていたボール形成性についても、良好な特性を同時に達成できる。例えば、ポール径 /ワイャ径の比率が 1 . 3〜1 . 6倍の小ボール形成でも、真球性は良好であり、 40μ m以下の狭ピッチ接続に有利である。これは、 [111] 方位だけでなく、 [100] 方位の配向性も合わせてコントロールされたワイヤ組織が、ゥエッジ接合後のワイヤ破断性状への影響、またポール部の凝固時の組織形成にも影響を及ぼすこと等が関与していると考えられる。

[111] 方位への配向が強度に及ぼす影響では、引張強度に加えて、降伏強度を増加する効果を高めることができる。これにより、樹脂封止時にワイャに加わる荷重が大きい場合、ワイャが長い場合等でも、ワイヤの塑性変形の開始を抑制するのに有効である。従来、強度を高めるには、ワイヤ中の合金化元素の添加量を増やすことで、ある程度まで対応できたが、高濃度添加することで、ワイヤの電気抵抗が増加することが常に問題とされていた。今後の ICの高周波対応化が必須であり、ワイヤの電気抵抗の増加は半導体機能を低下させる原因ともなる。それに対し、結晶粒の [111] 方位と [100

] 方位の配向を制御したワイヤでは、電気抵抗を増加させることなく、強度を高めることが可能であり、 ASIC等の高機能 LSIへの適用も含めて、大きな利点となる。

[100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合（以下では、 [111] / [100] の面積割合と略記）が 1.2以上の範囲とした理由について、 1.2未満では、弾性率の増加によるワイヤ流れの抑制効果が小さいためである。好ましくは、この [111] / [100] の面積割合が 1.4以上であることがより望ましい。これは、面積比が 1.4以上であればワイヤ流れの抑制効果を高めることができるためである。さらにより好ましくは、 [111 ] / [100] の面積割合が 2.5以上とすることで、弾性率、曲げ剛性の増加等により、ワイャ流れ抑制効果をより一層高めることができる。また、 [111] / [100] の面積割合の上限について、特に制限はないが、 20未満であれば、安定製造が比較的容易である。これは、 [ 100] 方位を有する結晶粒を完全に排除し、 [ 111] 方位を有する結晶粒だけにすることを量産レベルで達成することは難しいためである。 '

比較として、現在の汎用製品である金ボンディングワイャの組織を観察したところ、通常は [ 111] / [ 100] の面積割合が 1. 2未満であり、高強度化の分類に属するワイヤでも、工業的に安定して入手される製品レベルでは 1. 1未満であった。

本発明における結晶方位は、ワイヤの長手方向に対する結晶方位の角度差を 10° 以内とする。これは、この範囲であれば、それぞれの結晶方位の特性を有しており、ボンディングワイャの諸特性に及ぼす影響度も有効に活用できるためであり、結晶方位の角度差が 10

° を超えると、ワイヤ特性への影響に差違が生じることが懸念されるためである。

また、ワイャの長手方向断面におけるワイャ長手方向の結晶方位の内、 [ 111 ] 方位を有する結晶粒の面積比率が 55%以上であるボンデイングワイヤでは、上記の高強度 · 高弾性率に加えて、ループ形状の直線性の向上を達成し、狭ピッチ接続の実用性を高めることができる。

ボンディングワイャのループ形成では、複雑なループ軌跡により弾性変形及び塑性変形をうまく利用することで、規則的なループ形状が得られる。半導体チップに垂直方向のループ形状は、直線部、湾曲部、曲折部等が組み合わされており、一方で、半導体チップに水平方向のワイヤ形状では、直線的な形状をしている。ループ形成では、垂直方向での湾曲、曲折等を得るために塑性変形させ、且つ、水平方向ではできる限り直線性を保つことが望ましい。今後の細線化により、この直線性の低下が懸念される。従来の元素添加に賴つた材料設計では、これら湾曲部、曲折部を有する複雑なループ形状と直線性とを両立させることは困難であった。

そこで、 [ 111] 方位の結晶粒により注目した組織制御により、上述した、垂直方向での湾曲、曲折と、水平方向の直線性という相反特性を同時に満足することに有効である。 [ 111] 方位を有する結晶粒の面積比率が 55 %以上であれば、三角形ループ、台形ループ、段差ループ等の複雑なループ形状における湾曲部、曲折部の制御性と、ループの直線性とを同時に向上することができる。

より好ましくは、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 111 ] 方位を有する結晶粒の面積比率が 55%以上であり、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1. 2以上であるボンディングワイヤであることが望ましい。これは、 [ 111 ] 方位を有する結晶粒の面積比率に加えて、さらに [ 100 ] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111 ] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1. 2以上とすることで、樹脂封止時のワイャ変形を抑制して、狭ピッチ接続の量産歩留まりを向上する効果をより高めることができるためである。

さらに、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積比率が 3〜20 %の範囲であることにより、高速でのループ制御が容易となり、最高高さの部位の形状パラツキが減少したり、荷重、超音波振動等の接合条件の適正な範囲が広がったりすることにより、ボンディング時の量産歩留まりを向上でき、より望ましい。これは、 [ 100] 方位だけでは、ワイヤ長手の垂直方向等から外力が作用したときに、ワイヤ変形の制御が困難となる場合があり、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積比率を 3〜20%の範囲とすることで、ループ制御、ワイヤ接合時の弾性変形から塑性変形への変更をよりスムーズにすることで、生産性が向上するためと考えられる。ここで、 [ 100] 方位の面積比率が 3 %未満であれば上記効果は小さく、 20%超となれば、 [ 111] 方位の結晶粒による高強度 · 高弾性率等の効果を抑えることが懸念されるためである。

多くの性能が要求されるボンディングワイヤでは、これまで述べた断面全体での平均的な組織制御だけで改善が難しい特性もある。これまで困難とされていたリーニング性、摺動性等を改善するには、ワイヤ斬面の中心域と表面域等に区分し、それぞれの部位での結晶方位制御することが有効であることを見出した。リ一二ング性、摺動性等を改善するための部分的な組織制御について述べる。

ボール接合近傍の直立部におけるワイャ倒れであるリ一二ング性について、 50 μ m以下の狭ピッチ'接続で問題となる場合が多い。上記の直線性は、ループ全体の平均的な直線度を表しているのに比して、該リーニング性とは局所部の直線度に相当するものであり、具体的には、隣接ワイヤ間隔が最も狭いボール接合近傍で、しかも、垂直方向での湾曲、曲折等が最も激しい領域で発生する。この部位でのワイヤ倒れであるリーニング性を抑えることが、狭ピッチ接続の量産技術の重要な課題となる。ワイヤの機械的特性である高強度 • 高弾性率、破断伸び等の特性だけでは、このリーニング性を改善することは困難であった。

リーニング性を改善するには、ボール接合近傍での湾曲、曲折等による相当の変形歪みを受けても、横方向への倒れを防止することが求められており、機械的特性に基づいた従来手法だけでは、リーニング性を改善することは困難である。また、ワイヤ断面内の平均的な結晶方位の管理だけでも、リ一ニング性を十分に改善することは難しい。それに対し、ワイヤ断面での結晶方位の均一性を高めることが有効であり、特に、ワイヤ中心域の組織制御により、ポール接合近傍の直立部のワイヤ倒れを低減する等、リーニング性の改善に効果があることを見出した。

すなわち、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤの半径をとして、該ワイヤの中心から RZ 2までの部分を中心部としたとき、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rcと、ワイヤ断面全体での [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Ra について、両者の差分比率の絶対値 I 1 _Rc/Ra I X100 (%) が 3 0%未満であり、且つ、ワイヤ断面全体での該割合 Raが 1.2以上であることで、リーユング性を改善することが可能である。

ここで、 [111] / [100] の面積割合について、ワイヤ断面全体での割合 Raを 1.2以上とすることに加えて、中心部での割合 Rcとヮィャ断面全体での割合 Raの差分比率の絶対値 I 1 —RcZRa I を 30% 未満に抑えて、ワイャ断面全体での組織の均一性を高めることにより、チップ部にポール接合した後にワイャを四方の自由な方向に変形させる通常のループ形成において、直立部のワイヤ倒れを抑制してリーユング性を改善することができる。しかも均一性について、特に中心部での [111] / [100] の面積割合に着目することで、ヮィャ生産性、接合性、ループ形状の使用性能等を損なうことなく、リ一二ング性、樹脂流れ性等を向上することができる。

次に、ワイャ表面近傍の組織制御による性能向上について説明する。

40 μ m以下の極狭ピッチを実現するために細線化されたワイヤを量産使用するには、キヤビラリの穴部とワイヤとの隙間が小さくなることで摺動抵抗が高くなることを無視できなくなり、また、封止樹脂の 80%以上を占めるフィラーと呼ばれる Si0₂の粉末が、封止時にワイャに与える衝撃、それに伴うワイャ流れの増加等も考慮することが必要である。こうした、ワイヤとキヤビラリとの摺動性の改善、また、樹脂封止時の衝撃等にも耐えてワイヤ流れを低減するためのワイヤの高剛性等が求められる。これまで述べた、高強度 . 高弾性、ループ形状の直線性、リーニング性等の狭ピッチワイヤボンデイング特性の向上に加えて、さらに摺動性、高剛性を改善するには、従来の成分設計だけでは対応困難であり、上述したワイヤ断面での平均的な組織抑制に加え、さらに、ワイヤ表層部での結晶方位の分布を制御することが有効であることを見出した。

具体的には、ワイヤの半径を Rとし、該ワイヤの表面から R " 3 までの深さの部位を表層部としたとき、表層部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する

[ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1. 6以上であり、かつ、ワイヤ断面全体での [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 1 11] 方位を有する結晶粒の面積の割合を 1. 2以上とすることで、高強度 · 高弾性、ワイヤ流れの抑制、ループ形状の制御性、摺動性、高剛性等を同時に満足することに有効である。

表層部での [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1. 6以上とすることで、キヤビラリとの摺動抵抗を減少させて、線径 15 μ m以下の極細線ワイヤでのループ制御性を向上し、ワイヤ表面のキズ発生等も抑制させて、榭脂封止時のフィラー衝撃等によるワイヤ表面状態も改善する。さらに、上記の表層部の組織制御に加えて、ワイヤ断面全体でも [ 111 ] / [ 100] の面積割合が 1. 2以上となる組織を形成することで、剛性率を増加させ、樹脂封止時のワイヤ流れを抑制する効果をさらに高めることができる。表層部での [ 111] / [ 100] の面積割合を 1. 6以上としたのは、 1. 6未満であれば、上記の摺動性、高剛性の改善効果が小さいためである。ここで、中心部と表層部との境界をワイャ表面から R / 3で区別して結晶方位の分布を規定することで、摺動性、高剛性を向上する最も高い効果が確認された。さらに好ましくは、表層部での [ 111 ] / [ 100] の面積割合を 2. 5以上、断面全体で平均された [ 111] / [ 100] の面積割合を 1. 2以上とすることで、搢動性とワイヤ流れの抑制を同時に向上する、より高い効果を得ることができる。

上述した多ピン · 狭ピッチ化の動向に対応するために、ワイャ長、ループ高さが異なるワイャ接続を一つの I C内に混載させる場合が増えており、それに伴い、ループ高さのパラツキに起因する問題が増えている。例えば、ループ形状が常に安定して得られるのであれば、隣接ワイヤが交互にループ高さを変えることで、ワイヤが接触する危険性を低減することも可能であるものの、現状のワイャでは、それほど精度良くループ高さを制御することに限界がある。ワイャ長が 3 mm程度までと短かった従来の実装構造では、ループ高さはボール部近傍の熟影響部長さに支配されているため、比較的ループ高さの制御が可能であった。それに比して、最近の多ピン狭ピッチ接続では、ワイヤ長が 5 mm超等長くなり、ループ高さも広い高低範囲で使用され始めており、ループ高さのパラツキを低減することは非常に重要となっている。

このループ高さのパラッキを低減するには、ワイャの組織制御が必要であり、しかも、上述した [ 111 ] 方位あるいは [ 100] 方位等の結晶方位の制御に加えて、単位面積当たりの結晶粒数も大きく関与していることを見出した。すなわち、ワイヤの長手方向に垂直な断面の結晶粒数が、 0. 04〜 4個/ μ m ²であり、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、断面全体での [ 111 ] / [ 100] の面積比が 1. 4以上とすることで高強度であり、ワイヤ長が 5 mm超の場合にもループ高さのパラッキを低減して、ループ制御性の良好な特性が得られることを確認した。ここで、上記の結晶粒数の範囲の理由は、結晶粒数が 0.04個ノ m²未満では、隣接する結晶粒の方向差が大きい場合にループ形状のバラツキを誘発する原因となるためであり、また、 4個 / _μ m²超の超微細な結晶粒を、通常のボンディングワイャ製造工程でワイヤ全体に均一して実現することが困難なためである。

ボンディングワイャの集合組織について、これまで述べたワイャ全体及び部分的領域における結晶方位の平均的な比率に加えて、結晶方位がより揃った領域をワイャ内部に有することで、高強度 * 高弾性、ループ制御性、ワイヤ流れ抑制等の特性をさらに高めることができる。

ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ全体での [111] / [100 ] の面積割合が 1.2以上であり、且つ、ワイヤ半径方向に、ワイヤ半径 Rの 1 /10以上の幅で、 [111] / [100] の面積割合が 1.6以上である領域を少なくとも 1層以上有するボンディングワイヤであれば、ループ形成されたワイヤの直線性をより向上できる。これは、 [111] / [100] の面積割合が 1.6以上の高い層では、結晶方位が揃っていることで、高い弾性率を有し、またワイヤ変形による転位の増殖、加工歪み等を低減することで、ワイヤの直線性が向上されるものと考えられる。ここで、 [111] Z [100] の面積割合が 1. 6以上である層がワイヤ半径方向にワイヤ半径 Rの 1 /10以上の幅であることで、高い上己効果を得ることができる。より好ましくは、 [111] / [100] の面積割合が 2以上、及び、層の幅がワイヤの半径方向にワイャ半径 Rの 15%以上であれば、より高い効果を得られる。この方位が揃った層を 1層以上有することが必要であり、 2 層以上存在すればより望ましい。

同様の効果として、ワイャ半径方向にワイャ半径 Rの 1 Z10以上の幅で、 [111] 方位を有する結晶粒の面積比率が 60%以上である領域を、少なくとも 1層以上有するボンディングワイヤであれば、強度、弾性率を增加させて、直線性をより向上できる。ここで、 [

111] 方位を有する結晶粒の面積比率を 60%以上とすることで、 [1 11] / [100] の面積割合が 1.6以上の場合よりも、弾性率を増加させる効果をさらに高めることが可能である。この効果は、従来ワイャでは直線性が困難とされていた線径 20_μ m以下の細線を 3 以上の長さに接続するときでも、直線性を向上できることが確認されたまた、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ヮィャ全体での [111] / [100] の面積割合が 1.2以上であり、且つ、ワイヤ半径方向にヮィャ半径 Rの 1 Z10以上、 1 3未満の幅で、 [111] / [100] の面積割合が 0.9未満である領域を少なくとも 1層以上有するボンデイングワイャであれば、ループ形成時の安定性をより向上できる。高速でループ形成される時、ワイャの塑性変形はワイャ長手方向及び垂直方向に不均一となり、それがループ形状のパラツキを増大する要因となっている。 [111] / [100] の面積割合が 0.9未満である領域では、結晶方位が [100] に配向することで、塑性変形の不均一性を緩和する作用によりループ形状を安定化させると考えられる。ここで、 [111] / [100] の面積割合が 0.9未満である層がワイヤ半径方向にワイャ半径 Rの 10分の 1以上の幅で存在することで、高い効果を得ることができ、一方、該層の幅がワイヤ半径の 1 / 3以上となると、ループ制御が困難となることが懸念される。この効果は、細線だけでなく、線径 30 μ m以上の太線でも効果を得られる。より好ましくは、 [111] / [100] の面積割合が 0.6未満および、層の幅がワイヤの半径方向にワイヤ半径 Rの 15%以上であれば、より高い効果を得られる。この方位が揃った層を 1層以上有することが必要であり、 2層以上存在すればより望ましい。

同様のループ制御性をより高めるには、ワイヤ全体での [1111 / [ 100] の面積割合が 1. 2以上であり、且つ、ワイヤの半径方向にワイヤ半径 Rの 1 / 10以上の幅で、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積比率が 50 %以上である領域を、少なくとも 1層以上有するボンデイングワイヤであれば、ループ形状を安定化させる効果をより高めることが可能である。すなわち、 [ 100] の方向の結晶粒が増加することで、ループ高さのパラツキを低減し、直線性も高めることができる。これにより、ボンディング速度の高速化にも対応でき、今後の 1本のワイャを結線する速度が 0. 1秒以下まで高速化する場合でも、安定なループ制御が容易となる。

これまで述べた [ 111] / [ 100] の面積割合を中心とした組織に加えて、 [ 111] と [ 100] の結晶粒の面積比率の合計について、ヮィャ全体又は部分的にコント口ールすることで、高強度 · 高弾性、ループ制御性、ワイヤ流れ抑制等の特性をより一層高めて、狭ピッチ接続の量産性を向上できる。

ワイャ長手方向の結晶組織において、ワイャ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ全体での [ 111] / [ 100] の面積割合が 1. 2以上であり、且つ、 [ 111] 方位及び [ 100] 方位の結晶粒の面積の合計の割合 Pmが 50%以上であるボンディングワイヤであれば、ゥエッジ接合性の向上とワイヤ曲折不良の低減を両立する効果を高めることができる。細線化されたボンディングワイヤを、 BGA基板上の AuZ Niめつきに低温で狭ピッチ接続する場合、ゥエツジ接合性が低下することが懸念されている。ゥエツジ接合部の強度を改善する手段として、基板上のプラズマクリーニング等が有効であるものの、一方でゥエッジ接合性が改善した結果として、ワイヤの塑性変形による曲折不良が発生することが問題となる。これまで、ゥエッジ接合性の向上とワイヤ曲折不良の低減が相互に関連する問題は、従来はほとんど知られておらず、基板上に細線ワイャを狭ピッチ接続する際に顕在化する問題であり、今後の狭ピッチ接続の量産化を促進するには改善が求められる。

これらのゥエツジ接合性とワイヤ曲折を同時に解決するには、 [

111] / [ 100] の面積割合の調整だけでは困難であり、ワイヤ全体での [ 111] と [ 100] の結晶粒の合計の面積割合 Pmを 50 %以上とすることが有効であることを見出した。 [ 111 ] と [ 100] の結晶粒の合計の面積割合 Pmを制御することの効用として、ゥッジ接合時のワイヤの変形挙動を制御し、メツキとの接合強度を高めること、また、ゥエッジ接合後にワイヤをティルカツトする際に、ワイヤに加わる衝撃荷重を低減してワイャ曲折を低減すること等が考えられる。ここで、 [ 111] と [ 100] の結晶粒の面積割合の合計が 50%未満であれば、ゥエツジ接合性とワイャ曲折を改善するための適正なポンデイング条件範囲が限定される。好ましくは、 Pmが 60%以上であれば基板接続により適した 165°C以下の低温でのゥェッジ接合性を向上する効果をより高めることができ、さらにより好ましくは、 70 %以上であれば、 18 m以下の細線でゥエツジ接合性の向上とワイャ曲折不良の低減を両立することで 40 μ m以下の狭ピッチへの適応性をより高めることができる。

ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ全体での [ 111] / [ 100 ] の面積割合が 1. 2以上であり、且つ、半径 Rのワイヤの中心から R / 2までの部分を中心部としたとき、該中心部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 111] 方位及び [ 100] 方位の結晶粒の面積合計の該中心部に占める割合 Pcが 60 %以上であるボンディングヮィャであれば、直線性の向上に加え、ワイヤ製造時の断線不良を低減し、また、ワイヤ長手方向の機械的特性等のパラツキも低減することで、細線の製造歩留まりを上昇するのに有効である。

こうした製造時の歩留まり等の調査をした結果、ワイヤ全体の [ 111] / [ 100] の面積割合を単純に制御するだけでは困難であり、その改善には、ワイヤ中心から R / 2までの中心部の組織が重要であり、特に、該中心部に占める [ 111] 方位及び [ 100] 方位の結晶粒の面積合計の割合 Pcを 60 %以上とすることが有効であることを見出した。好ましくは、 Pcが 70%以上であれば、機械的特性を安定化させる効果をより高めることができ、さらにより好ましくは、 80 % 以上であれば、断線を低減して製造時の歩留まりを高める効果をより増長することができる。こうした細線の製造歩留まりを上昇することにより、ワイヤ製品の安定供給、量産対応が可能となるもので、ワイヤ使用する側で享受できるメリットも大きいと期待される。ボンディングワイヤの長手方向断面において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイャ全体での [ 111 ] / [ 100] の面積割合が 1. 2 以上であり、且つ、半径 Rのワイヤの表面から R Z 3までの部分を表面領域としたとき、該表面領域におけるワイャ長手方向の結晶方位の内、 [ 111] 方位及び [ 100] 方位の結晶粒の面積合計の該表面領域に占める割合 Psが 50%以上であるボンディングワイャであれば、樹脂封止時のワイヤ流れ率のパラツキを抑制する効果を高められる。

樹脂封止工程でのワイャ接触不良を低減するには、これまで述べたワイャ流れを減少することの他に、ワイヤ流れ率のパラツキを低減することも有効であることが見出された。ここで、ワイヤ流れ率とは、封止後のワイヤ変形量をワイヤ長で除算した値が一般的に用いられる。ワイヤ流れ率のパラツキを助長する原因として、金型中での樹脂の流れ挙動の方向が一定でないことで、ワイヤ長に加わる外力の方向によって個々のワイヤの流れ率が変化することが考えられる。こうした不規則な樹脂流れ挙動の中でワイャ流れ率を安定化させるには、ワイヤ全体での [ 111 ] / [ 100] の面積割合を 1. 2以上にすることに加え、ワイヤ表面から RZ 3までの表面領域の組織制御を行うことが有効であり、中でも該表面領域の [111] 方位及び [100] 方位の結晶粒の面積合計が該表面領域に占める割合 Psを 5 0%以上とすることが重要であることを見出した。ここで、 Psを 50 %以上とした理由は、 Psが 50%未満であれば、流れ率の標準偏差等を低減する効果が小さいためである。好ましくは、 Psが 60%以上であれば、ワイヤ長が 4 mm以上の長スパンでもワイヤ流れ率を安定化させる効果を高めることができ、さらにより好ましくは、 70%以上であれば、 18 μ m以下の細線での上記効果を高めることで 40μ m以下の狭ピッチでの量産性をより一層高めることができる。

[111] 方位及び [100] 方位の合計の面積割合の制御に当たり、それ以外の結晶方位について、特定の方位でなくても基本的には上述した効果を得ることは可能である。さらに、 [111] 方位及び [1 00] 方位以外の結晶方位として、 [110] 、 [112] 、 [122] 等の方位に配向させることで、ワイャ表面での亀裂の発生等を抑える効果を得ることも可能である。低ループ形成のために厳しいループ制御を行うと、ボール近傍で熱影響を受けたネック部において損傷を与えることが問題となる。ワイャの強度等の機械的特性を単純に増減させたり、また、組織の側面でも、ワイヤ全体の [111] / [100 ] の面積割合を単純に制御するだけでは、こうしたネック損傷を低減することは困難と考えられる。そこで、 [111] 方位と [100] 方位の制御に加え、 [110] 、 [112] 、 [122] 等の方位に配向させることで、ネック部の損傷を抑えて低ループ化を実現することも可能である。

また、結晶方位の比率を求めるに際し、観察するワイヤ長は、ヮィャ長手方向に少なくとも線径以上の長さで判断することが望ましい。より好ましくは、線径の 1.5倍以上の長さで測定することで、平均的な情報を得て、測定の再現性を高めることができる。また、ワイヤ内部の局所領域での結晶方位の配向性等を調べる場合には、観察長さを線径の 1. 5倍以上、より好ましくは 3倍以上設けることが望ましい。

線径の 5倍以上のワイャ長手方向断面において、線径の 70%以上の長さでワイャ長手方向の結晶方位が 15° 以内の角度に揃った結晶粒を、少なくとも 2個以上有することで、強度、弾性率を高め、ヮィャの樹脂流れを低減する効果をより促進することができる。上述した、ワイヤの全体あるいは局部域において、多数の結晶粒を平均した結晶方位及びその比率等の管理に加え、結晶方位が揃った結晶粒の長さを十分確保することで、機械的特性をより高める作用が得られる。

ここで、通常の組織観察において、角度差が 15° 程度の範囲に揃つた領域を一つの結晶粒とみなされる。ループ形成及び樹脂封止等の工程で、外力によりワイャが変形されるとき、大部分の変形における曲率は線径よりも大きいことから、変形を抑制するには、結晶方位が揃った結晶粒の長さが線径の 70%以上となり、長手方向に繊維状の組織を有していることが望ましいと考えられる。

次に本発明の ( 15) 〜 ( 21) のボンディングワイヤについて説明する。

ボンディングワイャは、ワイャ長手方向に延びた繊維状集合組織を有しており、そのワイャの長手方向断面の結晶粒組織に着目し、ワイヤの半径をとして、該ワイヤの中心から R Z 2 までの部分を中心部、その外側を外周部と分類したときに、中心部における [ 10 0] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合（以下では、 [ 111] / [ 100] の面積割合と略記）をとし、外周部における [ 111] / [ 100] の面積割合を Rsとして、両者の差分比率の絶対値 I 1 _ Rc/Rs I X 100 ( % ) が 30 %以上であることで、接続が低温化、狭ピッチ化したときのゥエッジ接合性を向上する効果を高めることができる。特に、この集合組織の方位制御では、高強度 · 高弾性化も改善しつつ、同時に、ゥエッジ接合部の変形性、接合強度も達成することが特徴であり、従来の元素添加に頼った材料設計では、このような効果は達成困難であった。

これにより、 50 μ m以下の極狭ピツチに必要な線径 20 μ m以下の極細ワイヤを使用しても、樹脂封止時のワイャ流れを従来材に比して 1割以上低減することができ、さらに、接合温度も 30°C以上下げても連続接合性を十分確保できるため、樹脂基板、テープ等を過剰な高温に曝すことを防ぐことができ、総合的な生産性、信頼性を大幅に改善することが可能となる。

結晶方位の配向の影響について、簡単に説明する。 [ 111] 方位への配向を増やすことで、引張強度に加えて、降伏強度を増加する効果を高めることができるが、それだけでは、低温での狭ピッチ接合性を確保することが困難な場合が生じる。そこで、 [ 100] 方位への配向も利用して、ゥエッジ接合時のワイヤ変形、ティル部の力ット、アーク放電によるボール形成等も改善しょうとしている。結晶粒の [ 111] 方位と [ 100] 方位の配向を制御することは、ヮィャ長が増加した場合に、樹脂封止時のワイャの塑性変形を抑制するのに有効作用する。従来、強度を高めるには、ワイヤ中の合金化元素の添加量を増やすことである程度まで対応できたが、高濃度添加することで、ワイャの電気抵抗が増加することが常に問題とされていた。今後の I Cの高周波対応化が必須であり、ワイヤの電気抵抗の増加は半導体機能を低下させる原因ともなる。それに対し、結晶粒の [ 111] 方位と [ 100] 方位の配向を制御したワイヤでは、電気抵抗を増加させることなく、強度を高めることが可能であり、 AS I C 等の高機能 LS Iへの適用も含めて、大きな利点となる。

また、 [ 111] 方位だけでなく [ 100] 方位の配向性も合わせてコントロールするために、 [ in] / [ 100] の面積割合に着目したヮィャ組織の制御は、ゥエッジ接合性、ループ制御、高強度細線化等の総合的管理することに有効である。すなわち、 [ 111] / [ 100] の面積割合を制御することで、高強度化、高弾性率化を促進することができ、従来の高濃度の元素添加による高強度化では問題となつていたポール形成性についても、良好な特性を同時に達成できる。例えば、安定形成が困難とされていた、ポール径ノワイヤ径の比率が 1. 2〜： 1. 6倍の小ボール形成でも、真球性は良好であり、狭ピッチ接続に有利である。これは、 [ 111] 方位と [ 100] 方位の結晶粒の制御が、ゥエッジ接合後のワイヤ破断性状への影響、またポール部の凝固時の組織形成にも影響を及ぼすこと等が関与しているためと考えられる。

こうした、 [ 111] / [ 100] の面積割合についてワイヤ中心部と外周部で差異を生じさせる組織制御を行うことで、これまでのワイャ材料では困難とされていた、高強度化と高接合性という相反する要求特性を同時に向上する効果を高めることができる。外周部の [

111] / [ 100] の面積割合を高めることで、高強度化、高弾性率化を促進して、樹脂流れを抑制することができ、一方で、中心部における [ 111] / [ 100] の面積割合の增加を抑えることで、ゥ πッジ接合時の接合強度、ワイヤ破断形状の安定化を助長すること等が寄与していると考えられる。すなわち、ワイヤの組織を均一に制御するだけでは不十分であり、むしろ、ワイヤの中心部と外周部の組織の違いを積極的に利用することが重要であることを見出した。

中心部、外周部における [ 111] / [ 100] の面積割合である Rc、 Rsの差分比率の絶対値 I 1 一 RcZRs I X 100 ( % ) を 30 %以上の範囲とした理由について、 30%未満では、高強度化と高接合性の一方をある程度満足することはできても、両者を同時に改善することは困難であるためである。また、上記差分比率の上限について特に制限はないが、 90%未満であれば、安定製造が比較的容易である。好ましくは、 Rc、 Rsの差分比率が 40%以上であることがより望ましい。これは、 40%以上であれば、基板、テープ等の軟質材上の電極へのゥェッジ接合性をより一層向上することにも有効であるためである。より好ましくは、該差分比率が 50%以上であれば、 160°C 以下の低温でのゥッジ接合性を向上する高い効果が得られるため、 BGA、 CSP等、最新の接続形態への適応性を高めることができるためである。

上述した差分比率（ 1 一 Rc/Rs) X100 (%) の絶対値が上記の範囲であれば、良好な特性が得られるが、さらにその値の正負により、一部の使用性能に若干の差異が認められる。（ l —Rc/Rs) X 100 (%) く一 30%の場合は、中心部の Rcが相対的に高いことから、極細線の低温接合にはより有利であり、一方、（ l _RcZRs) X 100 (%) >30%の場合には、外周部の Rsが高いことから、樹脂流れを抑制する高い効果が得られる。

さらに、ワイヤの領域を区分する境界について、ワイヤ中心から半径 Rの 1 / 3である R/ 3までの領域を芯部、その外側である表面から 2 RZ 3までの領域を表層部とし、それぞれ芯部と表層部における [111] / [100] の面積割合を Rd、 Rfとしたとき、それらの差分比率の絶対値 I 1 一 Rd/Rf I X100 (%) を 30%以上とすることが、より望ましい。これは、表面から 2 RZ 3を表層部、残りの R/ 3を芯部と区分することで、前述した外周部に相当する部位がより厚くなり、ワイャ流れを抑制する効果をより一層高めることができるためと考えられる。ワイヤの長手方向断面におけるワイャ長手方向の結晶方位のうち

、ワイヤの半径 / 2を境界に中心部と外周部に区別し、中心部における [111] / [100] の面積割合 Rcと、外周部における [111] / [100] の面積割合 Rsとの差分比率の絶対値 I 1 _Rc/Rs I X100 ( %) が 30%以上であり、さらに、ワイヤの長手方向断面の全体で平均した [111] / [100] の面積割合 Raが 1.0以上であるボンディングワイヤでは、高強度化と高接合性とを同時に満足しつつ、なかでも、ワイヤの直線性を向上させ、さらに、ワイヤ流れを抑制する効果をより一層高めることで、極細線の狭ピッチ接続に対応することができる。

これは、ワイヤ中心部と外周部に分けた組織制御に加えて、ワイャ断面全体の結晶配向性について、 [100] 方位よりも [111] 方位の比率を高めることで、曲げ剛性、降伏強度を高める効果を利用している。

ボンディングワイヤのループ形成では、複雑なループ軌跡、ワイャを挟みこむクランプ開閉及び、エア流の張力によるワイヤ繰出しの調整等の多くのプロセスの総合結果として、規則的なループ形状を形成することが可能である。従って、ワイヤの弾性変形及び塑性変形をコントロールすることが必要である。この複雑なループ形成を経た後でも、ワイヤの直線性を安定的に確保するには、ワイヤ断面全体で平均した [111] Z [100] の面積割合 Raを増加させて、曲げ剛性、降伏強度を高めることが有効である。さらに、こうした曲げ剛性、降伏強度を高めることで、封止時に樹脂が高速流動してヮィャに加わる荷重が大きい場合に、ワイヤは弾性変形と塑性変形ともに抑制することで、ワイヤ流れをより低減することができる。ワイヤ断面全体で平均した [111] / [100] の面積割合 Raを 1.0 以上とした理由は、 Raが 1.0未満では曲げ剛性、降伏強度を同時に高める効果があまり得られないためであり、 Raが 1. 0以上であれば、弾性率、曲げ剛性を増加させることで、線径 18 μ πι以下のワイヤを使用しても、ワイヤの直線性を向上させ、さらに、ワイヤ流れも流れを低減し、 40 μ ηι以下の狭ピッチ接続への適用性をより一層高められるためである。好ましくは、この Raが 1. 2以上であることがより望ましい。これは、 1. 2以上であれば、狭ピッチ接続に必要な台形ループ、段差ループ等の複雑なループ形状における湾曲部、曲折部の制御性と、ループの直線性とを同時に向上することが確認できたためである。

さらに、ワイャの長手方向断面におけるワイャ長手方向の結晶方位の内、該ワイヤの中心から R Z 3までの部分を芯部とし、芯部における [ 111] / [ 100] の面積割合 Rdが 0. 1〜0· 8の範囲であるボンデイングワイヤでは、高強度化、ゥエッジ接合性とを同時に満足しつつ、さらに、ゥエッジ接合部における疲労特性を向上して信頼性を高める効果を得ることができる。これにより、 20 /z m以下の細線ワイャと微細加工キヤビラリを使用しても、ゥエツジ接合性を十分確保することが可能となり、狭ピッチ接続の量産性を高められる。さらに、今後期待されている Pbフリー半田を使用した場合に、リフロー温度の高温化に伴うゥヱッジ接合部でのクラック、破断等の不良発生を大幅に軽減することで、 Pbフリー半田の実用化を促進して、環境問題にも対応できる半導体パッケージ技術に利用することができる。

大変形された複雑な構造をしたゥエッジ接合部における、耐疲労性等の使用時の信頼性については、前述したように、これまでも殆ど報告されておらず、信頼性を改善するためのワイヤ材料因子は殆ど明らかにされていなかった。信頼性を左右する挙動について、リフロー時、使用時の発熱、冷却等の温度サイクルを経る過程で、シリコンチップ、金属フレーム、ボンディングワイヤ、封止樹脂等の熱膨張、弾性率が異なる部材構成であるため、ゥ：ッジ接合部に熱歪みが集中して破断に至ることが想定される。大変形されたゥエツジ接合部でのストレスを緩和するためには、この部位の疲労特性を向上することが必要である。そこで本発明者らは、ゥエッジ接合部の信頼性を向上する組織制御に初めて着目した。

すなわち、ワイヤ芯部における [ 111] / [ 100] の面積割合 Rdを低減して、 [ 111] 方位よりも [ 100] 方位の比率を高めることで、ゥエッジ接合部の疲労特性を向上しつつ、外周部における [ 111] / [ 100] の面積割合 Rsを中心部の面積割合 Rcよりも 30%以上高くすることで、高強度化と高ゥエッジ接合性も十分確保して、狭ピッチ接合の信頼性を総合的に高めることができる。従.来の材料設計の延長では、ワイヤ物性の一つである高温伸びを増加させて、疲労特性を高めることが少し期待できるものの、一方で、ワイヤ強度の低下が避けられず、細線のループ制御が難しく、ワイヤ流れも増大するために、狭ピッチ接続に対応することは困難となる。これに対し、上述した、ワイヤ芯部での [ 100] 方位の結晶粒の分布をうまく利用することは、そうした弊害も殆どなく、総合的な改善が可能となる。ワイヤ芯部の領域について、ワイヤ中心から R Z 2まで中心部よりもさらに深部に相当する。中心から R / 3までの領域（これを芯部と呼ぶ）の [ 100] 方位の組織を活用することで、高強度化を損なうことなく、ゥエツジ接合部の信頼性を向上する効果が一層高めることができる。

芯部における [ 111] / [ 100] の面積割合 Rdを 0. 1〜0. 8の範囲とした理由は、 Rdが 0. 1未満では、 15 /z m以下の極細線での強度を確保することが難しくなるためであり、また、 0. 8超であれば、ゥェッジ接合部の疲労特性を高める効果が軽減するためである。また、前述した Rc、 Rs、 Rd、 Raのパラメータを同時に適正化させる場合として、中心部と外周部での面積比率 Rc、 Rsとの差分比である I 1 —Rc Z Rs I X 100 ( % ) が 30 %以上であり、芯部での比率 Rd が 0. 1〜0· 8の範囲であり、ワイヤ断面全体で平均した [ 111 ] / [ 1 00] の面積割合 Raが 1. 0以上であることで、それぞれの組織制御により期待される、高強度化とゥエッジ接合性の向上、曲げ剛性、降伏強度の増加によるワイャ流れの低減等の効果に加えて、さらに複合作用として、 1 mm長以下の短スパンにおけるゥヱッジ接合部近傍の引張強度を高められることを確認した。

BGA基板又はテープを用いた狭ピッチ接続では、一つのパッケージ内にワイヤの長短異なるループを形成する場合が多い。チップ面とゥヱッジ接合面との高低差があり、しかもスパンが短い場合には、ゥエツジ接合部近傍におけるワイヤと接合面との間の挿入角度も比較的大きいことから、ゥッジ接合部あるいは試料搬送時に亀裂が生じたり、またプル試験を実施すると、通常は起らないゥエッジ接合部での破断が生じる。そこで Rc、 Rs、 Rd、 Raのパラメータを前述した範囲で制御することにより、短スパンのゥヱッジ接合における作業マージンの拡大を比較容易に達成することが可能となる。

さらに、外周部における [ 111 ] / [ 100] の面積割合 Rsが 1. 2以上であるボンディングワイヤでは、高強度化、ゥエッジ接合性とを同時に満足しつつ、さらに、リーニング性を改善できる効果を得ることができる。次に、リーニング性への影響について説明する。ボール接合近傍の直立部におけるワイヤ倒れであるリーニング性について、 50 m以下の狭ピッチ接続で問題となる。前述した直線性は、ループ全体の平均的な直線度を表しているのに比して、該リ一二ング性とは、ボール接合の直上部近傍の局所域での直線度に相当する。具体的には、隣接ワイヤ間隔が最も狭いボール接合近傍で、しかも、垂直方向での湾曲、曲折等が最も激しい領域に相当する。この部位でのワイャ倒れであるリーニング性を抑えることが、狭ピッチ接続の量産段階での重要課題の一つとなっている。

リーニング性を改善するには、ポール接合近傍での湾曲、曲折等による相当の変形歪みを受けても、横方向への倒れを防止することが求められる。機械的特性に基づいた従来手法だけでは、リーニング性を改善することは困難である。また、ワイヤ断面内の平均的な結晶方位の管理だけでも、リーニング性を十分に満足することは難しい。それに対し、ワイヤ断面での結晶方位の分布をコントロールすることがリーニング性の改善に有効であることを見出した。

すなわち、ワイヤ中心部と外周部での [ 111] / [ 100] の面積割合 Rc、 Rsの差異を絶対値で 30 %以上生じさせ、しかも外周部での [ 111] Z [ 100] の面積割合 Rsを 1. 2以上に高めることが、リーニング性の改善に有効である。中心部の [ 111] / [ 100] の面積割合を相対的に低減する効果で、ループ形成時における局所的な湾曲、曲折等が比較的容易となり、さらに、外周部での [ 111] / [ 100] の面積割合を高めることでポール直上部の倒れを防止する効果等が作用して、リーユング性が改善すると考えられる。またポール直上部は、ボール溶融時の熱影響により再結晶が起こり、一般に強度が最も低下している領域である。この部位の改質にも、ワイヤ母線の外周部における [ 111] / [ 100] の面積割合を高めて、熱影響による強度低下を軽減させることも、リーニング性の向上を助長する要因の一つと考えられる。

ここで、外周部における [ 111] / [ 100] の面積割合 Rsを 1. 2以上の範囲とした理由は、 Rsが 1. 2未満では、リーニング性を改善する十分な効果を得ることが難しいためである。好ましくは、この Rs が 1. 5以上であることがより望ましい。これは、狭ピッチ接続でループ高さを高くしたときにリ一二ング問題の発生頻度が多くなる問題に対し、 Rsを 1. 5以上にすることで、ループ高さが 300 μ mを超す高ループでもリ一ニング性を向上する効果を十分得ることができるためである。

また、ワイヤ中心部と外周部での [ 111 ] / [ 100] の面積割合 Rc 、 Rsの差分比率の絶対値を 30 %以上生じさせ、しかも外周部での [ 111 ] / [ 100 ] の面積割合 Rsを 1. 2以上に高め、さらに、 R Z 3 より内部に相当する芯部での比率 Rdを 0.：！〜 0. 8の範囲とすることにより、これまで対応が困難とされていた、逆段差ボンディング時のヮィャ曲がりを低減することができ、積層チップ接続の量産実用を促進することも可能である。

逆段差ボンディングでは、ゥェッジ接合部がポール接合部よりも高い位置にあり、通常のボンディングと比較して、ポール接合近傍のワイヤ直立部の長さが数倍長く、塑性変形の部位も異なる特殊な構造であり、ワイヤの曲がり、倒れ等の不良発生頻度が高いことが問題であった。不良の原因は、上述したリーユングと類似している。そこで、ワイヤの内部近傍、外周部、表層域近傍で、上述した、

[ 100 ] 方位と [ 111 ] 方位の関係を満足するように組織制御することで、ワイヤの曲がり、倒れ等を低減し、逆段差ボンディングの生産性も向上することができる。

細線による狭ピッチ接続では、キヤビラリ内壁でワイヤが削れることで、ワイヤ表面に傷が生じたり、キヤビラリ内部の詰まり不良が発生しやすくなる。ワイヤの最表面の領域における組織制御により、これを改善することができることを見出した。

すなわち、ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径を Rとして、該ワイヤの表面から R / 5までの部分を最表面部としたとき、最表面部におけるワイャ長手方向の結晶方位の内、 [ 111] / [ 100] の面積割合 Rtが 1· 0以下であることにより、ワイヤ表面の傷や削れを低減したり、あるいは、キヤビラリの詰まり不良を抑えて、キヤビラリの連続使用回数を延ばすことができる。

ここで、ワイヤ表面から R / 5までの最表面部における [ 111] / [ 100] の面積割合 Rtを 1. 0以下の範囲とした理由は、キヤビラリ内壁とワイヤ表面との摩擦、摺動性等を支配するのは主としてワイャ表面から R / 5までの領域であるためであり、また、その領域の Rtが 1. 0超では、摩擦、摺動性等が悪化することで、ワイヤ表面の傷やキヤビラリ詰まりを改善する十分な効果を得ることが難しいためである。好ましくは、 Rtが 0. 8以下の範囲であることがより望ましい。これは、狭ピッチ接続で多用される可能性のある、キヤビラリの穴径とワイヤ径との寸法差が 4 μ πι以下となる場合に、上記のワイヤ表面傷や、キヤビラリ詰まり等の不良発生頻度が上昇するのに対し、 Rtを 0. 8以下の範囲とすることで、こうした傷発生、キヤビラリ詰まり等を改善するより高い効果を得ることができるためである。

本発明における結晶方位は、ワイヤの長手方向に対する結晶方位の角度差が 10° 以内のものを含むことが好ましい。通常、ある方位の結晶方位に着目しても、個々の結晶はある程度の角度差を有しており、また、サンプルの準備、結晶方位の測定法等の実験法によつても若干の角度差が生じる。ここで、角度差の範囲が 10° 以内であれば、それぞれの結晶方位の特性を有しており、ボンディングワイャの諸特性に及ぼす影響度も有効に利用できるためであり、結晶方位の角度差が 10° を超えると、ワイヤ特性への影響に差異が生じることが懸念されるためである。

多ピン ' 狭ピッチ化の動向に対応するために、ワイヤ長、ループ高さが異なるワイャ接続を一つの IC内に混載させる場合が増えており、それに伴い、ループ高さのパラツキに起因する問題が増えている。例えば、ループ形状が常に安定して得られるのであれば、隣接ワイヤが交互にループ高さを変えることで、ワイヤが接触する危険性を低減することも可能であるものの、現状のワイヤでは、精度良くループ高さを制御することに限界がある。ワイャ長が 3 程度までで短かった従来の実装構造では、ループ高さはポール部近傍の熱影響部長さに支配されているため、比較的ループ高さの制御が可能であった。それに比して、最近の多ピン狭ピッチ接続では、ワイヤ長が 5 mm超等長くなり、ループ高さも広い高低範囲での使用が求められており、ループ高さのばらつきを低減することは非常に重要となっている。

このループ高さのばらつきを低減するには、ワイャの組織制御が必要であり、しかも、上述した [111] 方位あるいは [100] 方位等の結晶方位の制御に加えて、単位面積当りの結晶粒数も大きく関与していることを見出した。すなわち、ワイヤ中心部と外周部での [

111] / [100] の面積割合 Rc Rsの差異を絶対値で 30%以上生じさせ、しかもワイヤの長手方向に垂直な断面の結晶粒数が、 0.04 4 個 Z/ m²とすることで、高強度であり、ワイヤ長が 5 mm超の場合にもループ高さのばらつきを低減して、ループ制御性の良好な特性が得られることを確認した。ここで上記の結晶粒数の範囲の理由は、結晶粒数が 0.04個 Z μ m²未満では、隣接する結晶粒の方向差が大きい場合にループ形状のばらつきを誘発する原因となるためであり、また 4個/ / z m²超の超微細な結晶粒を、通常のボンディングワイャ製造工程でワイャ全体に均一して実現することが困難なためである。

以上、本発明の ( 1 ) (21) のボンディングワイヤについて説明したが、ボンディングワイヤの集合組織に関して、これまで知られておらず、報告例も見られなかった。種々の金属における集合組織は、圧延材、引抜細線等で知られているものの、金属の加工法、成分と集合組織の関係や、集合組織と部材使用性能との関係に関しては、統一的な見解は得られていない。集合組織を測定する従来法では、 X線回折、 TEMによる電子線回折等が用いられていたが、ボンデイングワイヤのように、 25 μ m径程度の微細線で、比較的軟質の金属線における集合組織の測定は困難であった。

解析技術の進歩は目覚ましく、測定エリアを微小に絞ることができる微小領域 X線、最近開発された後方電子散乱図形（Electron B ack Scat ter ing Pat t ern, 以降 EBSP) 法等は、微細試料の集合組織の測定に非常に有効な測定手段である。なかでも、 EBSP測定により、ボンディングワイヤのような細線でも、その研磨断面の集合組織を精度良く、しかも比較的容易に測定できるようになった。例えば、図 1は、線径 25 μ mの金ボンディングワイヤにおける、 EBSP測定の一例を示しており、結晶方位が正確に測定できていた。このような最新の解析技術を利用することで初めて、ボンディングワイヤの微細組織に関して、一つ一つの微細結晶粒の結晶方位、断面全体での結晶方位の分布等を、高精度に再現良く測定できることを確認した。ただし、単純にワイヤの表面あるいは研磨断面について EBSP測定又は X線測定を実施しても、正確な情報が得られるとは限らない。試料作製、装置操作等、多くの実験条件を適正化することではじめて精度の高い方位解析が可能となることを留意しておく必要がある。

また、 EBSP測定では、個別の結晶粒の方位を観察し、その結晶粒の面積を求めることが可能であるが、 X線回折を用いた場合には、それぞれの結晶方位の X線強度をもとに、結晶方位の体積比率を求めることができる。従って、ボンディングワイヤの長手方向断面又は長手方向に垂直な断面の X線回折測定により求めた結晶方位において、 [ 100] 方位を有する結晶粒に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の体積比率が 1. 2以上であることにより、強度、弾性率を高めることができ、樹脂封止時のワイヤ流れを低減することが可能である。また、それ以外の本発明に関する [ 111] 方位あるいは [ 100] 方位を有する結晶粒の面積割合の関係についても、それぞれの X線回折法により求められた結晶方位の体積比率の関係で、同様の表記ができることを確認した。

また、 X線回折を用いた場合には、 X線の強度が面積を反映する特性として得られる。すなわち、前述した、 [ 111 ] 方位あるいは

[ 100] 方位を有する結晶粒の面積に関する比率は、それぞれの結晶方位の X線強度の比で表すことも可能である。

従って、ボンディングワイャの長手方向で測定した X線強度におてい、 [ 100] 方位を有する結晶粒の X線強度に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の X線強度の割合が 1. 2以上であることにより、強度、弾性率を高めることができ、樹脂封止時のワイヤ流れを低減することが可能である。また、それ以外の本発明に関する [ 111] 方位あるいは [ 100] 方位を有する結晶粒の面積比の関係についても、それぞれの結晶方位の X線強度の比で表現することもできる。次に、本発明の（ 1 ) 〜 ( 14) ， ( 20) ， ( 21 ) のボンディングワイヤの製造方法（22) 〜（24) について説明する。

結晶方位を制御する手段は、製造技術と合金化成分とに大別され、それぞれについて、下記に説明する。

原料素材からボンディングワイャを製造する工程において、圧延加工、前熱処理、二次伸線加工、後熱処理の順でそれぞれ少なくとも 1回組み合わせた工程で、铸造材からボンディングワイヤを製造する方法であって、前記圧延加工における面積加工率が 95 %以上、 ' 前記前熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の融点（絶対温度）に対して 20〜 70 %の温度範囲であり、前記二次伸線加工の面積加工率が 99. 5%以上、前記後熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の再結晶温度（絶対温度）に対して 20〜70%の温度範囲で実施されることが望ましい。この方法により、ワイヤ長手方向での [ 111] 方位及び [ 100] 方位の結晶粒を調整することが可能となる。

ここでの圧延加工について、丸型溝ロールあるいは角型溝ロールを用いた圧延、スエージング圧延等を使用することができ、また一部には大型ダイス伸線等も含めることも可能である。圧延の総加工度とは、圧延前、圧延後のワイヤの平均直径をそれぞれ Df、 Dgとすると、 { 1 - ( Dg/ Df) ² } X 100 ( % ) で表すことができる。次に、伸線加工では、主に伸線用ダイスを用い、伸線機は複数のダイスで一度に伸線することができる装置を用い、伸線前、伸線終了後のヮィャの平均半径をそれぞれ Rf、 Rgとすると、 { 1 — (Rg/Rf) ²

} x ioo ( % ) で表すことができる。ダイスの内壁は、超硬金属又はダイヤモンド加工を施されているものが、安定性等に優れており、より望ましい。熱処理方法は、ワイヤを巻き取った状態で加熱ォーブン内に設置し、一括して加熱する方式と、一定の長さの加熱炉内でワイヤを連続的に移動させながら加熱する連続熱処理方式等が利用できる。

圧延加工の加工度、伸線加工の加工度、熱処理の加熱温度について、上記条件を 3者同時に満足させることで、 [ 111] 方位及び [ 1 00] 方位の配向性を高めることが容易であり、どれか一つの条件でも満足しない場合には、組織の制御が困難となる。例えば、各条件の理由として、圧延加工の総加工度が 95%未満、又は伸線加工の総加工度が 99. 5 %未満の場合には、加工集合組織の成長が不'充分となり、その後の加熱で回復 · 再結晶も一部に生じさせた最終の集合組織において、 [ 111] / [ 100] の面積割合を高めることが困難である。また、熱処理の加熱温度（絶対温度）が原料素材の融点に対して 20%未満の低温であれば、その後の伸線工程において [ 111 ] 及び [ 100] の結晶方位を揃えることが難しいためであり、一方、 70 %超の高温であれば、最終線径まで伸線しても [ 111] 以外の方位が占める割合が高くなるため、 [ 111] / [ 100] の面積割合を 1. 2 以上に保つことが困難となるためである。

また、後熱処理の加熱温度が原料素材の再結晶温度に対して 20〜 70%の温度範囲とした理由は、 [ 111] の結晶が揃わないことに加え、再結晶温度の 20%未満の低温では、加工歪みの残留によるワイャ曲がり等の問題が生じるためであり、一方、 70%超の高温では、ワイャ表面の酸化が顕著となり、ゥエツジ接合性が低下するためである。ここで、前熱処理温度の基準として融点を用いたのは、融点との関連性が強いためであり、それに対し、後熱処理で再結晶温度を用いたのは、伸線加工度が異なる素材で最終段階の組織を同一にするには、後熱処理温度も調整すべきものであり、そうした加工度の影響が間接的に再結晶温度に反映されているため、再結晶温度を基準に温度範囲を決定することで方位制御がより容易となるためである。再結晶温度の決定についてはいくつかの手法があるが、例えば、温度と破断伸びとの関係を示した、破断伸びが急激に増加する温度近傍を、再結晶温度として使用することができる。

加熱法を前熱処理と後熱処理の 2段階に分けることは、 [ 111] 及び [ 100] の結晶方位の配向を揃えることに有効に作用する。前熱処理では、圧延によりできた無秩序な結晶配向に一定の方向性を持たせる役割があり、その後の伸線加工により得られる加工集合組織の方向性も発展させることができ、さらに後熱処理により、一部の回復 · 再結晶を起こさせて、 [ 111 ] 方位と [ 100] 方位の結晶粒を同時に制御することができる。

さらに、本発明の組織制御のためには、圧延加工、一次伸線加工

、前熱処理、二次伸線加工、後熱処理の順でそれぞれ少なくとも 1 回組み合わせた工程で、铸造材からボンディングワイャを製造する方法であって、前記圧延加工における面積加工率が 95 %以上、前記前熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の融点（絶対温度）に対して 20〜 70 %の温度範囲であり、前記二次伸線加工の面積加工率が 99. 5 %以上、平均伸線速度が 50〜： 1000 m /分、伸線の槽温度が 5〜 45°Cであり、前記後熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の再結晶温度（絶対温度）に対して 20〜70 %の温度範囲、掃引張力は 0. 2 〜70mNの範囲で実施されることがより望ましい。この方法により、ワイヤ長手方向での [ 111] 方位と [ 100] 方位の結晶粒を同時に制御し、さらに断面内での方位の分布を制御することも可能となる。

ワイヤ断面内での結晶方位の分布を制御することで、加工率、熱処理温度の管理だけでは難しいため、伸線速度、伸線温度、熱処理時の掃引張力等を制御することが有効である。具体的には、前記の加工率、熱処理温度の範囲内で、さらに平均伸線速度を 50〜； LOOO m /分、伸線の槽温度を 5〜45°C、後熱処理の掃引張力を 0. 2〜70mN の範囲で制御することにより、断面全体での結晶方位の均一性を高めたり、表層部の組織の方位の配向性を調整することがより容易となる。こうした加工率、熱処理温度、伸線速度、伸線温度、掃引張力等を適正な範囲で調整することにより、ワイャ断面全体で組織分布について、局所的でなく、ワイヤの長手方向の長距離範囲で高精度に制御することが可能となる。従って、これらのパラメータ条件を単独に規定することは困難であるものの、幾つかの条件について説明する。平均伸線速度を 50〜； lOOOm Z分とした理由は、 50m Z分未満であれば、長手方向でのパラツキが発生したり、量産性が低下すること、 lOOOm Z分超であれば、伸線時の発熱等による動的再結晶等も懸念され、結晶方位の均一性を維持することが困難である。伸線の槽温度が 5 °C未満であれば、ワイャ表面の冷却が発生することが懸念される。一方、槽温度が 45°C超であれば、ワイヤの最表面域で回復が進行して、組織のパラツキを誘発したり、また、作業者への負担も増えることで、作業ミスを誘発することが懸念される。後熱処理の掃引張力が 0. 2mN未満であれば、炉内をワイャが移動する際にヮィャがばたつくことで、熱処理状態にむらが発生したり、 70mN超であれば細線での線径変動等が懸念されるためである。

組織制御性をより高める観点からは、圧延加工の総加工度が 95 % 以上、前記伸線加工の総加工度が 99. 5 %以上、前熱処理の加熱温度 (絶対温度）が原料素材の融点に対して 30〜70 %の温度範囲であり、後熱処理の加熱温度が原料素材の再結晶温度に対して 30〜70 %の温度範囲で実施されることがより望ましい。この方法により、 [ 11 1] 方位と [ 100] 方位の集積度をより高めることができる。

さらに、組織制御の観点からは、圧延加工、前熱処理、伸線加工、後熱処理の工程の.後に、微調伸線加工工程の追加、あるいは微調伸線加工、第 3次熱処理の工程を追加することも望ましい。微調伸線加工を追加する理由は、ワイヤ表面近傍の結晶粒の微細化、転位の局所増加等により高強度化を図ることができるためである。微調伸線加工、第 3次熱処理の工程をセットで追加する理由は、上記の表面改質による高強度化の効果を利用しつつ、さらに、ワイヤ内の外周部における [ 111] 方位及び [ 100] 方位を有する結晶粒を中心部よりも促進することにより、摺動性、ワイヤ流れ等の制御性をより高めることができるためである。さらに好ましくは、伸線加工に用いる複数のダイスの内、減面率

10%以上のダイスを 30 %以上使用することにより、断面全体での結晶方位の均一性を高めることで、 [ 111] / [ 100] の面積割合についても中心部とその外周部での相違を低減することがより容易となる。これは、ボンディングワイヤの伸線に従来用いられているダイスの減面率は、通常 6 %以下であるのに対し、減面率を 10%以上とすることにより、ワイヤの表層部だけでなく内部にまで均一に加工する効果が高まるためと考えられる。減面率が 10%以上のダイスが、伸線に使用されるダイス全部の 30%以上であることにより、量産レベルの高速伸線においても、組織制御がより可能となる。

また、伸線加工に用いる複数のダイスの内、減面率 10%以上のダィスを 30 %以上使用することによる組織制御では、上記の断面全体での結晶方位の均一性を高めるだけでなく、さらに、前述した [ 11 1] / [ 100] の面積割合を高めることにも有効に作用する。こうした伸線により製造したワイヤでは、高強度，高弾性率によるワイヤ流れの抑制、ループ形状の直線性の向上、ポール直立部のリーニングの低減等を達成し、狭ピッチ接続の実用性を高めることができるワイャ内部での数種類の結晶方位の分布、結晶粒径等を制御するには、ダイス個々の減面率に加えて、ダイス順番、ダイスへのワイャ揷入角、伸線時の張力等を適正化することも有効である。例えば、ワイヤがダイスに揷入するときの角度を一定に保ったり、伸線時の張力を調整したりすることにより、ワイャ断面全体で組織の均一化あるいは表層部の方位制御等を、局所的ではなく、ワイヤの長手方向の長距離範囲（数十〜数百万 m ) で制御された均質なボンディングワイヤを作製することが容易となる。例えば、ダイス順番では、最終線径に近い段階に用いるダイスに、上記の減面率 10%以上のダイスを適用したり、あるいは伸線速度を 50〜400m/secの範囲で線径が細くなる速度を若干遅くしたりすること等で、上述したワイャ中心部あるいは表層部での組織を管理することが可能となる。主として製造法による組織制御に加えて、ワイャ中の元素添加も有効に活用することで、最近の狭ピッチの課題であるリ一二ング性についても、さらなる向上が図れる。

現在のワイャ素材の主流である Auを主成分とし、添加成分として、 Y、 Ca、 Yb、又は Euから選ばれる 1種以上の元素の総濃度力 SO • 002〜0.03質量％、 La、 Tb、 Dy、又は Ndから選ばれる 1種以上の元素の総濃度 C₂が 0.002〜0.05質量％であり、且つそれら添加成分の濃度関係について 0.1 < C / C s < 10の範囲で含有させた金合金ポンデイングワイヤとすることで、 [111] 方位の結晶粒の形成を助長することに加えて、中でもリ一ユング特性をより一層高めることができる。上述したように、ワイャ製造法によりリ一ユング特性も改善できるものの、さらに、上記成分元素の添加により、ポール部近傍の熱影響部における組織を制御して、リーユング特性をよりさらに改善することができる。ここで、が 0.002質量％未満、あるいは C ₂が 0.002質量％未満であれば、組織制御の効果が小さいためであり、一方、。₁が0.03質量％超、あるいは C₂が 0.05質量％超であれば、 A1合金パッド上のポール接合部の強度が低下するためである。 0.1< C i / Cs < 10の範囲であれば、 2種の元素群の相乗効果が期待でき、 [111] 方位の集積度を制御することが比較的容易となり、ループ安定性、接合性等の使用性能を総合的に改善しやすくなるためである。

さらに好ましくは、上記 2種の元素群の濃度関係を (h C / C ₂く 6の範囲としたワイヤ素材に、上記の製造方法を組み合わせることで、結晶方位を制御する効果がより促進され、 [111] 及び [1 00] の結晶方位の配向を本発明の範囲で設定することがより容易となる。

次に本発明の（15) 〜（21 ) のボンディングワイヤの製造方法（ 25) 〜（27) について説明する。

本発明の金ボンディングワイヤの組織制御のためには、圧延加工、一次伸線加工、前熱処理、二次伸線加工、後熱処理の順でそれぞれ少なくとも 1回組み合わせた工程で、铸造材からボンディングヮィャを製造する方法であって、前記圧延加工、一次伸線加工におけるそれぞれ面積加工率が 95 %以上、前記前熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の融点（絶対温度）に対して 30〜70%の温度範囲であり、前記二次伸線加工における面積加工率が 99. 5 %以上、平均伸線速度が 100〜800m /分、ダイス前後での張力の差が 0. l〜50MPaの範囲であり、前記後熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の再結晶温度（絶対温度）に対して 30〜70%の温度範囲であり、一次伸線及び二次伸線でのダイス出口における引出し角度が 30° 以下で製造されるものである。こうした条件の範囲内で選定することにより、本発明で規定したワイヤ長手方向での [ 111] 方位及び [ 100] 方位の結晶粒に調整することが可能となる。

ここでの圧延加工について、丸型溝ロールあるいは角型溝ロールを用いた圧延、スエージング圧延等を使用することができ、また一部には大型ダイス伸線等も含めることも可能である。圧延加工における面積加工率とは、圧延前、圧延後のワイヤの平均直径をそれぞれ Df、 Dgとすると、 { 1 一 ( Dg/ Df) ² } X 100 ( % ) で表すことができる。次に、伸線加工では、主に伸線用ダイスを用い、伸線機は複数のダイスで一度に伸線することができる装置を用い、伸線前、伸線終了後のワイヤの平均半径をそれぞれ Rf、 Rgとすると、 { 1一 (Rg/Rf) ² } X 100 ( % ) で面積加工率を表すことができる。ダイスの内壁は、超硬金属又はダイヤモンド加工を施されているものが、安定性等に優れており、より望ましい。熱処理方法は、ワイヤを卷き取った状態で加熱オーブン内に設置し、一括して加熱する方式と、一定の長さの加熱炉内でワイヤを連続的に移動させながら加熱する連続熱処理方式等が利用できる。

圧延加工の面積加工率、伸線加工の面積加工率、熱処理の加熱温度について、上記条件を適正化させることが必要となる。各条件の理由として、圧延加工、一次伸線加工における面積加工率が 95 %未満、又は二次伸線加工の面積加工率が 99. 5 %未満の場合には、加工集合組織の成長が不充分となり、その後の加熱で回復 · 再結晶も一部に生じさせた最終の集合組織において、 [ 111] / [ 100] の面積割合を調整することが困難である。また、熱処理の加熱温度が原料素材の融点に対して 30%未満の低温であれば、その後の伸線工程において [ 111 ] 及び [ 100] の結晶方位を揃えることが難しいためであり、一方、 70%超の高温であれば、最終線径まで伸線しても [ 11 1] 以外の方位が占める割合が高くなるため、 [ 111] / [ 100] の面積割合を制御することが難しいためである。

平均伸線速度を 100〜800 m /分とした理由は、 100m /分未満であれば、長手方向でのばらつきが発生したり、量産性が低下すること、 800m /分超であれば、伸線時の発熱等による動的再結晶等も懸念され、結晶方位の均一性を維持することが困難である。ダイス前後での張力の差が 0. l〜50MPaとした理由は、ダイス前後での張力差の制御によりワイャ表面近傍での加工歪みを制御する効果を利用しており、 0. IMPa未満であれば、ワイヤ長手方向での組織のパラッキが発生し易く、 50MPa超では細線での断線が問題となるためである。また、一次伸線 · 二次伸線でのダイス出口における引出し角度が 30° 以下であれば、ワイヤ長手方向の垂直断面での加工歪みを局所的に管理することにより、ワイャ内部と外周部での組織を制御することが容易となる。

ワイヤの中心近傍と表層近傍における [ 111] / [ 100] の面積割合等に差異を促進するには、基本的に上記条件範囲をベースに、加ェと回復 · 再結晶の組合せを積極的に管理することが必要となる。例えば、圧延加工、一次伸線加工、二次伸線加工において中心近傍と表層近傍での加工度、加工歪みに変化を与える方法、また、前熱処理、後熱処理等の加熱時において回復 · 再結晶をワイャ表面からの深さ方向で変化させるような方法が有効である。また両者を組み合わせれば、ロール圧延、ダイス伸線加工の工程で、ワイヤの表層近傍では内部よりも加工歪みの導入を助長し、一方で加工速度の増加による動的再結晶を利用して、表層部の加工歪みの緩和を促すことができる。また、熱処理時の温度、移動速度、張力等の設定を変えてワイャの深さ方向に温度変化を生じさせることも可能である。集合組織は、加工と回復 · 再結晶の相乗作用に左右される。こうした加工条件と熱処理条件の兼ね合いをうまく利用することで、ワイャの内部方向での [ 111 ] / [ 100] の面積割合を変化させることができる。

さらに、太径から徐々に細くする過程で、条件設定は必ずしも同一ではなく、線径により、掃引角度等に条件を変化させることで、中心近傍と表層近傍での結晶方位の分布に差異を生じることを促進できる。ダイス加工の減面率、伸線速度、熱処理温度等は、変更、管理が比較的容易であり、その効果も得られやすい。なかでも、伸線加工に用いる複数のダイスの内、減面率が 7 %未満、 7〜： 11 %、 11〜20%である 3種のダイス群のそれぞれを少なくとも 10 %以上を使用することで、中心近傍と表層近傍での結晶方位を個別に制御することが比較的容易となる。上記 3種のダイス群のダイス数、順番等の組み合わせを変更することにより、本発明に規定したワイャ組織の範囲内で、結晶方位の比率を微調整することが可能である。

また、加熱炉の両端の加熱温度 Te (絶対温度）力 S、中央部の加熱温度 Tm (絶対温度）に対して、 0. 02Τπ！〜 0. 3Tmほど低温である温度分布を持った加熱炉を用いて、ワイヤを連続的に掃引させて熱処理することで、中心近傍と表層近傍での再結晶挙動に変化を与え、ヮィャ深さ方向に結晶方位を制御することも可能である。また、一定部にのみガス流を発生させている加熱炉を用い、その炉内でワイヤを連続的に掃引させて熱処理することでも、ワイャ表層近傍での結晶方位を制御することも可能である。

ワイヤ材料について、 Auを主成分とするボンディングワイヤであれば、比較的容易に本発明に係わる組織を得ることができる。好ましくは、ワイヤ製造工程での作業性、使用時のポール形成時の酸化等を考慮すると、 Auを主成分とし、添加成分として、 Be、 Ca、 La、 I n、 Gd、 Nd、 Ce、 Dy、 Tb又は Yから選ばれる 1種以上の元素の総濃度 C ₃が 0, 0005〜0. 02質量％、あるいは Ag、 Sn、 Pd、 Pt又は Cu力、ら選ばれる 1種以上の元素の総濃度 C ₄が 0. 003〜0. 1質量％でぁることが望ましい。さらに好ましくは、上記元素群の総濃度 C ₃が 0. 005 〜0. 015質量％であれば、本発明の組織を構成することがより容易となり、量産性の管理等が簡便となる等の理由から、より望ましい

実施例 .

実施例 I

以下、本発明の（ 1 ) 〜（14) ， ( 20) ， ( 21 ) のボンディングワイヤおよびその製造方法（22) 〜（24) を実施例にもとずいて説明する。

金純度が約 99. 995質量％以上の電解金を用い、必要な含有成分を添加させ、表 1〜 5に示す化学成分の金合金を溶解炉で溶解铸造し、その铸塊をロール圧延し、加熱炉中で前熱処理を行い、さらにダィスを用いて伸線加工を行い、連続的にワイヤを掃引しながら加熱する後熱処理を施して、ボンディングワイヤを作製した。最終線径は主に 20 μ m以下とした。

具体的な製造工程を述べる。まずは、直径 6〜30mmの銪塊を作製する。圧延工程では、薄型ロールを使用し、線径が 0. 5〜1. 5mmとなるまで、 30〜200 m /分の速度で加工した。前熱処理工程では、ォーブン加熱炉を用い、 250〜800°Cに設定された炉中に 0. 1〜 2時間保持して加熱し、炉外の大気中で放冷した。伸線工程では、ダイスを複数個セットできる連続伸線装置と、ダイヤモンドコーティングされたダイスを用い、伸線速度は 80〜400 m /秒の範囲、伸線の槽温度を 20〜35°Cで行った。ダイスの内壁の清浄化を'目的に、使用前に超音波洗浄を施しておいた。使用したダイスの減面率は、低減面である 5〜 8 %、高減面である 12〜15 %の 2種類に分類され、該高減面ダイスの個数が全体の 35〜80 %を占める。後熱処理工程では、 20cmの均熱帯を持つ赤外加熱炉を用い、 250〜700°Cに設定された炉中を、速度は 50〜800 m /分、掃引張力は 2〜60mNの範囲でワイヤを連続的に移動させながら熱処理を施し、引張試験の伸び値が 3〜 5 %になるように調整した。表 2記載の各実施例の具体的製造方法は表 3に示すとおりである。

ボンディングワイヤの接続には、汎用の自動ワイヤポンダー装置を使用して、ポール/ゥエッジ接合を行った。ポール接合では、ヮィャ先端にアーク放電によりボール部を形成し、そのボール部を電極膜に超音波併用の熱圧着により接合した。また、リードフレーム又は BGA基板上のリード部に、ワイヤ他端部をゥエッジ接合した。今後のニーズである狭ピッチ接続への適用性を調べるため、電極間隔が 50 /Z mの狭ピッチ接続を行った。

接合相手は、シリコン基板上の電極膜の材料である、厚さ約 0.8 μ πιの A1合金膜（Al— 1 %Si、 Al— 0.5%Cuゝ A1- 1 %Si-0.5%Cu ) 、あるいは Cu配線（AuO.01 μ mZNiO.4μ mZCuO.4 μ m) を使用した。一方の、ゥエッジ接合の相手には、表面に A_gめっき（厚さ： 1〜 4 μ πι) が施されたリードフレーム、又は表面に Auめっき/ Ni めつき/ Cu配線が形成されているガラエポ樹脂基板を使用した。

ワイヤの代表的な機械的特性である強度、弾性率は、引張試験により測定した。試料長は 10m_m、試料数は 5本とし、その平均値を用いた。

ワイャ組織について、長手方向に断面研磨したワイャを用いて、エッチングを行った後に SEMで観察して結晶粒数を教えた。また、同様の断面研磨した試料のある領域において、 EBSP法により結晶方位を測定した。ワイヤ断面の全体での [111] 方位又は [100] 方位の結晶粒の面積比率を求め、また、ワイヤの半径 Rの中心から RZ 2までの部分を中心部、ワイヤ表面から R/ 3までの深さの部位を表層部としたとき、該ワイヤの長手方向断面において、中心部と表層部おける [111] 方位の結晶粒の面積比率をそれぞれ求めた。

ボンディングされたループの直線性を評価するため、ワイヤ間隔 (スパン）が 6 mmとなるようボンディングされた 100本のワイヤを用いて、投影機により上方から観察した。ポール側とゥエッジ側の接合部を結ぶ直線に対し、ワイヤが最も離れている部位のずれを曲がり量として測定した。その曲がり量の平均が、線径の 1本分未満であれば良好であると判断し◎印で表示し、 2本分以上であれば不良であるため△印、その中間であれば、通常は問題とならないため〇印で表示した。

ボンディング工程でのループ形状安定性（ループ制御性）については、ワイヤ毎に 3箇所のループ高さを測定し、そのループ高さの標準偏差により評価した。試料数は 50本、測定には光学顕微鏡を使用した。測定個所には、ループ高さのパラツキが発生しやすい部位として、ボール直上部、最高到達部、ワイヤ長の中心部の 3箇所とした。このループ高さの標準偏差がワイヤ径の 1 / 2以上であれば、パラツキが大きいと判断し、 1 Z 2未満であればパラツキは小さく良好であると判断した。その基準をもとに判断し、 3箇所ともバラツキが小さい場合には、ループ形状が安定していると判断し、 ◎ 印で表示し、パラツキが大きい個所が 1個所である場合には、比較的良好であるため〇印、 2箇所の場合には△印、 3箇所ともパラッキが大きい場合には X印で表示した。ワイヤ長は、 BGA等で使用頻度が増加している 4 mm長（形状 1 ) と、安定なループ形状を得るのがより困難であるロングスパンとして 6 mm長（形状 2 ) のそれぞれで評価した。

狭ピッチ接続では、異なるループ高さを同一チップ内で結線する場合が増えており、直線性の確保、ループ形状のパラツキを抑えることが問題となる。ループ形状安定性の更なる厳しい評価として、高低ループ評価を行った。ループ最高高さ力 S lOO m以下の低ループと、 300 μ m以上の高ループを各 50本ずつボンディングを行った。それらループ高さの異なる 2種それぞれの直線性を測定した。 2 種類のループともに曲がり量の平均が、線径の 1本分未満であれば良好であると判断し◎印で表示し、 1種類でも曲がり量が 1本分以上であれば通常は問題とならないため〇印、 2種類のループとも曲がり量が 1本分以上であれば改善が必要であるため△印、 1種類でも曲がり量が 2本分以上であれば不良であるため X印で表示した。また、上記のループ高さの異なる 2種類について、ループ形状安定性（ループ制御性）を評価するため、最高到達部、ワイヤ長の中心部の 2箇所でループ高さを測定し、ループ高さの標準偏差がワイャ径の 1 Z 2以上であれば、パラツキが大きいと判断した。 2種のループ高さで各 2箇所測定した計 4箇所におけるループ高さの標準偏差のうち、 4箇所ともパラツキが小さい場合には、ループ形状が安定していると判断し◎印で表示し、パラツキが大きい個所が 1箇所である場合には、比較的良好であるため〇印、 2箇所以上でパラツキが大きい場合には△印で表示した。

ゥエッジ接合性の評価には、接合相手は、表面に Auめっき/ Niめつき Z Cu配線が形成されている樹脂基板を使用した。試料が搭載されるステージの温度は、ゥエッジ接合性がより厳しくなる低温の 17 5°Cで行った。評価基準として、 200ピンのチップを 10個使用し、合計 2000本のワイャを接続し、ゥヱッジ接合部での不良により連続ポンデイング動作が一度でも中断したり、光顕観察により剥離等の不良現象が 2本以上認められた場合には、ゥエツジ接合性が不十分であるため△印で示し、連続ボンディングで問題もなく、その後の観察でも不良が認められない場合には、ゥッジ接合性は良好であると判断し、 ◎印で示し、両者の中間となる、連続ボンディングは可能でも剥離が 1本認められた場合には、通常は問題とならないことから〇印で示した。

上記のゥェッジ接合条件で樹脂基板上にボンディングした後に、ワイヤの曲折不良の発生も調べた。ワイャが局所的に塑性変形して曲折する現象は、全体的に変形する通常のワイャ曲がり不良とは区別することが可能である。 3 mmスパンで、 2000本のワイヤを接続し、この曲折不良の数が 0本であれば非常に良好であると判断して◎ 印で示し、 2本であれば実用上は問題はないと判断して〇印で示し、 2〜 4本の範囲であれば若干の改善が必要であるため△印で示した。

最近懸念されている問題である、ポール接合近傍のワイヤ直立部が倒れる現象であるリーニングについては、チップ水平方向からヮィャ直立部を観察し、ボール接合部の中心を通る垂線とワイヤ直立部との間隔が最大であるときの間隔で評価した。ワイヤ長は 4 mm、試料数は 30本とした。その間隔がワイヤ径よりも小さい場合にはリ一二ングは良好、大きい場合には直立部が傾斜しているためリー二ングは不良であると判断した。リ一ニングの不良発生頻度により分類し、不良が 3本以上の場合には△印、 ◦本の場合には◎印、その中間では〇印で表示した。

ボンディングワイヤの搢動性については、業界でも評価法が統一されていない。今回は、キヤビラリ内でワイヤを一定の速度及び角度で移動させ、そのときの引抜き強度を測定し、また、その試験したワイャの表面状態を SEMで観察した。この引抜き強度が小さく、ワイャ表面にキズが見られない場合には、摺動性は良好であると判断して◎印、また、引抜き強度が大きいもの又はワイヤ表面のキズ等が少しでも認められた場合には〇印で表示した。

樹脂封止時のワイヤ流れ（樹脂流れ）の測定に関しては、ワイヤのスパンが約 4 mmとなるようボンディングした半導体素子が搭載されたリードフレームを、モールディング装置を用いてエポキシ樹脂で封止した後に、軟 X線非破壊検査装置を用いて樹脂封止した半導体素子内部を X線投影し、ワイャ流れが最大の部分の流れ量を 30本測定し、その平均値をワイヤのスパン長さで除算した値（百分率）を封止後のワイャ流れと定義した。

封止後のワイヤ流れのパラツキについて、上記で求めたワイヤ流れの標準偏差が 0· 8%以内であればワイャ流れの安定性は良いと判断して◎印、 0. 8〜 2 %の範囲であれば実用上は問題ないとして〇印、 2 %以上であれば実用上の問題が懸念されるため△印で示したワイヤ製造時の歩留まりの評価条件について、線径 18 μ mまで伸線した際、 1 kgの铸塊当たりの断線回数が 0. 5回 / kg未満であり、さらに 30本の破断強度の標準偏差が 4 . 9 mN未満に抑制されている場合には、良好な生産性を確保できるため◎印、上記の断線回数又は破断強度のパラツキのどちらか一方の条件でも満足できない場合には〇印、 1 kgの铸塊当たりの断線回数が 0. 5回 Z kg以上であり、 3 0本の破断強度の標準偏差が 4. 9mN以上である場合には、量産性を更に改善する必要が生じるため△印で示した。

表 1 には、ワイャ組織とボンディング使用性能の関係について示す。表 2、 3には、 Auを主成分とするボンディングワイヤの添加成分及び製造方法とワイヤ組織との関係を示す。それぞれで、本発明に係わるボンディングワイヤについての評価結果を実施例とし、比較として、本構成から外れる場合を比較例とした。

表 1 において、本発明（ 1 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 1〜15であり、本発明（ 2 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 1〜 6、 9、 10、 12〜： 15であり、本発明（ 3 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 1 〜 8、 12〜15であり、本発明（10) に係わるボンディングワイヤは実施例 3〜 6、 8、 9、 11、 12、 15であり、本発明 ( 21 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 1 〜： L2である。表 1の比較例は、本発明の（ 1 ) におけるボンディングワイヤの組織構成を満足しない場合である。

表 2、 3には、 Auを主成分とするボンディングワイヤの添加元素、製造法、組織等を示す。実施例 16〜31は本発明（22) 〜（24) に記載のいずれかを満足する製造方法により作製されたワイヤであり

、本発明（ 1 ) におけるボンディングワイヤの組織構成を満足する。その内訳では、実施例 16〜27は本発明（14) の成分構成とする Au 合金ボンディングワイヤであり、実施例 28〜31は本発明（14) の成分構成は満足しないものの、本発明に関する製造法を利用している場合である。一方の比較例 5〜 9は、本発明（22) 〜（24) 記載の製造方法を満足しておらず、本発明（ 1 ) におけるボンディングヮィャの組織構成を満足しない場合である。

表 4、 5において、本発明（ 4 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 32〜34であり本発明（ 5 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 34、 35であり本発明（ 6 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 35〜37であり本発明（ 7 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 36、 37であり本発明 ( 13) に係わるボンディングワイヤは実施例 32、 34、 36、 37である。

表 6、 7において、本発明（ 8 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 42〜49であり、本発明（ 9 ) に係わるボンディングワイヤは実施例 43〜49、 51であり、本発明（11) に係わるボンディングワイャは実施例 42、 44〜49である。

表 1

結晶方位の比率ワイヤ電極引張弾性直謝生ループ制御性リ-ニン性ワイヤ摺ワイヤ全体表層部中心部と素材線径部材強度率形状 1 形状 2 流れ性動断面平均の

[111]/ [111] [111]/ 性

[111]/ [100]

[100] の害 11合％ [100] ( μιη) (MPa) (GPa) (6mm¾) mm長)

の差分 (6匪； ft) (%) の面積比の面積比 (mm)

1 1:2 53 1.4 0.20 0.05 Au 25 Al-Si 320 90 ◎ ◎ ® ◎ 3.8 o

2 1.4 55 1.3 0.15 0.08 Au 20 326 90 ◎ ◎ ◎ ◎ 3.4 〇

3 2.0 55 2.1 0.10 0.1 Au 18 Al-Si-Cu 330 91 ◎ ◎ ◎ ◎ 3.3 ◎

4 2.4 68 2.7 0.10 0.1 Au合金 4 20 Al-Cu 342 92 ◎ ◎ ◎ ◎ 2.5 ◎

5 5.2 80 5.5 0.08 0.2 Au合金 5 20 372 95 ◎ ◎ ◎ ◎ 2.4 ◎

6 10.0 85 10.2 0.05 1 Au合金 4 20 Al-Si-Cu 378 102 ◎ ◎ ◎ ◎ 2.2 ◎

7 1.4 47 1.5 0.10 0.5 Au合 6 20 Cu 311 91 〇 ◎ O ◎ 3.6 〇施 8 2.1 40 2.2 0.15 0.1 Au 20 Al-Cu 317 92 〇 ◎ 〇 ◎ 3.2 ◎ 例 9 1.5 55 2 0.35 1 Au合金 20 321 92 ◎ 〇 ◎ 〇 3.7 ◎

10 1.8 60 1.5 0.35 3 Au合金 2 20 Al-Si 352 93 ◎ ◎ © O 3.2 〇

11 2.0 48 2.4 0.36 0.1 t Au合金 3 20 〃 341 96 O ◎ 〇〇 3.0

12 1.5 47 1.2 0.34 0.1 Au 20 Al-Si 332 92 O ◎ 〇 O 3.7 〇

13 1.8 60 2 0.20 0.02 Au合金 1 20 343 92 ◎ ◎ 〇 ◎ 3.2 ◎

14 1.5 55 1.4 0.10 0.02 Au 20 Cu 327 92 ◎ ◎ 〇 ◎ 3.5 〇

15 3.5 65 3.8 0.15 5 Au合金 2 20 Al-Si-Cu 354 96 ◎ ◎ 〇 ◎ 2.7 ◎

1 1.1 40 1.2 0.15 0.05 Au 20 Al-Si 253· 73 Δ △ X △ 5.4 〇比

2 1.1 52 1.3 0.10 0.08 Au 20 〃 272 78 Δ △ X Δ 5.1 o

3 1.0 30 1.1 0.10 0.1 Au 20 Al-Si-Cu 256 76 Δ

例 △ X △ 5.7 〇

4 0.9 40 0.8 0.15 0.05 Au 20 Al-Cu 235 72 Δ △ X △ 6.3 〇

表 2

ワイヤ成分（質量⁰ /o)

C 1 小計 C 2 小計 SUMl/ Au 素材

Y Ca Yb Eu (SUMl) La Tb Dy - Nd (SUM2) SUM2 名称

16 0.001 0.001 0.002 0. 001 0.001 0.002 1.0 残

17 0.002 0. 001 0.003 0.002 0.002 0.004 0.8 残

18 0.001 0.002 0.003 0.002 0.002 0.002 0.006 0.5 残 Au合金 1

19 0.003 0.004 0.003 0.01 0.005 0.005 0.010 1.0 残 Au合金 2

20 0.005 0.005 0.01 0.002 0.002 0.004 2.5 残

21 0.005 0.01 0.015 0. 01 0.01 0.020 0.8 残

22 0.005 0.01 0. 015 0.01 0.01 0. 020 0.8 残実

23 0.005 0. 01 0.015 0.01 0. 01 0.020 0.8 残 Au合金 3 施

24 0.005 0.01 0.015 0.01 0.01 0.020 0.8 残例

25 0. 005 0.005 0.005 0.005 0. 02 0.01 0.005 0.005 0.005 0.025 0. 8 残 Au合金 4

26 0.001 0.001 0.001 0.003 0. 01 0.01 0.020 0.2 残 Au合金 5

27 0.01 0. 006 0.01 0.026 0.001 0.001 0.001 0.003 8.7 残 Au合金 6

28 0.0005 0. 0005 0.001 0.001 0.001 0.001 0.003 0.3 残

29 0. 001 0.001 0.001 0.003 0.0005 0.0005 0. 001 3. 0 残

30 0.0005 0.001 0.0015 0.008 0.01 0.01 0.028 0.05 残

31 0. 08 0. 1 0.08 0.26 0.008 0.008 0. 006 0.022 11. 8 残

5 0.0005 0.0005 0.001 0.0005 0.0005 0. 0005 0. 0015 0.7 残比 6 0.005 0.01 0.015 0.01 0.01 0.020 0. 8 残較 7 0.005 0.01 0.015 0.01 0.01 0.020 0.8 残例 8 0.005 0. 01 0.015 0.01 0. 01 0.020 0. 8 残

9 0. 005 0.01 0.015 0.01 0.01 0.020 0.8 残

表 3

製造方法結晶方位の比率中心部と断面結晶圧延融点に対する伸線伸線伸線槽の高減面再結晶に对するワイヤ全体表層部平均の [111] 粒数加工前維理温度加工度温度ダイス後 i^oa温度の [111]/ [100] [111] [111]/ [100] / [100]の差分度 (％) の相対比度 (%) (°C) 比率 (％) 相対比 (％) の面積比の割合 (％) の面積比値） (個/ μπΐ² )

16 98 35 99.5' 200 25 40 45 1.2 52 1.4 0.10 0.05

17 99 50 99.5 200 25 40 45 1.5 55 1.6 0.15 0.1

18 99.9 40 99.5 100 25 60 35 1.5 55 2 0.35 1

19 99 40 99.5 200 25 40 45 1.8 55 1.8 0.35 3

20 98 70 99.5 300 25 40 75 1.5 55 1.4 0.05 0.9

21 98 50 99.5 500 8 34 45 4.0 70 4.5 0.20 0.5

22 98 50 100 300 20 40 70 1.4 55 1.5 0.15 0.02

23 98 40 99.8 200 30 50 38 1.9 48 2.4 0.36 0.1 施

24 98 35 99.9 200 43 40 75 1.5 62 1.7 0.20 3 例

25 99 60 99.5 100 25 40 45 2.5 68 2.7 0.10 0.1

26 99.5 50 99.95 400 25 40 35 5.2 80 5.5 0.08 0.2

27 98 55 99.5 300 20 40 48 1.4 47 1.5 0.10 0.5

28 98 40 99 70 25 5 35 1.8 60 1.7 0.15 0.7

29 98 50 99.5 600 23 40 50 2.5 55 2.7 0.15 5

30 98 60 99.5 200 25 10 45 1.5 55 1.8 0.34 0.1

31 98 55 99.5 200 25 10 60 1.4 55 1.2 0.20 0.05

5 80 一 97 100 25 20 70 1.1 40 1.2 0.05 0.05 比 6 99 10 97 40 25 20 52 1.1 32 1.4 0.35 2 較 7 98 50 99 1200 2 10 60 1.0 38 1.1 0.15 0.03 例 8 98 90 90 300 25 15 83 0.9 40 0.8 0.20 0.05

9 98 50 99.5 200 25 10 85 0.9 45 1 0.20 0.05

施例実

表

結晶方位の比率結晶ワイヤ中心部と断面 [111]/ [100]の比率が粒数素材線径ワイヤ全体表層

平均の [111]/ 異なる層 A 左記層 Aの左記層 Aの

[111]/ [100] [111] [111]/ [100] [100]の差分 [111]/ [100] 雜に対する [111]の割合 [100]の割合 (個 m² ) ( μ πι) の面積比の割合（％) の面積比 (絶対値）比率該層幅の割合

32 1.2 45 1.4 0.20 1.68 0.3 42% 25% 0. 1 Au 18

33 1.4 42 1.3 0. 15 1.97 0.2 63% 32% 0.2 Au合金 2 18 no 34 2.0 60 2. 1 0. 10 8.00 0.3 80% 10% 0. 1 Au合金 3 15

35 1.3 40 2.7 0. 10 0.86 0.3 30% 35% 0.2 Au 20

36 1.4 50 5.5 0.08 0.48 0.2 25% 52% 0.2 Au合金 2 18

37 1.4 52 10.2 0.05 0.29 0.2 20% 70% 0.3 Au合金 4 15

38 1.3 38 1.2 0.34 1.33 0. 15 40% 30% 0. 1 Au 18

39 1.4 50 2 0.20 0.95 0.2 38% 40% 0.2 Au合金 1 18

40 1.3 55 1.4 0. 10 3.75 0.05 75% 20% 0.3 Au合金 1 18

41 1.4 48 3.8 0. 15 0.75 0.05 30% 40% 0.5 Au 18

表 5

籠部材引張強度弾性率纖性ループ制御性高低ループ評価リ-ニンク"性ワイヤ

(ループ高 100、 300um) 流れ性形状 1 形状 2 ループ

鶴性

(MPa) (GPa) 匪長) (4mm長) (6mm-¾) 制御性 (%)

32 Al-Si 320 95 ◎ ◎ ◎ 〇 Δ ◎ 2. 8 o

33 〃 326 95 ◎ ◎ ◎ ◎ Δ ◎ 3.3 〇

34 Al-Si-Cu 330 105 ◎ ◎ ◎ ◎ Δ ◎ 2.5 〇

35 Al-Si 342 92 ◎ ◎ ◎ Δ 〇 ◎ 3.7 〇

36 320 95

施 ◎ ◎ ◎ Δ ◎ ◎ 2.8 〇

37 Al-Si-Cu 378 102

例 ◎ ◎ ◎ Δ ◎ ◎ 2.8 〇

38 Al-Si 332 92 ◎ ◎ ◎ △ Δ ◎ 3.7 〇

39 // 343 92 ◎ ◎ ◎ Δ Δ ◎ 3.4 〇

40 Cu 327 92 ◎ ◎ ◎ Δ Δ ◎ 3.5 o

41 Al-Si-Cu 354 96 ◎ ◎ ◎ Δ Δ ◎ 3.6 〇

表 6

結晶方位の比率結晶

[111]と [100]方位の合計の面積

[111]'/ [100]の比率が粒数割合 (%) ワイヤ全体表層部中心部と断面

異なる層 A 左記層 A 左記層 A 平均の [111]

ワイヤ中心部表面領域 [111] の [111] の [100] (個/ )

[111]/ [100] [111]/ [100] / [100]の差分 [111]/ [100] ^圣に対する

全体で (R/2)で (R/3)での割合の割合の割合

の面積比の面積比 (綱直）比率該層幅の割合

のの iiiPc の fitPs (%)

42 52% 53% 52% 1. 5 48 2 0. 15 一 - 一 - 0. 1

43 52% 65% 47% 1.8 45 1.8 0. 15 ヽ 2. 17 0. 13 65% 30% 0. 1

44 62% 63% 62% 1.2 52 1.4 0.20 1.68 0. 15 42% 25% 0. 05

45 67% 72% 67% 1.4 55 1.3 0. 15 2. 03 0. 22 65% 32% 0.08

46 71% 85% 65% 1.8 68 5.5 0. 08 0.48 0. 2 25% 52% 1

47 73% 64% 74% 2.4 62 2.7 0. 10 - ― - - 0. 1 例

48 81% 68% 85% 4.8 57 4.8 0. 10 - 一 - - 0.2

49 91% 95% 90% 5.2 80 5.5 0. 08 - - 一 - 0.2

50 44% 45% 43% 2.1 40 2.2 0. 15 1.68 0. 13 42% 25% 0. 1

51 46% 62% 40% 2. 1 40 2.2 0. 15 - - - - 0. 1

表 7

ワイヤ電極引張弾性率直繊ループ制御性ゥェッジワイヤリ- ノ性ワイヤワイヤ摺動性ワイヤ素材線径部材強度形状 1 形状 2 接合性曲折流れ性流れの製造時の

(MPa) (GPa) (6 長) (%) パラツキ歩留まり

42 Au 18 Al-Cu 317 92 〇 ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ 3. 2 ◎ 〇〇

43 Au 18 Al-Cu 317 92 〇 ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ 3.2 〇 ◎ ◎

44 Au合金 2 20 Al-Si 320 90 〇 ◎ ◎ ◎ ◎ 3.8 ◎ ◎ ◎

45 Au合金 3 18 326 90 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 3.4 ◎ ◎ ◎

46 Au合金 1 18 321 92

施 ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ 〇 3.7 〇 ◎

47 Au合金 4 18 Al-Cu 342 92

例 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 2.5 ◎ o ©

48 Au合金 5 18 358 93 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 2.4 ◎ 〇 ◎

49 Au合金 5 15 370 95 ◎ ◎ ◎ © ◎ ◎ 2.7 ◎ 〇 ©

50 Au 20 Al-Cu 317 92 〇 ◎ 〇〇〇 ◎ 3. 2 〇〇

51 Au 18 Al-Cu 317 92 〇 ◎ 〇〇〇 ◎ 3.2 o 〇 ◎

実施例 1〜15のボンディングワイヤは、本発明に係わる、 [111 ] / [100] の面積割合が 1· 2以上であることにより、強度は 300MPa 以上、弾性率は 90MPa以上の高強度 · 高弾性率であり、ワイヤ流れを 4.0%未満に低減されている。中でも、面積割合が 1.4〜2.5の範囲である実施例 2， 3では、ワイヤ流れが 3.5%未満に低減され、，さらに面積割合が 2.5以上である実施例 4〜 6では、ワイャ流れが 2 .5%未満までより改善されていることが確認された。それに対し、比較例 1〜 4のボンディングワイヤは、 [111] / [100] の面積割合が 1.2未満であることにより、強度は 270MPa以下、弾性率は 80MPa 未満であり、結果として、ワイヤ流れは 5 %以上の高い値であった実施例 1〜 6 , 9， 10等のボンディングワイヤでは、本発明（ 2 ) に係わる [111] 方位を有する結晶粒の面積比率が 55%以上を満足しており、高強度 · 高弾性率に加えて、ループ形状の直線性の向上、低温ゥエッジ接合性の改善等が確認された。比較として、本発明（ 2 ) の組織構成を満足しない実施例 7， 8， 11, 12あるいは比較例 1〜 4等では、こうした改善効果は認められなかった。

実施例 1〜 8， 13〜： 15等のボンディングワイヤでは、本発明 ( 3 ) に係わる、ワイヤ中心部での [111] / [100] の面積割合 Rcと、断面全体の平均で [111] / [100] の面積割合 Raの差分比率の絶対値 I 1一 RcZRa I X100 (%) が 30%未満であり、且つ、ワイヤ断面全体での該割合 Raが 1.2以上となる組織を確認しており、ポンディング性能に関しては、ボール直立部のリ一ニング性を改善していることが確認された。比較として、本発明（ 3 ) の組織構成を満足しない実施例 9〜： 12あるいは比較例 1〜 4では、こうした改善効果は認められなかった。

実施例 3〜 6， 8， 9， 11， 12等のボンディングワイヤでは、本発明（ 4 ) に係わる、ワイヤ表層部における [ 111 ] / [ 100 ] の面積割合が 1. 6以上であり、且つ、ワイヤ断面全体での [ 111] / [ 10 0] の面積割合が 1. 2以上となる組織を確認しており、ボンディング性能に関しては、搢動性が向上されて、ループ制御性が容易となり、キヤビラリ詰まり、ワイヤ表面キズ等を低減されることも観察された。比較として、本発明（ 4 ) の組織構成を満足しない実施例 1 ， 2， 7， 10， 12あるいは比較例 1〜 4では、こうした改善効果は認められなかった。

ループ制御性について、本発明に係わる実施例 1〜26のボンディングワイヤでは、スパンが 4 mmの場合には、安定したループ形状が得られているのに対し、比較例 1〜4では、ループ形状のバラツキが大きかった。一方、スパンが 6 mmのロングスパンの場合で比較すると、例えば、実施例 1〜 12では、結晶粒数が 0. 04〜 4個 Z μ m ² であることで、口ングスパンでも安定したループ形状が得られており、ループ制御性に優れていることが確認された。

成分及び製造方法が組織に及ぼす影響についてみると、 Au合金のポンデ 'イングワイヤに関する表 2では、実施例 16〜31は、本発明（ 22) 〜（24) に記載のいずれかの製造条件を満足することで、所望する組織である、 [ 111 ] / [ 100] の面積割合が 1 · 2以上であることを達成していた。その中で比較すると、本発明（14) の成分構成とする実施例 16〜27と、本発明（14) の成分構成は満足しない実施例 28〜31では、組織あるいは使用性能等に一部差が認められた。例えば、実施例 25〜27の成分構成であるボンディングワイャの使用性能に相当する実施例 4〜 7では、リ一二ング性により優れた改善が見られたに対し、実施例 18， 19， 23の成分構成であるボンディングワイヤの使用性能を示した、表 1の実施例 9〜11では、そうした改善は認められなかった。また、比較例 5〜 9では、本発明に係わる製造条件も満足しない場合であり、 [111] / [100] の面積割合は 1.2未満であった。

実施例 32〜34のボンディングワイヤは、本発明に係わる、 [111 ] / [100] の面積割合が 1.6以上である層がワイヤ半径方向の RZ 10以上の幅で存在することにより、その条件を満足しない実施例 35 〜41と比較して、ループ最高高さが 100μ m以下の低ループ、 300 μ m以上の高ループにおいて、直線性は良好であった。中でも、実施例 33， 34では、上記層内の [111] の面積割合が比率が 60%以上であることで、直線性がさらに向上されていた。

実施例 35〜37のボンディングワイヤは、本発明に係わる、 [111 ] / [100] の面積割合が 0.9未満である層がワイヤ半径方向の R/ 10以上 RZ 3未満の幅で存在することにより、その条件を満足しない実施例 32〜34， 38〜41と比較して、ループ最高高さが 100 μ m以下の低ループ、 300 μ m以上の高ループにおいて、ループ形状安定性は良好であった。中でも、実施例 36， 37では、上記層内の [100 ] の面積割合が比率が 50%以上であることで、ループ形状安定性がさらに向上されていた。

実施例 42〜49のボンディングワイヤは、本発明に係わる、 [111 ] と [100] の結晶粒の合計の面積割合を 50%以上とすることにより、その条件を満足しない実施例 50， 51と比較して、ゥエッジ接合性を向上し、またワイヤ曲折不良も低減されていることが確認された。

実施例 43〜49， 51のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ヮィャ中心から R/ 2までの中心部に占める [111] および [100] 方位の結晶粒の面積合計の割合を 60%以上とすることにより、その条件を満足しない実施例 42， 50と比較して、線径 18 πιまで伸線したときのワイヤ製造時の歩留まりを向上できることが確認された。実施例 42， 44〜49のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ヮィャ表面から R / 3までの表面領域における [ 111] 方位及び [ 100 ] 方位の結晶粒の面積合計の該表面領域に占める割合を 50%以上とすることにより、その条件を満足しない実施例 43, 50, 51と比較して、樹脂封止時のワイャ流れ率のバラツキを抑制できることが確認された。

また、一部の試料において、 [ 111] 方位及び [ 100] 方位以外に観察される主な結晶方位に着目したところ、実施例 42， 44では [ 11 2] の方位が多く、実施例 43では [ 110] 、 [ 122] 等の方位が多いことを確認しており、スパン 4 111111の長尺でループ高さ150 // 111以下の低ループを安定して形成できることを確認した。

本発明（10) に係わるボンディングワイヤは実施例 32〜34であり、本発明（12) に係わるボンディングワイヤは実施例 34であり、本発明（20) に係わるボンディングワイヤは実施例 35〜37であり、本発明（21) に係わるボンディングワイヤは実施例 36， 37である。実施例 38， 40は、本発明（ 1 ) を満足するものの、本発明（ 4 ) におけるボンディングワイヤの組織構成を満足しない場合であり、実施例 39， 41は、本発明（ 6 ) におけるボンディングワイヤの組織構成を満足しない場合である。

実施例 32， 34, 36， 37では、線径の 70%以上の長さでワイヤ長手方向の結晶方位が 15° 以内の角度に揃った結晶粒を 2個以上有していることが確認されており、実施例 33， 35， 38〜42と比較して、樹脂流れ性が 3 %未満の低い値に抑えられていた。図 2には、実施例 36の金ボンディングワイヤの断面部において、 EBSP測定結果の一例を示しており、 15° 以上の角度差が生じる場合に結晶粒界で表示した。ワイヤの中心部にはワイヤ長手方向の結晶方位が 15° 以内の角度に揃った結晶粒が 2個以上観察された。高強度化するには、合金元素の添加量を増やす必要があり、それが素材の電気抵抗を増加させる原因となる。 Auを主成分とするワイャについて、実施例 1〜： L9では何れも、純金に対する電気抵抗の増加は 10%以下に抑えられ、しかも 300〜400MPaの高強度を達成している。これに対し、従来の成分に頼ったワイヤでは、 300MPa以上の高強度を得るために、高濃度（> 1質量％) の元素添加が必要であり、例えば， Pd， Pt等の元素を 1質量％以上添加すると、電気抵抗が純金に対して 30%以上増加することを回避するのは困難であつた。実施例 Π

以下、本発明の ( 15) 〜 ( 21 ) のボンディングワイヤおよびその製造方法（25) 〜（27) を実施例にもとずいて説明する。

金純度が約 99. 995質量％以上の電解金を用い、 Be , Ca, La, In, Gd， Nd, Ce， Dy, Tb又は Yから選ばれる 1種以上の元素の総濃度が 0. 0005〜0. 02質量⁰ /₀の範囲、あるいは Ag， Sn, Pb, Pt又は Cuから選ばれる 1種以上の元素の総濃度が 0. 003〜0. 1質量％の範囲で含有する金合金を溶解炉で溶解錶造し、その铸塊をロール圧延し、加熱炉中で前熱処理を行い、さらにダイスを用いて伸線加工を行い、連続的にワイャを掃引しながら加熱する後熱処理を施して、ボンディングワイヤを作製した。最終線径は 20 μ mとした。

表 8， 9に、ワイヤの結晶方位の面積比率、あるいはワイヤボンディングによる使用性能について表示する。

表 10に製造条件を示す。実施例では、本発明で規定する製造条件を満足しており、一方、比較例では、製造条件の少なくとも一つは本発明で規定する範囲から外れる条件が含まれる。表 8

結晶方位の比率（[111]/[100]の面積比 R) クエッジ接合性中心 Rcと外周 ¾IRsの関係中心 Rdと外周 ¾5Rfの関係金属

ワイヤ全体最表面部結晶粒数線径棚旨テープ上 (雜 / 2を境界） (雜 / 3を境界）電極部材フレ-ム

(R/5)の (個 /iim² ) ( μτη)

中心部外周部 [111]/ [100] 芯部 (R/3)で

11-Rc/Rs 1 11-Rd/Rf 1 面積 JtRt 220°C 180°C 160°C

( Rc の Rs の面積比 Ra の面積匪

61 36% 0.84 1.32 1.20 0.74 40% 1.2 0.1 20 Al-Si ◎ 〇 ◎

62 45% 0.66 1.20 1.07 0.56 47% 1.2 0.08 20 〃 ◎ ◎ 〇

64 64% 0.40 1.10 0.93 0.30 57% 0.9 0.06 20 ◎ ◎

65 83% 0.25 1.50 1.19 0.15 57% 1.2 0.1 20 Al-Cu ◎ ◎ ® 実 66 75% 0.40 1.60 1.30 0.35 80% 1.2 0.05 20 〃 ◎ ◎ ◎

67 90% 0.30 3.00 2.33 0.20 92% 2.0 0.1 20 ◎ ◎ ◎

68 44% 0.85 1.52 1.35 0.80 25% 1.2 1 20 Al-Si-Cu

施 ◎ ◎ 〇

69 31% 0.90 1.30 1.20 0.85 20% 1.3 0.5 20 Cu ◎ O 〇

70 75% 0.30 1.22 0.99 0.20 35% 1.2 1.5 20 Al-Si ◎ ◎ ◎

71 34% 0.67 1.02 0.93 0.57 34% 0.7 4.3 20

例 ◎ 〇〇

72 43% 0.70 1.22 1.09 0.60 40% 1.2 0.1 20 Al-Cu ◎ ◎ 〇

73 31% 0.80 1.16 1.07 0.70 35% 1.2 1 20 ◎ 〇〇

75 41% 1.2 0.85 0.94 1.10 42% 0.7 0.4 20 ◎ ◎ 〇

11 18% 0.90 1.10 1.05 0.80 25% 1.1 0.1 20 Al-Si Δ Δ Δ 比

12 27% 0.88 1.20 1.12 0.78 5% 1.3 0.2 20 11 Δ Δ Δ

13 27% 1.10 1.50 1.40 1.00 30% 1.3 0.03 20 Al-Si-Cu Δ Δ Δ 較

14 11% 0.80 0.90- 0.88 0.70 15% 1.1 0.1 20 Al-Si △ Δ Δ

15 22% 1.10 0.90 0.95 1.00 25% 0.7 1 20

例 △ Δ △

16 15% 1.50 1.30 1.35 1.40 118% 1.2 2 20 Al-Cu Δ Δ △

表 9

M—ル樹脂封止ル-フ。のリニンク、'性逆段差狭ピツチ用ル-,形状の (線径の高温リフロ- 熱サイクル短;^ンのワイヤ表面の

時のワイヤ

1.4 麵生

倍)のル-フ。高ル-フ。高ホ"ンテ"インク" キヤビラリの安定性特性 s¾験ピ -ル特性傷、削れ

真球性流れ率 (0 長 200 / m ύδθ μιη の曲がり (ommfe)

61 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 〇 ◎ 〇〇 ◎

62 ◎ ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ ◎ 〇 ◎ 〇〇 ◎

63 ◎ ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ ◎ 〇 ◎ 〇〇〇

64 ◎ 〇〇 ◎ ◎ 〇 ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ ◎

65 ◎ ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 〇〇 ◎ 実 66 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 〇 ο ◎

67 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 〇〇 ◎

68

施 ◎ ◎ ◎ 〇 o 〇 ◎ ◎ 〇〇〇 ◎

69 ◎ ◎ ◎ 〇〇 O ◎ 〇〇〇〇 ◎

70 ◎ 〇〇 ◎ ◎ 〇 ◎ 〇 ◎ 〇〇 ◎

71 〇

例 ◎ 〇 o ◎ ◎ 〇〇〇 ◎ ◎ 〇

72 ◎ ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ ◎ 〇 ◎ 〇〇 ◎

73 ◎ ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ 〇〇〇〇〇 ◎

74 ◎ ◎ 〇〇〇 o 〇〇〇 Ο 〇 ◎

75 ◎ o 〇〇〇 o 〇 ο 〇 ◎ ◎ ◎

76 ◎ 〇 o 〇〇〇〇〇 0 ◎ ◎ o

11 Δ 〇 Δ Δ Δ 〇 Δ Δ Δ 〇比 △ △

12 Δ 〇 Δ Δ △ 〇 △ Δ Δ Δ 〇

13 △ 〇〇 Δ Δ Δ Δ Δ Δ △ △ Δ

14 Δ Δ Δ Δ Δ o Δ Δ Δ Δ Δ 〇

15 Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ 例

16 Δ 〇〇 Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ

表 10

製造方法

圧延融点に対する一次伸線二次伸線ダイス前後引き出しダイス減面率再結晶にる伸繊度

加工度前熱処理温度加工度加工度での張力差角度 <7% 7 -11% 11~20% 後熱処理温度の

(m/分）

(%) の相対比 (%) (%) (MPa) C ) 比率比率比率相対比

61 98 50 95 99.8 200 1〜5 20 40 40 20 50

62 99 50 98 99.5 300 1-10 15 30 50 20 45

63 99.9 55 99 99.7 250 2~20 25 20 50 30 60

64 99 65 99.5 99.5 200 0.1〜2 20 35 40 25 45

65 98 40 99.9 99.99 300 1〜5 20 60 20 20 50 実 66 99 35 98.5 99.9 400 1〜5 20 45 40 15 45

67 98 50 99.8 99.995 300 0.5〜5 20 40 40 20 55

68 98 45 99.8 99.8 300 1〜5 25 40 40 15 45 施

69 99 50 99.9 99.9 250 1〜10 20 40 40 20 65

70 99 50 99.99 99.9 300 5~15 20 35 50 15 45

71 99 60 99 99.95 400 1〜5 20 40 40 20 40 例

72 98 50 99.5 99.5 300 2-20 20 50 30 20 48

73 99.5 45 98.8 99 150 1~5 20 40 30 30 45

74 98 65 99 99.5 600 5-45 5 50 35 15 35

75 99 65 99.8 99.5 650 3〜20 20 65 25 10 30

76 98 70 99.5 99.5 700 2-35 20 70 15 15 35

11 80 ― 90 97 100 0.5〜1 20 80 20 0 80 比 12 99 10 97 97 80 3~20 45 50 50 0 50 較 13 98 50 93 99 200 0.08~10 60 75 5 20 60 例 14 98 90 99 90 300 8〜65 20 5 75 20 40

15 98 50 93 99.5 1200 0.03〜1 20 40 40 20 25

実施例の具体的な製造工程を簡単に説明する。まずは、直径 6〜 30ππηの铸塊を作製する。圧延工程では、溝型ロールを使用し、線径が 0.5〜： L.5mmとなるまで、 10〜 100m /分の速度で加工した。前熱処理工程では、オーブン加熱炉を用い、 250〜800°Cに設定された炉中に 0.1〜 2時間保持して加熱し、炉外の大気中で放冷した。伸線工程では、ダイスを複数個セットできる連続伸線装置と、ダイヤモンドコーティングされたダイスを用い、伸線速度は 50〜400mZ s の範囲、ダイス前後での張力の差が 0.：！〜 50MPaの範囲とした。使用したダイスの減面率は、減面率が 7 %未満、 7〜11%、 11〜20%である 3種のダイス群を使用した。後熱処理工程では、 20cmの均熱帯を持つ赤外加熱炉を用い、 250〜700°Cに設定された炉中を、速度は 50〜800m/分で、ワイヤを連続的に移動させながら熱処理を施し、引張試験の伸び値が 3〜 5 %になるように調整した。

また、表 10の実施例 64， 65, 70〜76では、後熱処理工程における加熱炉両端の加熱温度 Teが、中央部の加熱温度 Tmに対して、 0.02Tm 〜 0.3Tmほど低温であるように調整してある。

ボンディングワイヤの接続には、汎用の自動ワイヤボンダ一装置を使用して、ポール/ゥエッジ接合を行った。ボール接合では、ヮィャ先端にアーク放電によりポール部を形^し、そのボール部を電極膜に超音波併用の熱圧着により接合した。また、リードフレーム

(Cu合金）又は CSPテープ基板上のリード部に、ワイヤ他端部をゥエッジ接合.した。電極間隔は 70， 50, 40 mの狭ピッチ接続を行つた。

接合相手は、シリコン基板上の電極膜として、厚さ約 0.8/z mの A 1合金膜（Al— 1 %Si、 A1— 0.5%Cu、 Al _ 1 % Si— 0.5% Cu) 、あるいは配線（AuO.01 ^ m/NiO.4μ m/CuO.4 μ m) を用いた。スタツドバンプの作製には、上記のポール部を電極上に接合し、その直上にワイヤを引き上げて破断させることで、バンプを形成した。積層チップ実装のために、同一チップにスタツドバンプとループ形成を混載させる場合には、まずは全ての電極上にスタッドパンプを形成し、その後に行うループ形成では、ボール部をリード部に接合し、ワイャを前述したスタッドバンプ上にゥヱッジ接合した。

ワイャ組織について、長手方向に断面研磨したワイャを用いて、エッチングを行った後に SEMで観察して結晶粒数を数えた。また、同様の断面研磨した試料のある領域において、 EBSP法により結晶方位を測定した。ワイヤ断面の全体での [ 111] 又は [ 100] 方位の結晶粒の面積比率を求め、ワイヤの半径 Rの中心から R Z 2までの部分を中心部、その外側を外周部とし、それぞれの領域における [ 11 1] / [ 100] の面積割合 Rc， Rsを求めた、また、ワイヤ中心から R 3までの領域を芯部の領域における [ 111 ] / [ 100] の面積割合 Rdを求めた。なお、結晶方位の測定において、結晶粒の各方位がヮィャの長手方向に対して 10° 以内の傾きを有するものを、全て各方位の結晶粒とした。

ゥエッジ接合性の評価には、接合相手は、表面に Agメツキ（厚さ： 1〜 4 μ πι ) が施されたリードフレーム、又は表面に Auメツキ/ Niメッキ Z Cu配線が形成されている樹脂テープ基板を使用した。試料が搭載されるステジの温度は、リードフレームの場合は通常の 220°Cを選定し、テープ基板の場合には、通常の 180°Cと、ゥエッジ接合性がより厳しくなる低温の 160°Cで行った。評価基準として、 2 00ピンのチップを 10個使用し、合計 2000本のワイヤを接続し、ゥェッジ接合部での不良により連続ボンディング動作が一度でも中断したり、光顕観察により剥離等の不良現象が 2本以上認められた場合には、ゥエッジ接合性が不十分であるため△印で示し、連続ボンデイングで問題もなく、その後の観察でも不良が認められない場合には、ゥヱッジ接合性は良好であると判断し、 ◎印で示し、両者の中間となる、連続ボンディングは可能でも剥離が 1本認められた場合には、通常は問題とならないことから、〇印で表示した。

また、ゥエツジ接合性等も影響を及ぼすボール形成性について、上記のテ一プ基板への 160°Cの低温接合を実施して、線径の 1. 4倍の小ポール 10本を SEMで観察した。ボール形状が真球で良好な場合には◎印、偏平なポールが 1本でも観察されたら△印、その中間で、真球性は良好であるがポール部がワイヤ中心からずれることによる偏芯が 2本以上観察された場合には〇印で表示した。

樹脂封止時のワイヤ流れ（樹脂流れ）の測定に関しては、ワイヤ長が約 5 mm、ループ高さが約 300 μ m、ループ形状は台形となるようボンディングし、その後、モールディング装置を用いて汎用ビフェニール系エポキシ樹脂で封止を行った試料を作製した。この半導体素子の内部を軟 X線非破壊検査装置を用いて X線投影し、決まつた位置のワイャ流れ量を 30本測定し、その平均値をワイャ長さで除算した値（百分率）を封止後のワイヤ流れ率と定義した。このワイャ流れ率が、 4 %未満であればワイャ流れは良好であるため◎印で示し、 6 %以上であれば狭ピツチ接続でのワイャ接触等が懸念されるため△印、その中間である 4〜 6 %の範囲の場合は〇印で表示した。

ボンディングされたループの直線性を評価するため、ワイヤ長（スパン）が 6 mmとなるようボンディングされた 100本のワイヤを用いて、投影機により上方から観察した。ポール側とゥエッジ側の接合部を結ぶ直線に対し、ワイヤが最も離れている部位のずれを曲がり量として測定した。その曲がり量の平均が、線径の 1本分未満であれば良好であると判断し◎印で表示し、 2本分以上であれば不良であるため△印、その中間であれば、汎用ワイヤよりは良好であり、通常は問題とならないため〇印で表示した。

ゥエッジ接合部の信頼性を評価するため、高温リフロー試験、熱サイクル試験を実施した。試料は、上述した、 200ピンの合金のリードフレーム上にワイヤボンディングを行った後に、汎用ビフエニール系エポキシ樹脂で封止した試料を用いた。試料数は 2チップの計 400ピンで調べた。リフロー試験は、 Pbフリー対応を想定し、従来の Sn— Pb共晶系よりも高温である 280°Cでリフローを実施し、その後に電気特性を測定した。導通が得られないものが 1本でも発生すれば△印、電気的特性に問題が生じていない場合は◎印、その中間である、全ピンで導通はえられるが、電気抵抗が高いピンが 2 本以上発生している場合には、より過酷な接合信頼性が懸念されるため〇印で表示した。

熱サイクル試験では、実使用時の熱履歴を加速評価する目的で、一 55°Cと 125°Cの間で温度の昇降を繰り返し、 300サイクルの試験後に、開封作業により樹脂を削除し、ゥエッジ接合部の近傍での引張り試験（ピール試験）を実施した。この熱サイクル試験後のゥエツジ接合のピール強度を、ボンディング直後の平均値と比較した。試験後のピール強度の減少が 2割以下に抑えられている場合には、ゥェッジ接合部の耐疲労特性は良好であるため◎印で示し、強度の減少が、 7割超である場合には不良発生が懸念されるため△印で、その中間では、電気的接続は確保されていることから〇印で表示した短スパンでのゥエツジ接合部近傍の引張強度を評価するピール試験を実施した。チップ段差は 450 μ m程度、ワイヤ長は約 l mm、接合相手は前記樹脂テープである。ボンディングされたワイヤでピール試験を行い、その破断強度であるピール強度が 60πιΝ以上であれば良好であるため◎印で示し、 20mN未満であれば実用上問題となるため△印で示し、その中間であれば、実用上は問題のないレベルであると判断して〇印で示した。

ポール接合近傍のワイャ直立部が倒れる現象であるリーニングについては、チップ水平方向からワイヤ直立部を観察し、ポール接合部の中心を通る垂線とワイヤ直立部との間隔が最大であるときの間隔（リーニング間隔）で評価した。ワイヤ長は 4 mm、試料数は 50本とした。ループの最高高さは、通常の約 220 μ πιと、リーユング評価にはより厳しい高ループである約 350 μ mの 2種類で調べた。上記のリーニング間隔がワイヤ径ょりも小さい場合にはリーニングは良好、大きい場合には直立部が傾斜しているためリ一二ングは不良であると判断した。リーニングの不良発生頻度により分類し、不良が 3本以上の場合には△印、 0本の場合には◎印、その中間では〇印で表示した。

積層チップ接続への適応性について、逆段差ボンディング時のヮィャ曲がりを評価した。ポール接合部がゥヱッジ接合部よりも低い位置となるよう、上述した、電極上にスタッドバンプを形成し、その上にゥエッジ接合を行った。高さ 450 μ mの高段差チップを用い、ポール接合近傍のワイャ直立部が 350 μ m程度となるようポンデイングを行った。ボンディングされたワイヤ 200本を上方から観察して、直立部の最大倒れ量が線径の 4倍以上のものが 1本でもあれば不良と判断して△印で示し、全てのワイヤの最大曲がり量が線径の 2倍より小さい場合には良好であると判断して◎印で表し、その中間である場合には、屈曲は少し発生しているものの、一般的な使用では問題にならないと判断して〇印で示した。

ワイヤ表面の傷発生では、 100本のループを形成し、 SEMで観察して、ワイヤ表面に傷が認められない場合には◎印で示し、長さが 10 μ m以上の傷が 1個でも認められる場合には△印で示し、その中間では、傷発生の問題がないとして、〇印で示した。また、キヤビラリ詰まりでは、連続ボンディングに支障をきたしたり、ループ形状が乱れる等、キヤビラリの詰まりに関連する不良が発生するまでのボンディング回数で比較し、 10万回未満ではキヤビラリ寿命が短く生産性が悪いと判断して△印で示し、 50万回以上では生産性が良好であると判断して◎印で示し、その中間では、通常の使用では問題ないとして〇印で示した。

ボンディング工程でのループ形状安定性については、ワイヤ毎に 3箇所のループ高さを測定し、そのループ高さの標準偏差により評価した。安定なループ形状を得るのがより困難である狭ピッチ ' 口ングスノ、。ンへの実用性を評価するため、ワイヤ長は 5 mm長、ループ形状は台形、ループ高さは約 200 μ mと約 350 μ mの 2種類でボンデイングを行った。それぞれ 50本ずつ選定し、測定には光学顕微鏡を使用した。測定個所には、ループ高さのパラツキが発生しやすい部位として、ポール直上部、最高到達部、ワイヤ長の中心部の 3箇所とした。このループ高さの標準偏差がワイヤ径の 1 Z 2以下であれば、パラツキが大きいと判断し、 1 Z 2未満であればパラツキは小さく良好であると判断した。その基準をもとに判断し、 3箇所ともパラツキが小さい場合には、ループ形状が安定していると判断し、 ◎印で表示し、パラツキが大きい個所が 1箇所である場合には、比較的良好であるため〇印、 2箇所の場合には△印、 3箇所ともパラツキが大きい場合には X印で表示した。

表 8 , 9 ， 10で、本発明（15) に係わるボンディングワイヤは実施例 61〜76であり、本発明 ( 16) に係わるボンディングワイヤは実施例 61〜63， 65〜69， 72〜74であり、本発明（17) に係わるボンデイングワイヤは実施例 61〜67， 70〜73であり、本発明（18) に、係わるボンディングワイヤは実施例 61〜70, 72であり、本発明（19) に係わるボンディングワイヤは実施例 64, 71 , 75， 76であり、本発明 ( 21) に係わるボンディングワイヤは実施例 61， 62, 64〜70， 72〜 76である。表 1の比較例 11〜16は、本発明（15) におけるボンディングワイヤの組織構成を満足しない場合である。

実施例 61〜76のボンディングワイヤは、本発明に係わる、中心部、外周部それぞれの結晶方位に関する [ 111] / [ 100] の面積割合 Rc， Rsの差分比率の絶対値 I 1 一 RcZRs I X 100 ( % ) が 30 %以上であることにより、現在主流のリードフレームを用いた場合のゥェッジ接合性を向上できることが確認された。また、線径の 1. 3倍程度の小ボールの形成性も良好であった。また、上記の結晶方位の差分比率の絶対値が 40%以上である実施例 62〜68, 70, 72, 75, 76では、樹脂テ一プ上に 180°Cでボンディングされるときのゥエッジ接合性が改善されており、さらに、 50 %以上である実施例 63〜67， 70 ， 76では、より低温 160°Cで樹脂テープ上へのゥエッジ接合性も良好であることが確認された。それに対し、比較例 11〜 16のボンディングワイャは、上記の結晶方位の差分比率の絶対値が割合が 30%未満であることにより、リードフレーム、樹脂テープ上へのゥエッジ接合性は十分ではなかった。

本発明（16) に係わる実施例 61〜63， 65〜69， 72〜74のボンディングワイヤでは、中心部と外周部における [ 111 ] / [ 100] の面積割合 Rc， Rsとの差分比率 I 1—Rc/Rs I X 100 ( % ) を 30%以上、ワイヤ断面全体で平均した [ 111] / [ 100] の面積割合 Raを 1. 0以上であるため、高接合性とワイヤ流れの抑制を同時に満足することが確認されたが、比較例 11〜16では、こうした改善効果は認められなかった。また、実施例 61 , 66〜69では、ワイヤ断面全体で平均した上記値 Raを 1. 2以上とすることで、口ングスパンでのループの直線性も向上することができた。

8；本発明（17) に係わる実施例 61〜67， 70〜73のボンディングワイャでは、中心部と外周部での該面積比率 Rc， Rsとの差分比である I 1 -Rc/Rs I X100 (%) が 30%以上であり、ワイヤ中心から RZ 3まで芯部での該面積比率 Rdが 0.1〜0.8の範囲であることにより、高いゥエッジ接合性、ワイヤ流れの抑制を満足しつつ、さらに、ゥェッジ接合性における疲労特性に関連する高温リフロ一試験、熱サィクル試験においても良好な信頼性が得られることを確認した。なかでも、実施例 61〜63， 65〜67， 72, 73では、上記特性である、中心部と外周部での差分比、芯部での面積比率 Rdに加えて、ワイヤ断面全体で平均した [111] / [100] の面積割合 Raを 1.0以上とすることで、短スパンにおけるゥヱッジ接合部近傍のピール強度も十分高いことが確認された。

本発明（18) に係わる実施例 61〜70， 72のボンディングワイヤでは、中心部と外周部での該面積比率 Rc, Rsとの差分比である I 1 - Rc/Rs I X100 (%) が 30%以上であり、外周部での該面積比率 Rs が 1.2以上であることにより、ゥエッジ接合性を満足し、さらに、ループ高さが 200 μ mにおけるリ一ニング性も改善できることが確認された。なかでも、該 Rsが 1.5以上である実施例 65〜 68のボンデイングワイヤでは、ループ高さが 350 μ mの高い場合でも、良好なリーニング性が得られることが確認された。また、 I 1 —RcZRs I X100 (%) ≥30%、 Rs≥ 1.2であり、さらに芯部での比率 Rdが 0.1 〜0.8の範囲である、実施例 61〜67， 70, 72では、逆段差ボンディング時のワイャ曲がりを低減する効果も確認された。

本発明（19) に係わる実施例 64, 71， 75, 76のボンディングワイャでは、表面から RZ 5までの最表面部における [111] / [100] の面積割合 Rtが 1.0以下であることにより、ワイャ表面の傷発生を低減したり、キヤビラリが詰まるまでの寿命を延ばして、生産性を向上することができる。

本発明（21 ) に係わる実施例 61， 62, 64〜70， 72〜76のボンディングワイヤでは、中心部と外周部での該面積比率 Rc， Rsとの差分比である I 1 — Rc Z Rs I X 100 ( % ) が 30 %以上であり、結晶粒数が 0 . 04〜 4個/ μ m ²の範囲であることにより、ワイャ長が 5 mmでのノレープ高さのばらつきを低減し、安定なループ形状を得られる制御性の良好な特性が得られることが確認された。産業上の利用可能性

以上、本発明の導体装置用金ボンディングワイャ及びその製造方法によれば、狭ピッチ接続を実現するための高強度，高弾性、ワイャ流れ抑制、ボール直立部のリーニング性、およびゥヱッジ接合部の接合性あるいは疲労特性等が総合的に改善でき、しかも工業的に量産性にも優れている。

Claims

1 . ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有す結晶粒の面積の割合が 1. 2以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

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2 . ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 111] 方位を有する結晶粒の面積比率が 55%以上であることを特の徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

3 . ボンディングワイャの長手方向断面囲の結晶粒組織において、ワイャの半径を Rとして、該ワイヤの中心から R Z 2までの部分を中心部としたとき、中心部におけるワイャ長手方向の結晶方位の内、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rcと、ワイヤ断面全体での [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 R aについて、両者の差分比率の絶対値 I 1 一 RcZRa I X 100 ( % ) が 30%未満であり、且つ、ワイヤ断面全体での該割合 Raが 1. 2以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

4 . ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ半径を Rとして、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ半径方向にワイヤ半径 Rの 1 Z 10以上の幅で、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1 . 6以上である領域が少なくとも 1層以上存在することを特徴とする、請求項 1 〜 3のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングヮィャ。

5 . ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ半径を Rとして、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ半径方向にワイヤ半径 Rの 1 Z10以上の幅で、 [111] 方位を有する結晶粒の面積比率が 60%以上である領域が少なくとも 1層以上存在することを特徴とする、請求項 1〜 4のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

6. ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ半径を Rとして、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ半径方向にワイヤ半径 Rの 1 /10以上、 1 / 3未満の幅で、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 0.9未満である領域が少なくとも 1層以上存在することを特徴とする、請求項 1〜 3のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

7. ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ半径を Rとして、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、ワイヤ半径方向にワイヤ半径 Rの 1 /10以上の幅において、 [100] 方位を有する結晶粒の面積比率が 50%以上である領域が少なくとも 1層以上存在することを特徴とする、請求項 1 〜 3又は 6のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

8. ボンディングワイヤの長手方向断面において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [111] 方位及び [100] 方位の結晶粒の面積の合計の割合が 50%以上であることを特徴とする、請求項 1〜 7のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

9. ボンディングワイヤの長手方向断面において、ワイヤの半径を Rとして、ワイヤの中心から R / 2までの部分を中心部としたとき、該中心部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [111] 方位及び [100] 方位の結晶粒の面積の合計の該中心部に占める割合が 60%以上であることを特徴とする、請求項 1 〜 8のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

10. ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径を Rとして、該ワイヤの表面から： R Z 3までの深さの部位を表層部としたとき、表層部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1. 6以上であり、かつ、ワイヤ断面全体での [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合が 1. 2以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

11. ボンディングワイヤの長手方向断面において、ワイヤの半径を Rとして、ワイヤの表面から R / 3までの部分を表面領域としたとき、該表面領域におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 111 ] 方位及び [ 100 ] 方位の結晶粒の面積の合計の該表面領域に占める割合が 50%以上であることを特徴とする、請求項 1〜： 10のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

12. ボンディングワイャの長手方向断面又は前記長手方向の垂直方向の X線回折測定により求めた結晶方位において、 [ 100] 方位を有する結晶粒に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の体積比が 1. 2 以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。

13. 前記ボンディングワイャの線径の 5倍以上のワイャ長手方向断面において、線径の 70%以上の長さでワイャ長手方向の結晶方位が 15° 以内の角度に揃った結晶粒を、少なくとも 2個以上有する請求項 1〜12のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ

14. 前記ボンディングワイヤが、 Auを主成分とし、添加成分として、 Y , Ca, Yb、又は Euから選ばれる 1種以上の元素の総濃度じェが 0. 002〜0. 03質量％、 La, Tb， Dy、又は Ndから選ばれる 1種以上の元素の総濃度 C₂が 0.002〜0·05質量⁰/。であり、且つそれら添加成分の濃度関係について 0.1< Ci/ Csく 10の範囲である、請求項 1 〜 13のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

15. ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイャの半径を Rとして、該ワイヤの中心から R/ 2までの部分を中心部、その外側を外周部としたとき、中心部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する

16. ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Raが 1.0以上であることを特徴とする、請求項 15に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

17. ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径をとして、該ワイヤの中心から RZ 3までの部分を芯部としたとき、芯部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rdが 0.：！〜 0.8の範囲であることを特徴とする、請求項 15又は 16に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

18. ボンディングワイヤの外周部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rsが 1.2以上であることを特徴とする、請求項 15〜17のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングヮィャ。

19. ボンディングワイャの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径をとして、該ワイヤの表面から R / 5までの部分を最表面部としたとき、最表面部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [ 100] 方位を有する結晶粒の面積に対する [ 111] 方位を有する結晶粒の面積の割合 Rtが 1. 0以下であることを特徴とする、請求項 15~ 18のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ

20. 前記結晶粒の [ 111] 方位及び [ 100] 方位が、ボンディングワイヤの長手方向に対し、 10° 以内の傾きを有する請求項 1〜： L9のいずれかに記載の半導体装置用金ボンデイングワイヤ。

21. 前記ボンディングワイャの長手方向に垂直な断面の結晶粒数が、 0. 04〜 4個 Ζ μ πι ²である請求項 1 〜20のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。

22. 圧延加工、前熱処理、二次伸線加工、後熱処理の順でそれぞれ少なくとも 1回組み合わせた工程で、铸造材からボンディングヮィャを製造する方法であって、前記圧延加工における面積加工率が 95%以上、前記前熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の融点に対して 20〜70 %の温度範囲であり、前記二次伸線加工の面積加工率が 99. 5%以上、前記後熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の再結晶温度に対して 20〜70 %の温度範囲で実施されることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイャの製造方法。

23. 圧延加工、一次伸線加工、前熱処理、二次伸線加工、後熱処理の順でそれぞれ少なくとも 1回組み合わせた工程で、铸造材からボンディングワイヤを製造する方法であって、前記圧延加工、一次伸線加工におけるそれぞれの面積加工率が 95 %以上、前記前熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の融点に対して 20〜70%の温度範囲であり、前記二次伸線加工の面積加工率が 99. 5 %以上、平均伸線速度が 50〜： 1000 m /分、伸線の槽温度が 5〜45°Cであり、前記後熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の再結晶温度に対して 20〜70 %の温度範囲、掃引張力は 0. 2〜70mNの範囲で実施されることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの製造方法。

24. 前記伸線加工に用いる複数のダイスの内、減面率 10 %以上のダイスを 30 %以上使用することを特徴とする、請求項 22又は 23に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤの製造方法。

25. 圧延加工、一次伸線加工、前熱処理、二次伸線加工、後熱処理の順でそれぞれ少なくとも 1回組み合わせた工程で、鎳造材からボンディングワイヤを製造する方法であって、前記圧延加工、一次伸線加工におけるそれぞれの面積加工率が 95 %以上、前記前熱処理の加熱温度（絶対温度）が該材料の融点（絶対温度）に対して 30〜 70 %の温度範囲であり、前記二次伸線加工における面積加工率が 99 . 5 %以上、平均伸線速度が 100〜800 m /分、ダイス前後での張力の差が 0.：！〜 50MPaの範囲であり、前記後熱処理の加熱温度（絶対温度 ) が該材料の再結晶温度（絶対温度）に対して 30〜70 %の温度範囲であり、一次伸線及び二次伸線でのダイス出口における引出し角度が 30° 以下で製造されることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの製造方法。

26. 前記伸線加工に用いる複数のダイスの内、減面率が 7 %未満、 7〜11 %、 11〜20 %である 3種のダイス群のそれぞれを少なくとも 10 %以上は使用することを特徴とする、請求項 25に記載の半導体装置用金ボンディングワイャの製造方法。

27. 前記後熱処理において、加熱炉両端の加熱温度 Te (絶対温度 ) 力中央部の加熱温度 Tm (絶対温度）に対して、 0. 02Tm〜0. 3Tm ほど低温である温度分布を持った加熱炉を用いて、ワイヤを連続的に掃引させて熱処理することを特徴とする、請求項 25又は 26に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤの製造方法。