WO2015152191A1 - 半導体装置用ボンディングワイヤ及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置用ボンディングワイヤ及びその製造方法 Download PDF

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大造 小田
良 大石
榛原　照男
宇野　智裕
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日鉄住金マイクロメタル株式会社
新日鉄住金マテリアルズ株式会社
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Definitions

  • Ag is an element having an electrical conductivity equal to or higher than that of Au and having a lower hardness than Cu, and further having oxidation resistance.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • a bonding wire for a semiconductor device having an Ag content of 90% by mass or more In a cross section including the wire center and parallel to the longitudinal direction of the wire (hereinafter referred to as “wire center cross section”), a crystal grain having a ratio a / b of major axis a to minor axis b of 10 or more and an area of 15 ⁇ m 2 or more ( Hereinafter referred to as “fibrous structure”),
  • the existence ratio of the crystal orientation ⁇ 100> having an angle difference of 15 ° or less with respect to the wire longitudinal direction is 50% or more and 90% or less in area ratio.
  • [Leaning] 100 leads were bonded to the evaluation lead frame with a loop length of 5 mm and a loop height of 0.5 mm.
  • the wire upright portion was observed from the chip horizontal direction, and the evaluation was performed by the interval (leaning interval) when the interval between the perpendicular passing through the center of the ball joint portion and the wire upright portion was the maximum.
  • the leaning interval was smaller than the wire diameter, the leaning was good, and when the leaning interval was large, the upright part was inclined, so that the leaning was judged to be bad.
  • 100 bonded wires were observed with an optical microscope and the number of leaning defects was counted. Zero defects were marked with ⁇ , 1-5 with ⁇ , and 6 or more with x.
  • [Crimped ball shape] The ball shape of the 1st joint was evaluated. 100 wires were bonded to a Si chip for evaluation using a wire bonder. As an evaluation method, 100 pressure-bonded ball portions were observed with an optical microscope, the one close to a perfect circle was OK, the one having a petal shape was NG, and the number was counted. NG is 0, NG is 1-5, ⁇ is 6-10, ⁇ is 11 and more is X.

Abstract

　リーニング不良とスプリング不良をともに抑制するため、（１）ワイヤ中心を含みワイヤ長手方向に平行な断面（ワイヤ中心断面）において、長径ａと短径ｂの比ａ／ｂが１０以上でありさらに面積が１５μｍ2以上である結晶粒（繊維状組織）が存在せず、（２）ワイヤ中心断面における、ワイヤ長手方向の結晶方位を測定した結果、前記ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１００＞の存在比率が面積率で５０％以上９０％以下であり、（３）ワイヤ表面における、ワイヤ長手方向の結晶方位を測定した結果、前記ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１００＞の存在比率が面積率で５０％以上９０％以下であることを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤ。伸線工程中に減面率が１５．５％以上の伸線加工を少なくとも１回行い、最終熱処理温度と最終前熱処理温度を所定範囲とする。

Description

半導体装置用ボンディングワイヤ及びその製造方法
　本発明は、半導体装置用ボンディングワイヤ、特にＡｇ又はＡｇ合金からなる半導体装置用ボンディングワイヤ及びその製造方法に関するものである。
　半導体装置は、回路配線基板（リードフレーム、基板、テープ等）に半導体素子を載置し、半導体素子上の電極と回路配線基板上の電極との間を半導体装置用ボンディングワイヤ（以下単に「ボンディングワイヤ」ともいう。）で接続することによって形成される。
　半導体装置用ボンディングワイヤとして、線径２０～５０μｍ程度の細い金属線が用いられている。ボンディングワイヤの一端は、超音波併用熱圧着方式を用い、ワイヤの先端を加熱溶融してボールを形成させた上で、半導体素子の電極上にこのボール部を圧着接合する。ワイヤの他端は回路配線基板の電極上に超音波圧着により接合する。
　ボンディングワイヤ用素材として、従来は高純度Ａｕ（金）又はＡｕ合金が用いられていた。しかし、Ａｕは高価であるため、材料費が安価な他種金属が所望されている。Ａｕに代わる低コストのワイヤ素材として、Ｃｕ（銅）が検討されている。Ａｕと比べてＣｕは酸化されやすいことから、特許文献１では、芯材と被覆層（外周部）の２層ボンディングワイヤとして、芯材にＣｕを、被覆層にＰｄ（パラジウム）を使用する例が示されている。また特許文献２においては、Ｃｕ又はＣｕ合金から成る芯材と、該芯材の表面にＰｄを主成分とする被覆層と、該被覆層の表面にＡｕとＰｄとを含む合金層とを有するボンディングワイヤが開示されている。
　ＣｕワイヤあるいはＰｄ被覆Ｃｕワイヤは、接合後の硬度が高いため、より硬度の低い材料が要請されている。Ａｕと同等以上の電気伝導性を有し、Ｃｕよりも硬度が低い元素であって、さらに耐酸化性を有している元素としてＡｇ（銀）があげられる。
　特許文献３には、Ａｇを主体とするＡｇ－Ａｕ－Ｐｄ三元合金系ボンディングワイヤが開示されている。当該ボンディングワイヤは連続ダイス伸線前に焼鈍熱処理がされ、連続ダイス伸線後に調質熱処理がされ、窒素雰囲気中でボールボンディングされる。これにより、高温、高湿および高圧下の過酷な使用環境下で使用されても、アルミパッドとの接続信頼性を維持することができるとしている。
　特許文献４には、Ａｇを主体とするＡｇ－Ａｕ、Ａｇ－Ｐｄ、Ａｇ－Ａｕ－Ｐｄ合金線材が開示されている。合金線材の中心部は細長い結晶粒または等軸結晶粒を含み、合金線材のその他の部分は等軸結晶粒からなり、焼なまし双晶を含む結晶粒が総量の２０％以上である。パッケージ製品の品質と信頼性の向上を目的としている。
　隣接するボンディングワイヤの間隔が狭くなる狭ピッチ化が進行している。これに対応するボンディングワイヤへの要求として、細線化、高強度化、ループ制御、接合性の向上等が求められる。半導体実装の高密度化によりループ形状は複雑化している。ループ形状の分類として、ループ高さ、ボンディングのワイヤ長さ（スパン）が指標となる。最新の半導体では、一つのパッケージ内部に、高ループと低ループ、短いスパンと長いスパン等、相反するループ形成を混載させるケースが増えている。それを１種類のボンディングワイヤで実現するには、厳しいボンディングワイヤの材料設計が必要となる。
　量産で使用されるワイヤ特性として、ボンディング工程におけるループ制御が安定しており、接合性も向上しており、樹脂封止工程でワイヤ変形を抑制すること、接続部の長期信頼性等の、総合的な特性を満足することで、最先端の狭ピッチ接続、積層チップ接続等の高密度実装に対応できることが望まれている。
再公表ＷＯ２００２－２３６１８公報 特開２０１１－７７２５４号公報 特許第４７７１５６２号公報 特開２０１３－１３９６３５号公報
　多ピン・狭ピッチ化により、一つのＩＣ内にワイヤ長、ループ高さが異なるワイヤ接続が混載することが行われている。狭ピッチ化すると、ボール直立部のリーニング不良が発生することがある。リーニング不良とは、ボール接合近傍のワイヤ直立部が倒れて、隣接ワイヤの間隔が接近する現象である。リーニング不良を改善するワイヤ材料が求められる。
　また、積層チップ接続ではスプリング不良が問題になることがある。積層チップのワイヤ接続では、通常のワイヤボンディングとは接合位置が逆転する、逆ボンディングと呼ばれる接続が多く用いられる。逆ボンディングとは、第一段階でチップ上の電極にスタッドバンプを形成し、第二段階で基板の電極上にボール部を接合し、前記スタッドバンプの上にボンディングワイヤをウェッジ接合する手法である。この逆ボンディングにより、ループ高さを低く抑えられるとともに、チップ積層数が増えて段差がかなり高い場合でも安定したループ制御が可能となる。一方で、この逆ボンディングではボンディングワイヤが屈曲するスプリング不良が発生することがある。メモリＩＣでは積層チップが主流となりつつあり、このスプリング不良の低減が期待されている。
　Ａｇ含有量が９０質量％以上であるＡｇ又はＡｇ合金（本明細書において、「Ａｇ又はＡｇ合金」という。）のボンディングワイヤ（本明細書において、「ワイヤ」という場合がある。）は硬度が低いためにチップダメージを起こしにくい。そのため、逆ボンディングに使用されることが多い。一方、逆ボンディングにおいて上述のようにスプリング不良を起こしやすい。また、Ａｇ又はＡｇ合金ワイヤの硬度が低いことに起因して、リーニング不良が発生しやすい。
　Ａｇ又はＡｇ合金ワイヤにおいて、リーニング不良とスプリング不良のいずれかを改善する手段は存在していたものの、リーニング不良とスプリング不良を同時に改善することは困難であった。本発明は、リーニング不良とスプリング不良をともに改善したＡｇ又はＡｇ合金からなる半導体装置用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。
　即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）Ａｇ含有量が９０質量％以上である半導体装置用ボンディングワイヤであって、
ワイヤ中心を含みワイヤ長手方向に平行な断面（以下「ワイヤ中心断面」という。）において、長径ａと短径ｂの比ａ／ｂが１０以上であって面積が１５μｍ2以上である結晶粒（以下「繊維状組織」という。）が存在せず、
前記ワイヤ中心断面におけるワイヤ長手方向の結晶方位を測定した結果、前記ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１００＞の存在比率が面積率で５０％以上９０％以下であり、
ワイヤ表面におけるワイヤ長手方向の結晶方位を測定した結果、前記ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１００＞の存在比率が面積率で５０％以上９０％以下であることを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤ。
（２）前記半導体装置用ボンディングワイヤは、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉの１種以上を含み、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎを含む場合はそれらの合計が０．０１～８質量％であり、Ｐｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉを含む場合はそれらの合計が０．００１～１質量％であり、残部Ａｇ及び不純物であることを特徴とする上記（１）に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
（３）前記不純物に含まれるＳが１質量ｐｐｍ以下、Ｃｌが０．５質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
（４）１回以上伸線加工を行う伸線工程を有し、伸線工程中に減面率が１５．５～３０．５％である伸線加工を少なくとも１回有し、
伸線工程の途中に１回以上の熱処理と伸線工程終了後に最終熱処理を行い、最終熱処理の直前の熱処理の温度が６００℃以上８００℃以下であり、最終熱処理の温度が３００℃以上６００℃未満であることを特徴とする上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法。
　本発明は、Ａｇ又はＡｇ合金ボンディングワイヤについて、ワイヤ中心断面に繊維状組織が存在せず、断面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下であり、表面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下とすることにより、リーニング不良とスプリング不良を同時に改善することを可能にした。伸線工程中に減面率が１５．５～３０．５％である伸線加工を少なくとも１回行い、伸線工程終了後に熱処理を行う（最終熱処理）とともに、伸線工程の途中に１回以上の熱処理を行い、最終熱処理直前の熱処理（最終前熱処理）温度を６００℃以上８００℃以下とし、最終熱処理温度を３００℃以上６００℃未満とすることにより、上記結晶組織を形成することができる。
　Ａｇ又はＡｇ合金ボンディングワイヤに見られる結晶組織を、観察面における形状で区別すると、隣り合う結晶方位の角度差が１５度以上ある場合を結晶粒界と定義した時の、結晶粒の長径ａと短径ｂの比（ａ／ｂ）が１に近い形状の結晶と、ａ／ｂの値が大きい細長い形状の結晶とに分類することができる。ａ／ｂが１に近い結晶は等軸晶とも呼ばれる。ここでは、ａ／ｂが１０以上でかつ観察面における結晶粒の面積が１５μｍ2以上である結晶粒を「繊維状組織」と定義する。
　Ａｇ又はＡｇ合金ボンディングワイヤについて、ワイヤ中心（ワイヤ中心軸）を含みワイヤ長手方向に平行な断面（本明細書において、ワイヤ中心断面とよぶ。即ち、ワイヤ中心軸を含むワイヤ断面である。）で観察すると、ワイヤ中心軸近傍に上記定義した繊維状組織が見られることが多い。特許文献４において細長い結晶粒１８と呼ばれている結晶が繊維状組織に該当する（同文献図１Ｂ参照）。繊維状組織以外の部分は、ａ／ｂが１に近い結晶粒である。
　観察面に現れている各結晶組織について＜１００＞方位を計測することができる。観察面として前記ワイヤ中心断面を選択し、前記ワイヤ中心断面におけるワイヤ長手方向の結晶方位を測定した結果、前記ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１００＞の存在比率を面積率で表し、「断面＜１００＞方位比率」と名付ける。また、観察面としてワイヤ表面を選択し、前記ワイヤ表面におけるワイヤ長手方向の結晶方位を測定した結果、前記ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１００＞の存在比率を面積率で表し、「表面＜１００＞方位比率」と名付ける。
　本発明においては、Ａｇ又はＡｇ合金ボンディングワイヤについて、ワイヤ中心断面に繊維状組織が存在せず、断面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下であり、表面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下であるとき、リーニング不良とスプリング不良を抑制することができる。また、断面＜１００＞方位比率と表面＜１００＞方位比率をともに９０％以下とすると同時に繊維状組織が存在しないと、スプリング不良を抑制できる。また、表面＜１００＞方位比率を５０％以上とすると、リーニング不良を抑制できる。しかし、断面＜１００＞方位比率が５０％未満であるとリーニング不良が発生することがあるので、断面＜１００＞方位比率は５０％以上とした。
　ワイヤ中心断面に繊維状組織が存在する場合、ワイヤの長手方向によって繊維状組織が存在する部分と存在しない部分が形成されることとなり、それぞれの部位によって２ｎｄ接合（ウェッジ接合）部の破断強度が異なるため、２ｎｄ接合が安定せず、スプリング不良が発生することがある。しかし、本発明は繊維状組織を存在させないことにより、スプリング不良発生を抑えることができる。
　本発明は、断面＜１００＞方位比率と表面＜１００＞方位比率がともに５０％以上９０％以下であり、即ち両者の比率が同程度であって一定比率（９０％）以下のとき、２ｎｄ接合部の破断強度は適度な大きさであり、さらにミクロな部位による差が少なくなることから、スプリング不良が発生しにくくなる。
　また、表面＜１００＞方位比率が低すぎると、ボールネック部が横方向に変形しやすくなるためにリーニング不良が発生しやすくなるが、表面＜１００＞方位比率を５０％以上とすることにより、リーニング不良発生を抑えることができる。
　ボンディングワイヤは、伸線加工によって製造される。伸線加工は、線材を孔ダイスに１回以上通して素材の断面積を小さくする加工である。線径が数ｍｍの素材を準備し、冷間での伸線加工を繰り返すことによって順次線径を細くし、目的とする線径のボンディングワイヤを形成する。通常は、１パス当たり（孔ダイスを１回通すごと）の減面率を１～１５％としている。伸線工程の途中、あるいは伸線工程終了後に熱処理を行うことがある。
　Ａｇ又はＡｇ合金素材を用いて通常の伸線加工を行うと、ワイヤの中心に繊維状組織が形成される。また、伸線加工での冷間変形により、ワイヤ表面の結晶方位が影響を受け、表面＜１００＞方位比率が高まる。
　伸線加工後の熱処理により、ワイヤ中心の繊維状組織を消滅させることができる。ただし、熱処理で繊維状組織を消滅させようとすると、８００℃を超える高温熱処理が必要となり、熱処理の結果ワイヤを構成する結晶の結晶方位がランダム化し、表面＜１００＞方位比率が低下し、表面＜１００＞方位比率５０％以上を実現することが困難となる。
　本発明においては、伸線加工における減面率に工夫を加えるとともに、伸線途中及び伸線工程終了後に行う熱処理のパターンを限定することによりはじめて、繊維状組織を存在させず、同時に断面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下であり、表面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下とすることができた。そしてこれにより、リーニング不良とスプリング不良をともに抑制することができた。
　即ち、Ａｇ又はＡｇ合金素材を１回以上の伸線加工を行う伸線工程を有し、伸線工程中に減面率が１５．５～３０．５％である伸線加工を少なくとも１回行う。さらに、伸線工程の途中に１回以上の熱処理を行い、伸線工程終了後にも熱処理（最終熱処理）を行う。最終熱処理直前の熱処理（最終前熱処理）温度を６００℃以上８００℃以下とし、最終熱処理温度を３００℃以上６００℃未満とすることにより、ワイヤ中心断面に繊維状組織が存在せず、表面＜１００＞方位比率と断面＜１００＞方位比率が上記本発明の好ましい範囲であるＡｇ又はＡｇ合金ボンディングワイヤとすることができる。減面率が１５．５～３０．５％である伸線加工を少なくとも１回行うことにより、通常よりも繊維状組織の少ない結晶組織を実現することができ、その後の熱処理により繊維状組織が消滅しやすくなる。最終熱処理温度を３００℃以上とするのは、これにより断面＜１００＞方位比率を本発明の上限以下とすることができるからであり、６００℃未満とするのは、これにより断面＜１００＞方位比率を本発明の下限以上とすることができるからである。最終前熱処理温度を６００℃以上とするのは、ワイヤ全体を再結晶化させるためであり、８００℃以下とするのは、局所的に粗大な結晶粒が成長することを抑制するためである。
　減面率が１５．５～３０．５％である伸線加工を行う時期については特に限定はなく、最終前熱処理の前でも後でもかまわない。好ましくは、最終前熱処理の直前か直後とする。
　最終前熱処理を行った後の伸線加工については、その間におけるトータル減面率、パス回数ともに限定はない。好ましくは、トータル減面率が９５％以下とする。そうすれば、最終熱処理で比較的容易に所望の結晶組織を得ることができる。
　最終前熱処理の前に行う伸線加工についても、その間におけるトータル減面率、パス回数ともに限定はない。また、最終前熱処理の前に熱処理を行うか否かも限定はない。熱処理を行う場合の熱処理温度などについても特に限定はない。
　本発明のボンディングワイヤは、素材としてＡｇ含有量が９０質量％以上であるＡｇ又はＡｇ合金を用いることで十分に効果を発揮することができる。Ａｇ含有量が９０質量％より少ないと、比抵抗が高くなり過ぎて、ボンディングワイヤとしての使用に適さない。Ａｇ以外の組成としては、Ａｇと固溶体を作り、伸線工程で断線しにくい成分、例えば、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉを含有することができる。
　本発明のボンディングワイヤはまた、以下の選択成分を含有し、残部Ａｇ及び不純物からなるＡｇ合金とすることにより、優れた効果を発揮することができる。
　ボンディングワイヤの長期信頼性を評価する方法として、最も多く利用される加熱試験である乾燥雰囲気での高温保管評価に加え、一般的な高湿加熱評価としてＰＣＴ試験（プレッシャークッカーテスト）が行われる。最近は、高湿加熱評価としてさらに厳しいＨＡＳＴ試験（High Accelerated Temperature and humidity Stress Test）（温度１３０℃、相対湿度８５％ＲＨ（Relative Humidity）、５Ｖ）で不良が発生しないことが求められている。本発明においては、ワイヤの成分組成としてＰｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎの少なくとも１種以上を総計で０．０１質量％以上含有することにより、ＨＡＳＴ試験において良好な高湿加熱評価結果を得ることができる。一方、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎの含有量総計が８質量％を超えると、ワイヤ自体の強度が上がるため、２ｎｄ接合部の破断強度も上がりスプリング不良が発生しやすくなるため、含有量合計を８質量％以下とする。
　本発明においてはさらに、ワイヤの成分組成としてＰｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも１種以上を総計で０．００１質量％以上含有することにより、１ｓｔ接合のボール形状を良好にする効果がある。一方、Ｐｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉの含有量総計が１質量％を超えると、ワイヤ自体の強度が上がるため、２ｎｄ接合部の破断強度も上がりスプリング不良が発生しやすくなるため、好ましくは含有量合計を１質量％以下とする。
　本発明においてはさらに、ワイヤ中に不純物として含まれるＳ含有量を１質量ｐｐｍ以下、かつ、不純物として含まれるＣｌ含有量を０．５質量ｐｐｍ以下とすることにより、１ｓｔ接合のＦＡＢ形状を良好にすることができる。
　本発明のボンディングワイヤの製造方法は前述のとおりである。即ち、上記本発明の成分を含有するＡｇ又はＡｇ合金素材を用いて伸線加工を行い、伸線工程中に減面率が１５．５～３０．５％である伸線加工を少なくとも１回行い、伸線工程終了後に熱処理を行う（最終熱処理）とともに、伸線工程の途中に１回以上の熱処理を行い、最終前熱処理（最終熱処理直前の熱処理）温度を６００℃以上８００℃以下とし、最終熱処理温度を３００℃以上～６００℃未満とする。これにより、ワイヤ中心断面に繊維状組織が存在せず、断面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下であり、表面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下であるＡｇ又はＡｇ合金ボンディングワイヤとすることができる。
　ボンディングワイヤの原材料として、主成分であるＡｇには純度が９９．９９質量％以上の高純度の素材を用い、添加元素であるＰｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉの原材料には純度９９．９質量％以上の素材を用いた。不純物元素であるＳ、Ｃｌを含有する水準については、意図的にＳ、Ｃｌを含有させた。
　所定の成分を含有するＡｇ又はＡｇ合金とした上で、連続鋳造により数ｍｍの線径の素材とし、引き続いて冷間でのダイス引き抜きによる伸線加工と熱処理を行った。伸線加工の減面率について、本発明例及び比較例の一部では途中の１～１０パスで減面率１５．５～３０．５％とする工程を付与し、それ以外のパスでは減面率を５．５％～１５．０％とした。減面率を１５．５％以上とするパスは、最終前熱処理の直後とした。伸線加工終了後の最終線径を１５～２５μｍとした。
　伸線前後の熱処理としては、伸線工程終了後に行う最終熱処理、伸線工程途中に行う熱処理の内で最終熱処理直前に行う最終前熱処理を行った。最終前熱処理において、本発明例の全てと比較例の一部は、最終前熱処理温度を６００℃以上８００℃以下とした。最終熱処理について、本発明例の全てと比較例の一部は最終熱処理温度を３００℃以上６００℃未満とした。最終前熱処理から伸線終了までの合計減面率を８０～９０％とした。
　［ボンディングワイヤの含有成分分析］
　ボンディングワイヤ中の含有成分（不純物以外）の濃度は、ＩＣＰ分析、ＩＣＰ質量分析等により測定した。ボンディングワイヤ中の不純物濃度は、ＧＤＭＳ（Glow Discharge Mass Spectrometry）分析により測定した。ＧＤＭＳ分析とは、Ａｒ雰囲気下で試料を陰極としてグロー放電を発生させ、プラズマ内で試料表面をスパッタし、イオン化された構成元素を質量分析計で測定する手法である。
　［ボンディングワイヤの結晶組織］
　ワイヤ中心を含みワイヤ長手方向に平行な断面（ワイヤ中心断面）及びワイヤ表面を観察面として、結晶組織の評価を行った。評価手法として、後方散乱電子線回折法（ＥＢＳＤ、Electron Backscattered Diffraction）を用いた。ＥＢＳＤ法は観察面の結晶方位を観察し、隣り合う測定点間での結晶方位の角度差を図示出来るという特徴を有し、ボンディングワイヤのような細線であっても、比較的簡便ながら精度よく結晶方位を観察できる。
　ワイヤ表面のような曲面を対象として、ＥＢＳＤ法を実施する場合には注意が必要である。曲率の大きい部位を測定すると、精度の高い測定が困難になる。しかしながら、測定に供するボンディングワイヤを平面に直線上に固定し、そのボンディングワイヤの中心近傍の平坦部を測定することで、精度の高い測定をすることが可能である。具体的には、次のような測定領域にすると良い。円周方向のサイズはワイヤ長手方向の中心を軸として線径の５０％以下とし、ワイヤ長手方向のサイズは１００μｍ以下とする。好ましくは、円周方向のサイズは線径の４０％以下とし、ワイヤ長手方向のサイズは４０μｍ以下とすれば、測定時間の短縮により測定効率を高められる。更に精度を高めるには、３箇所以上測定し、ばらつきを考慮した平均情報を得ることが望ましい。測定場所は近接しないように、１ｍｍ以上離すと良い。
　断面＜１００＞方位比率及び表面＜１００＞方位比率は、専用ソフト（例えば、TSLソリューションズ社製OIM analysis等）により特定できた全結晶方位を母集団として、ワイヤ長手方向の結晶方位を測定した結果、ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１００＞の存在比率（面積率）を算出した。繊維状組織については、専用ソフト（例えば、TSLソリューションズ社製OIM analysis等）によって、長径ａ、短径ｂの比ａ／ｂ及び結晶粒の面積を算出し、定義に従って繊維状組織の有無を評価した。
　［リーニング］
　評価用のリードフレームに、ループ長５ｍｍ、ループ高さ０．５ｍｍで１００本ボンディングした。評価方法として、チップ水平方向からワイヤ直立部を観察し、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（リーニング間隔）で評価した。リーニング間隔がワイヤ径よ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ーニングは不良であると判断した。１００本のボンディングしたワイヤを光学顕微鏡で観察し、リーニング不良の本数を数えた。不良が０本を◎、１～５本を○、６本以上を×とした。
　［スプリング］
　評価用のＳｉチップに、ループ長２．５ｍｍ、ループ高さ０．１５ｍｍで１００本ボンディングした。スプリング特性の評価のために、電極上に形成されたスタッドパンプの上にボンディングワイヤのウェッジ接合を行う接続方法である逆ボンディングを行い、ボンディングワイヤが屈曲するスプリング不良を観察した。評価方法として、１００本のボンディングしたワイヤを光学顕微鏡で観察し、スプリング不良の本数を数えた。不良が０本を◎、１～３本を○、４～５本を△、６本以上を×とした。
　［ＨＡＳＴ］
　高湿加熱評価としてＨＡＳＴ試験を行った。ワイヤボンダーでボンディングを行った半導体装置について、温度１３０℃、湿度８５％ＲＨ、５Ｖという環境下に放置し、４８時間おきに取り出して評価した。評価方法として、電気抵抗を測定し、抵抗が上昇したものをＮＧとした。ＮＧになるまでの時間が４８０時間以上を◎、３８４時間以上４８０時間未満のものを○、２８８時刊以上３８４時間未満のものを△、２８８時間未満のものを×とした。
　［ＦＡＢ偏芯］
　１ｓｔ接合のＦＡＢ形状を評価した。評価用のリードフレームに、ワイヤボンダーでＦＡＢを１００個作製した。評価方法として、ＦＡＢをＳＥＭ（電子顕微鏡）で１００個観察し、真球状のものをＯＫ、偏芯、引け巣をＮＧとし、その数をカウントした。ＮＧが０個を◎、ＮＧが１～５個を○、６～１０個を△、１１個以上を×とした。
　［圧着ボール形状］
　１ｓｔ接合のボール形状を評価した。評価用のＳｉチップに、ワイヤボンダーで１００本ボンディングした。評価方法として、圧着ボール部を光学顕微鏡で１００個観察し、真円に近いものをＯＫ、花びら状になっているものをＮＧとし、その数をカウントした。ＮＧが０個を◎、ＮＧが１～５個を○、６～１０個を△、１１個以上を×とした。
　上記いずれの評価においても、◎、○、△は合格であり、×のみが不合格である。
　結果を表１に示す。本発明範囲から外れる数値、項目にアンダーラインを付している。
　本発明例１～４３は、本発明範囲の成分を含有し、伸線工程中に減面率が１５．５～３０．５％である伸線加工を１回行い、最終前熱処理温度を６００℃以上８００℃以下とし、最終熱処理温度を３００℃以上６００℃未満としている。その結果、繊維状組織を存在させず、同時に断面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下であり、表面＜１００＞方位比率が５０％以上９０％以下とすることができた。
　ワイヤの成分組成としてＰｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎの少なくとも１種以上を総計で０．０１質量％以上含有する本発明例は、ＨＡＳＴ試験結果が○又は◎で特に良好な結果を得ることができた。ワイヤの成分組成としてＰｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも１種以上を総計で０．００１質量％以上含有する本発明例は、圧着ボール形状が○又は◎で特に良好な結果を得ることができた。ワイヤ中の不純物としてＳ含有量：１質量ｐｐｍ以下、Ｃｌ含有量：０．５質量ｐｐｍ以下の本発明例は、ＦＡＢ形状が○又は◎で良好な結果を得ることができた。
　比較例４４、４５は、伸線工程中に減面率が１５．５％以上の工程がなく、ワイヤ中に繊維状組織が発生し、スプリング評価が不良であった。比較例４６は最終熱処理温度が低かったため、断面＜１００＞方位比率が上限を外れ、スプリング評価が不良であった。比較例４７は最終熱処理温度が高かったため、断面＜１００＞方位比率が下限を外れ、表面＜１００＞方位比率が７０％未満であったことと相まって、リーニング評価が不良であった。比較例４８は最終前熱処理温度が低いとともに最終熱処理温度が高かったため、断面＜１００＞方位比率と表面＜１００＞方位比率がともに下限を外れ、リーニング評価が不良であった。比較例４９は最終前熱処理温度が低いとともに伸線工程中に減面率が１５．５％以上の工程がなく、表面＜１００＞方位比率が低いとともに繊維状組織が存在し、スプリング不良とリーニング不良が発生した。比較例５０は最終前熱処理温度が低いとともに最終熱処理温度が低かったため、表面＜１００＞方位比率が高く、スプリング評価が不良であった。比較例５１は最終前熱処理温度が低いとともに最終熱処理温度が低く、さらに伸線工程中に減面率が１５．５％以上の工程がなく、断面＜１００＞方位比率と表面＜１００＞方位比率がともに上限を外れるとともに繊維状組織が存在し、スプリング評価が不良であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明は半導体に利用することができる。

Claims (4)

  1. 　Ａｇ含有量が９０質量％以上である半導体装置用ボンディングワイヤであって、ワイヤ中心を含みワイヤ長手方向に平行な断面であるワイヤ中心断面において、長径ａと短径ｂの比ａ／ｂが１０以上であって面積が１５μｍ2以上である結晶粒が存在せず、前記ワイヤ中心断面におけるワイヤ長手方向の結晶方位を測定した結果、前記ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１００＞の存在比率が面積率で５０％以上９０％以下であり、ワイヤ表面におけるワイヤ長手方向の結晶方位を測定した結果、前記ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１００＞の存在比率が面積率で５０％以上９０％以下であることを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤ。
  2. 　前記半導体装置用ボンディングワイヤは、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉの１種以上を含み、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｎを含む場合はそれらの合計が０．０１～８質量％であり、Ｐｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉを含む場合はそれらの合計が０．００１～１質量％であり、残部がＡｇ及び不純物であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
  3. 　前記不純物に含まれるＳが１質量ｐｐｍ以下、Ｃｌが０．５質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
  4. 　１回以上の伸線加工を行う伸線工程を有し、前記伸線工程中に減面率が１５．５～３０．５％である伸線加工を少なくとも１回有し、前記伸線工程の途中に１回以上の熱処理と伸線工程終了後に最終熱処理を行い、前記最終熱処理の直前の熱処理の温度が６００℃以上８００℃以下であり、前記最終熱処理の温度が３００℃以上６００℃未満であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法。
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