WO2021205931A1 - 半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤ及び半導体装置 - Google Patents

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bonding
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大造 小田
巧 大壁
基稀 江藤
典俊 荒木
良 大石
榛原　照男
宇野　智裕
哲哉 小山田
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日鉄マイクロメタル株式会社
日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社
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    • H01L24/745—Apparatus for manufacturing wire connectors

Definitions

  • the present invention relates to Ag alloy bonding wires for semiconductor devices. Furthermore, the present invention relates to a semiconductor device including the Ag alloy bonding wire.
  • an electrode formed on a semiconductor element and an electrode on a lead frame or a substrate are connected by a bonding wire.
  • Gold (Au) was the main material for bonding wires, but in recent years, against the background of soaring Au prices, bonding wires using relatively inexpensive materials as an alternative to Au have been actively developed.
  • As a low-cost wire material to replace Au for example, copper (Cu) has been studied, and there are reports on Cu wires and Cu wires having a palladium (Pd) coating on the surface thereof for oxidation suppression and the like.
  • Cu wire or Pd-coated Cu wire is harder than Au wire and tends to cause problems when connected to an electrode or the like. Therefore, a material having a lower hardness is desired.
  • Silver (Ag) is expected as a wire material because it has an electric conductivity equal to or higher than that of Au and brings a hardness lower than that of Cu.
  • Patent Document 1 contains one or more of Pd, Pt, Cu, Ru, Os, Rh, and Ir in a total amount of 0.1 to 10% by weight, Pd is 10% by weight or less, and Pt is 10.
  • Ag alloy bonding wires having a weight of% or less, Cu of 5% by weight or less, Ru of 1% by weight or less, Os of 1% by weight or less, Rh of 1% by weight or less, and Ir of 1% by weight or less are disclosed.
  • Patent Document 2 describes a ternary alloy bonding wire composed of Ag having a purity of 99.99% by mass or more, Au having a purity of 99.999% by mass or more, and Pd having a purity of 99.99% by mass or more.
  • Au is 4 to 10% by mass
  • Pd is 2 to 5% by mass
  • oxidizing non-precious metal additive element is 15 to 70% by mass
  • the balance is Ag.
  • the bonding wire is annealed and heat-treated before continuous die drawing.
  • an Ag-Au-Pd ternary alloy-based bonding wire for a semiconductor element which is subjected to tempering heat treatment after continuous die drawing and ball-bonded in a nitrogen atmosphere.
  • the mold resin which is a package of a semiconductor device, contains a silane coupling agent, which provides high adhesion in an in-vehicle semiconductor device or the like, which requires reliability at a higher temperature. Therefore, a silane coupling agent having a high sulfur (S) content is added.
  • the S content in the mold resin has tended to increase in recent years.
  • a commercially available epoxy resin containing an S-containing silane coupling agent has been used.
  • the S content is higher than in the past for the purpose of further improving the adhesion of the mold resin to the lead frame and the semiconductor chip.
  • the temperature of the Ag alloy wire containing a specific element as described in Patent Documents 1 and 2 was still high. It has been found that in an environment, the joint reliability of the connection portion with the electrode, particularly the ball joint portion, may decrease. Although the bonding reliability in a high temperature environment is somewhat improved by further increasing the amount of the specific element added, in that case, the semiconductor chip is damaged during ball bonding (hereinafter, also referred to as "chip damage"). I found that.
  • the present invention provides an Ag alloy bonding wire capable of exhibiting good bonding reliability in a high temperature environment and suppressing chip damage during ball bonding even when a mold resin having a high S content is used. Is the subject.
  • the present invention includes the following contents.
  • first element One or more elements selected from the group consisting of Pd and Pt
  • second element the total concentration of the first element is x1 [at. %]
  • the total concentration of the second element is x2 [at.
  • the total concentration of In, Ga, Cd and Sn is 0.05 at.
  • the total concentration of the first element is x 1 [at. %]
  • the total concentration of the second element is x 2 [at. %]
  • Ag concentration is x Ag [at. %]
  • an Ag alloy bonding wire capable of exhibiting good bonding reliability in a high temperature environment and suppressing chip damage during ball bonding even when a mold resin having a high S content is used. can do.
  • the Ag alloy bonding wire for a semiconductor device of the present invention (hereinafter, also simply referred to as “the wire of the present invention” or “wire”) is one or more elements selected from the group consisting of Pd and Pt (hereinafter, “No. 1”). 1 element ”) and one or more elements selected from the group consisting of P, Cr, Zr and Mo (hereinafter,” second element "), and the total concentration of the first element is x1 [. at. %], The total concentration of the second element is x2 [at. When [ppm], 0.05 ⁇ x1 ⁇ 3.0 and 15 ⁇ x2 ⁇ 700 are satisfied, and the balance contains Ag.
  • a technique for improving the joining reliability of Ag wire by adding a first element such as Pd and Pt to Ag wire has been reported.
  • a first element such as Pd and Pt
  • the semiconductor device using the mold resin having a high S content even when the Ag wire containing the first element is used, it still becomes an electrode in a high temperature environment of 175 ° C. or higher.
  • the present inventors have found that the joint reliability of the connection portion, particularly the ball joint portion, may be reduced.
  • the S contained in the mold resin tends to be released in a high temperature environment of 175 ° C. or higher, and it is presumed that when the released S comes into contact with the Ag wire, the Ag wire is corroded and the joining reliability is lowered. ..
  • the intermetallic compound for example, Ag 3 Al
  • the electrode material for example, Al
  • the bonding reliability in a high temperature environment can be improved to some extent, but in that case, the wire becomes hard and causes chip damage or resistivity.
  • the S concentration in the mold resin is high, it is difficult to avoid a decrease in bonding reliability in a high temperature environment even if the amount of the first element added is adjusted.
  • the wire of the present invention containing a second element such as P, Cr, Zr and Mo in addition to the first element described above can be used in a high temperature environment even when a mold resin having a high S content is used. Good joining reliability can be achieved underneath.
  • a FAB Free Air Ball
  • the wire of the present invention containing a second element in addition to the first element when the FAB was observed by SEM, precipitates having a diameter of about several tens of nm were found on the surface of the FAB. It was confirmed that it would occur.
  • EDS Energy Dispersive X-ray analysis
  • the wire of the present invention is characterized in that when a FAB is formed, a precipitate in which a second element is concentrated is formed on the surface of the FAB.
  • the bonding reliability in a high temperature environment can be improved without excessively increasing the addition amount of the first element.
  • the occurrence of damage can also be suppressed.
  • the present invention provides an Ag alloy bonding wire that exhibits good bonding reliability in a high temperature environment while suppressing the occurrence of chip damage even when a mold resin having a high S content is used. This contributes significantly to the practical application of Ag wires in in-vehicle semiconductor devices.
  • the wire of the present invention which can improve the bonding reliability in a high temperature environment without excessively increasing the amount of the first element added, is beneficial because it can also suppress the problem of increasing specific resistance.
  • the wire of the present invention contains one or more elements selected from the group consisting of Pd and Pt as the first element at 0.05 to 3.0 at. It is contained in the range of%. That is, the total concentration of the first element in the wire is x1 [at. %] Satisfies 0.05 ⁇ x1 ⁇ 3.0.
  • x1 is 0.05 at. % Or more, preferably 0.1 at. % Or more, 0.2 at. % Or more, 0.3 at. % Or more, 0.4 at. % Or more, 0.5 at. % Or more, 0.6 at. % Or more, 0.8 at. % Or more or 1.0 at. % Or more.
  • x1 is 1.0 at.
  • x1 is 1.0 at. If it exceeds%, it also has an excellent effect that the crimping shape of the ball joint (the crushed shape of the ball) can be easily controlled to a shape close to a perfect circle.
  • x1 is more preferably 1.1 at. % Or more, 1.2 at. % Or more, 1.3 at. % Or more, 1.4 at. % Or more or 1.5 at. % Or more.
  • the upper limit of the total concentration x1 of the first element in the wire is 3.0 at. From the viewpoint of suppressing the hardening of the wire and suppressing the chip damage. % Or less, preferably 2.9 at. % Or less, 2.8 at. % Or less, 2.7 at. % Or less, 2.6 at. % Or less or 2.5 at. % Or less.
  • the wire of the present invention containing the first element in combination with the second element can improve the bonding reliability in a high temperature environment without excessively increasing the amount of the first element added.
  • the wire of the present invention contains, as the second element, one or more elements selected from the group consisting of P, Cr, Zr and Mo at 15 to 700 at. It is contained in the range of ppm. That is, the total concentration of the second element in the wire is x2 [at. When it is set to [ppm], 15 ⁇ x 2 ⁇ 700 is satisfied.
  • the total concentration of the second element in the wire, that is, x2 is 15 at. It is ppm or more, preferably 30 at. ppm or more, 40 at. ppm or more, 50 at. ppm or more, 60 at. ppm or more, 80 at. ppm or more, 100 at. ppm or more, 150 at. ppm or more, 200 at. ppm or more, 250 at. ppm or more or 300 at. It is ppm or more.
  • the concentration x1 of the first element is 2 at.
  • the total concentration x2 of the second element is 35 at.
  • ppm eg, 34.5 at.ppm or less, 34.3 at.ppm or less, 34 at.ppm or less
  • the concentration x1 of the first element is 2 at.
  • P is used alone as the second element
  • Cr is used alone
  • Zr is used as 1
  • the concentration x2 is 35 at.
  • ppm eg. 34.5 at.ppm or less, 34.3 at.ppm or less, 34 at.ppm or less
  • the upper limit of the total concentration x2 of the second element in the wire is 700 at. From the viewpoint of achieving good initial bonding strength of the ball joint and, by extension, good bonding reliability in a high temperature environment. It is ppm or less, preferably 650 at. ppm or less, 600 at. ppm or less, 550 at. ppm or less or 500 at. It is less than ppm. In particular, x2 is 500 at. When it is ppm or less, the initial bonding strength of the ball bonding portion is remarkably high, and it is preferable because extremely good bonding reliability can be realized in a high temperature environment. In addition, when x2 is in the above range, it also has an excellent effect of suppressing the hardening of the wire and easily suppressing the chip damage.
  • the wire of the present invention contains the above-mentioned first element and second element in combination, and the balance contains Ag.
  • the concentration of Ag with respect to the entire wire is preferably 95 at. % Or more, more preferably 96 at. % Or more, 96.5 at. % Or more, 96.6 at. % Or more, 96.7 at. % Or 96.8 at. % Or more.
  • the wire of the present invention may further contain a dopant element other than the first element and the second element as long as the effect of the present invention is not impaired.
  • the total concentration of such dopant elements in the wire is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • the total concentration of the dopant element is, for example, 0.05 at. It may be less than% (less than 500 at. ppm). Therefore, the total concentration of the first element is x 1 [at. %], The total concentration of the second element is x 2 [at. %], Ag concentration is x Ag [at. %], The total concentration of other elements determined by the following formula (1) may be less than 0.05 at%. Equation (1): 100- (x 1 + x 2 + x Ag ) [at. %]
  • the total concentration of the dopant elements other than the first element and the second element may be lower, for example, 0.045 at. % Or less, 0.04 at. % Or less, 0.035 at. % Or less, 0.03 at. % Or less, 0.025 at. % Or less, 0.02 at. % Or less, 0.015 at. % Or less, 0.011 at. %, 0.01 at. % Or less, 0.005 at. % Or less, 0.003 at. % Or less, 0.001 at. % Or less, 0.0008 at. % Or less, 0.0006 at. % Or less or 0.0005 at. It may be less than or equal to%.
  • the type of such a dopant element is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, and examples thereof include In, Ga, Cd, Sn, Cu, Zn, Fe, Ti, Mn, Mo, Ni, and Au. Be done. Therefore, for example, when In, Ga, Cd and Sn are used as such dopant elements, the total concentration of In, Ga, Cd and Sn is 0.05 at. It may be less than%. The lower limit of the total concentration of such dopant elements is not particularly limited, and 0 at. May be%.
  • the wire of the present invention comprises a combination of first and second elements, the balance of which consists of Ag and unavoidable impurities.
  • the concentration of elements such as the first element, the second element and other dopant elements contained in the wire of the present invention is analyzed by using an ICP emission spectroscopic analyzer and an ICP mass analyzer in a liquid obtained by dissolving the wire with a strong acid. , Can be detected as the concentration of elements contained in the entire wire.
  • the concentration of each element shown in the present invention is based on the concentration measured by ICP emission spectroscopic analysis or ICP mass analysis.
  • the wire of the present invention preferably does not have a coating containing a metal other than Ag as a main component. Therefore, in one preferred embodiment, the wire of the present invention does not have a coating containing a metal other than Ag as a main component.
  • the "coating containing a metal other than Ag as a main component” means that the content of the metal other than Ag is 50 at. % Or more.
  • the diameter of the wire of the present invention is not particularly limited and may be appropriately determined according to a specific purpose, but is preferably 15 ⁇ m or more, 18 ⁇ m or more, 20 ⁇ m or more, or the like.
  • the upper limit of the diameter is not particularly limited and may be, for example, 100 ⁇ m or less, 90 ⁇ m or less, 80 ⁇ m or less, and the like.
  • raw material Ag having a purity of 3N to 5N (99.9 to 99.99% by mass). Then, the raw material Ag and the raw materials of the first element, the second element and the other dopant element are started so that the concentrations of the first element, the second element and the other dopant element (if contained) are within the above specific range. After weighing as a raw material, this is melt-mixed to obtain an Ag alloy. Alternatively, a mother alloy containing these elements may be used as a raw material for the first element, the second element, and other dopant elements. This Ag alloy is processed into a large diameter by continuous casting, and then thinned to the final wire diameter by wire drawing.
  • the wire drawing process can be performed using a continuous wire drawing device that can set a plurality of diamond-coated dies. If necessary, heat treatment may be performed in the middle of the wire drawing process.
  • the final heat treatment is performed.
  • the temperature condition of the final heat treatment for example, the break elongation of the heat-treated wire may be confirmed by changing only the temperature inside the furnace while the transmission speed is constant, and the heat treatment temperature may be determined so that the break elongation is within a predetermined range. ..
  • the heat treatment temperature may be, for example, in the range of 200 to 600 ° C.
  • the heat treatment time is preferably set to, for example, 10 seconds or less (preferably 5 seconds or less, 4 seconds or less, or 3 seconds or less).
  • the atmosphere of the heat treatment, nitrogen gas, or an inert gas such as argon gas may be used forming gas (5% H 2 -N 2) hydrogen-containing inert gas or the like.
  • the wire of the present invention can be used to connect a first electrode on a semiconductor element and a second electrode on a lead frame or a circuit board in the manufacture of a semiconductor device.
  • the first connection (1st bonding) with the first electrode on the semiconductor element may be ball bonding
  • the second connection (2nd bonding) with the electrode on the lead frame or circuit board may be wedge bonding.
  • ball bonding the tip of a wire is heated and melted by arc heat input to form a ball (FAB: Free Air Ball) by surface tension, and then the ball portion is pressure-bonded onto the electrode of the heated semiconductor element.
  • FAB Free Air Ball
  • wedge bonding the wire portion is pressure-bonded onto the electrode by applying heat, ultrasonic waves, or pressure without forming a ball.
  • the wire of the present invention containing a second element such as P, Cr, Zr and Mo in addition to the first element such as Pd and Pt is a mold resin having a high S content in the sealing step after the 1st bonding and the 2nd bonding. Even when the above is used, good joining reliability can be realized in a high temperature environment. Therefore, the wire of the present invention can be suitably used for a semiconductor device, and can be suitably used for a semiconductor device sealed (packaged) with a mold resin having a high S content.
  • a semiconductor device can be manufactured by connecting an electrode on a semiconductor element with an electrode on a lead frame or a circuit board using the Ag alloy bonding wire for a semiconductor device of the present invention.
  • the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises a first electrode on a semiconductor element and a second electrode on a lead frame or a circuit board. , Including the step of connecting with the wire of the present invention.
  • the first connection between the first electrode and the wire of the present invention can be carried out by ball joining, and the second connection between the second electrode and the wire of the present invention can be carried out by wedge joining.
  • the method of the present invention uses a mold resin having a high S content (eg, S concentration of 5 mass ppm or more, 10 mass ppm or more, or 15 mass ppm or more) after bonding. It further includes a sealing step.
  • a mold resin having a high S content eg, S concentration of 5 mass ppm or more, 10 mass ppm or more, or 15 mass ppm or more
  • a semiconductor device can be manufactured by connecting an electrode on a semiconductor element with an electrode on a lead frame or a circuit board using the Ag alloy bonding wire for a semiconductor device of the present invention.
  • the semiconductor device of the present invention includes a circuit board, a semiconductor element, and a bonding wire for conducting the circuit board and the semiconductor element, and the bonding wire is the wire of the present invention. ..
  • the circuit board and the semiconductor element are not particularly limited, and a known circuit board and the semiconductor element that can be used to form the semiconductor device may be used.
  • a lead frame may be used instead of the circuit board.
  • the semiconductor device may be configured to include a lead frame and a semiconductor element mounted on the lead frame.
  • Semiconductor devices are used in electrical products (for example, computers, mobile phones, digital cameras, televisions, air conditioners, solar power generation systems, etc.) and vehicles (for example, motorcycles, automobiles, trains, ships, aircraft, etc.).
  • electrical products for example, computers, mobile phones, digital cameras, televisions, air conditioners, solar power generation systems, etc.
  • vehicles for example, motorcycles, automobiles, trains, ships, aircraft, etc.
  • semiconductor devices for automobiles which are required to provide good bonding reliability even in a high temperature environment, are preferable.
  • the raw material Ag has a purity of 99.9 at. % Or more, and the balance composed of unavoidable impurities was used.
  • the first element (Pd and Pt), the second element (P, Cr, Zr and Mo), and the other dopant elements (In, Cu and Ga) have a purity of 99.9 at.
  • the one in which the balance was composed of unavoidable impurities at% or more was used.
  • the obtained Ag alloy was wire-drawn using a die to produce a wire having a diameter of 300 to 600 ⁇ m. After that, intermediate heat treatment at 200 to 700 ° C. and wire drawing were repeated to process the wire to a final wire diameter of ⁇ 20 ⁇ m. A commercially available lubricating liquid was used for wire drawing, and the wire feeding speed at the time of wire drawing was set to 20 to 600 m / min. The intermediate heat treatment was performed in an Ar gas atmosphere while continuously sweeping the wires. The wire feed rate during the intermediate heat treatment was 20 to 100 m / min.
  • the wire after wire drawing was finally heat-treated so that the elongation at break would be about 9 to 25%.
  • the final heat treatment was carried out in the same manner as the intermediate heat treatment.
  • the wire feed rate during the final heat treatment was set to 20 to 100 m / min as in the intermediate heat treatment.
  • the final heat treatment temperature was 200 to 700 ° C. and the heat treatment time was 0.2 to 1.0 seconds.
  • the concentrations of the first element, the second element, and other dopant elements in the bonding wire are analyzed by using an ICP emission spectroscopic analyzer and an ICP mass analyzer in a liquid obtained by dissolving the bonding wire with a strong acid, and the concentration is applied to the entire bonding wire. It was detected as the concentration of contained elements.
  • Test / evaluation method The test / evaluation method will be described below.
  • the sample for evaluation of bonding reliability is an S-containing mold resin obtained by ball-bonding an electrode having a 1.0 ⁇ m-thick Al film formed on a Si substrate on a general metal frame using a commercially available wire bonder. It was made by sealing with.
  • the S-containing mold resin two types of epoxy resins having different S concentrations were used.
  • the low-concentration S-containing resin a resin having an S concentration of 2 mass ppm was used
  • the high-concentration S-containing resin a resin having an S concentration of 16 mass ppm was used.
  • the S concentration in the epoxy resin is determined by crushing the resin and heating it at 200 ° C.
  • the balls were formed by flowing N 2 + 5% H 2 gas at a flow rate of 0.4 to 0.6 L / min, and the ball diameter was in the range of 1.5 to 1.6 times the wire diameter.
  • the joining reliability in a high temperature environment was evaluated by a high temperature standing test (HTSL: High Temperature Storage Life Test). Specifically, it was determined by the joint life of the ball joint when exposed to an environment at a temperature of 175 ° C. using a high temperature incubator. The joint life of the ball joint was set to the time when the share test of the ball joint was carried out every 250 hours and the value of the share strength became 1/2 of the initially obtained share strength. The shear test after the high temperature standing test was performed after removing the resin by acid treatment to expose the ball joint.
  • HTSL High Temperature Storage Life Test
  • the share tester for HTSL evaluation used was a tester manufactured by DAGE.
  • the value of the share strength the average value of the measured values at 10 points of the ball joints selected at random was used. Then, it was evaluated according to the following criteria.
  • the initial bonding strength of the ball bonding portion is evaluated by performing ball bonding using a commercially available wire bonder on an electrode on which an Al film having a thickness of 1.0 ⁇ m is formed on a Si substrate, and performing a share test of the ball bonding portion. bottom.
  • As the share tester a tester manufactured by DAGE was used.
  • the value of the share strength was evaluated according to the following criteria using the average value of the measured values at 20 points of the ball joints selected at random.
  • Evaluation criteria ⁇ : Average value 16 gf or more ⁇ : Average value 10 gf or more and less than 16 gf ⁇ : Average value less than 10 gf
  • Tables 1 and 2 show the evaluation results of Examples and Comparative Examples.
  • the content of the first element is 1 at.
  • Example No. which is more than%. 8 to 15 and 19 are high temperatures even when a high concentration S-containing resin is used. It was confirmed that the joint reliability was remarkably excellent in the environment and the crimping shape of the ball joint was also extremely good.
  • the content of the first element is 2 at. If it exceeds%, the total concentration of the second element is 15 at. ppm or more 35 at. Even in the extremely low amount range such as less than ppm, even when a high-concentration S-containing resin is used, the bonding reliability is remarkably excellent in a high temperature environment, and the crimping shape of the ball bonding portion is also extremely good. It was confirmed that there was (Examples No. 11 and 19). On the other hand, Comparative Example No. In Nos. 1 to 12, the content of at least one of the first element and the second element is out of the range of the present invention, and when a high concentration S-containing resin is used, the bonding reliability is poor in a high temperature environment, or ball bonding is performed. It was confirmed that chip damage sometimes occurred.

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Abstract

Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても、高温環境下において良好な接合信頼性を呈すると共に、ボール接合時のチップダメージを抑制し得る半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤを提供する。該Ａｇ合金ボンディングワイヤは、Ｐｄ及びＰｔからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第１元素」という。）と、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｏからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第２元素」という。）とを含有し、第１元素の総計濃度をｘ１［ａｔ．％］、第２元素の総計濃度をｘ２［ａｔ．ｐｐｍ］としたとき、　０．０５≦ｘ１≦３．０　１５≦ｘ２≦７００ を満たし、残部はＡｇを含むことを特徴とする。

Description

半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤ及び半導体装置
　本発明は、半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤに関する。さらには、該Ａｇ合金ボンディングワイヤを含む半導体装置に関する。
　半導体装置では、半導体素子上に形成された電極と、リードフレームや基板上の電極との間をボンディングワイヤによって接続している。ボンディングワイヤの材料は金（Ａｕ）が主流であったが、近年では、Ａｕ価格の高騰を背景にＡｕの代替として比較的安価な材料を用いたボンディングワイヤの開発が盛んに行われている。Ａｕに代わる低コストのワイヤ素材として、例えば、銅（Ｃｕ）が検討されており、Ｃｕワイヤや、その表面に酸化抑制などのためにパラジウム（Ｐｄ）被覆を設けたＣｕワイヤについて報告がある。
　ＣｕワイヤあるいはＰｄ被覆Ｃｕワイヤは、Ａｕワイヤに比して硬質であり電極等への接続時に問題が生じ易い傾向にあることから、より硬度の低い材料が所望されている。Ａｕと同等以上の電気伝導性を有し、Ｃｕよりも低い硬度をもたらすことから、ワイヤ素材として銀（Ａｇ）が期待されている。
　Ａｇワイヤに関しては、Ａｕワイヤに比し接合信頼性に劣る場合のあることが知見されており、接合信頼性を向上させるための技術として、ＡｇワイヤにＰｄ、Ｐｔ、Ａｕ等の特定元素を添加し合金化する技術が報告されている。例えば、特許文献１には、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒの１種または２種以上を合計で０．１～１０重量％含み、Ｐｄが１０重量％以下、Ｐｔが１０重量％以下、Ｃｕが５重量％以下、Ｒｕが１重量％以下、Ｏｓが１重量％以下、Ｒｈが１重量％以下、Ｉｒが１重量％以下であるＡｇ合金ボンディングワイヤが開示されている。また、特許文献２には、純度９９．９９質量％以上のＡｇと純度９９．９９９質量％以上のＡｕと純度９９．９９質量％以上のＰｄとからなる三元合金系ボンディングワイヤであって、Ａｕが４～１０質量％、Ｐｄが２～５質量％、酸化性非貴金属添加元素が１５～７０質量ｐｐｍおよび残部がＡｇからなり、当該ボンディングワイヤは連続ダイス伸線前に焼きなまし熱処理がされ、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とを特徴とする半導体素子用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。
特開平１１－２８８９６２号公報 特開２０１２－１６９３７４号公報
　車載用の半導体装置においては、接合信頼性の更なる向上が求められており、例えば１７５℃以上の高温環境下においても良好な接合信頼性をもたらすことが求められている。ここで、半導体装置のパッケージであるモールド樹脂（エポキシ樹脂）には、シランカップリング剤が含まれており、より高温での信頼性が求められる車載用の半導体装置などでは、高い密着性をもたらすべく、硫黄（Ｓ）含有量の高いシランカップリング剤が添加される。
　モールド樹脂中のＳ含有量は、近年において増加する傾向にある。従来は、Ｓ含有シランカップリング剤を含む市販のエポキシ樹脂が用いられていた。それに対して、モールド樹脂の、リードフレーム、半導体チップに対する密着性をさらに向上させる目的で、直近のエポキシ樹脂においては、Ｓ含有量が従来よりも増大している。斯かるＳ含有量の高いモールド樹脂を用いた系へのＡｇワイヤの適用を試みたところ、特許文献１、２に記載されるような特定元素を含有するＡｇ合金ワイヤにあってもなお、高温環境下では、電極との接続部、特にボール接合部の接合信頼性が低下する場合があることを見出した。特定元素の添加量をさらに高めることにより高温環境下における接合信頼性は幾分改善されるものの、その場合には、ボール接合時に半導体チップの損傷（以下、「チップダメージ」ともいう。）が生じることを見出した。
　本発明は、Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても、高温環境下において良好な接合信頼性を呈すると共に、ボール接合時のチップダメージを抑制し得るＡｇ合金ボンディングワイヤを提供することを課題とする。
　上記課題につき鋭意検討した結果、下記構成を有するボンディングワイヤによって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明は以下の内容を含む。
［１］　Ｐｄ及びＰｔからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第１元素」という。）と、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｏからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第２元素」という。）とを含有し、第１元素の総計濃度をｘ１［ａｔ．％］、第２元素の総計濃度をｘ２［ａｔ．ｐｐｍ］としたとき、
　０．０５≦ｘ１≦３．０
　１５≦ｘ２≦７００
を満たし、残部はＡｇを含む、半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤ。
［２］　Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ及びＳｎの総計濃度が０．０５ａｔ．％未満である、［１］に記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
［３］　第１元素の総計濃度をｘ１［ａｔ．％］、第２元素の総計濃度をｘ２［ａｔ．％］、Ａｇの濃度をｘＡｇ［ａｔ．％］としたとき、下記式（１）で求められる、その他の元素の総計濃度が０．０５ａｔ％未満である、［１］又は［２］に記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
　式（１）：１００－（ｘ１＋ｘ２＋ｘＡｇ）［ａｔ．％］
［４］　残部がＡｇ及び不可避不純物からなる、［１］～［３］の何れかに記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
［５］　各元素の濃度が、ＩＣＰ発光分光分析又はＩＣＰ質量分析により測定した濃度である、［１］～［４］の何れかに記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
［６］　Ａｇ以外の金属を主成分とする被覆を有していない、［１］～［５］の何れかに記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
［７］　［１］～［６］の何れかに記載のＡｇ合金ボンディングワイヤを含む半導体装置。
　本発明によれば、Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても、高温環境下において良好な接合信頼性を呈すると共に、ボール接合時のチップダメージを抑制し得るＡｇ合金ボンディングワイヤを提供することができる。
　以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
　［半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤ］
　本発明の半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤ（以下、単に「本発明のワイヤ」、「ワイヤ」ともいう。）は、Ｐｄ及びＰｔからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第１元素」という。）と、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｏからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第２元素」）とを含有し、第１元素の総計濃度をｘ１［ａｔ．％］、第２元素の総計濃度をｘ２［ａｔ．ｐｐｍ］としたとき、０．０５≦ｘ１≦３．０、及び１５≦ｘ２≦７００を満たし、残部はＡｇを含むことを特徴とする。
　ＡｇワイヤにＰｄ及びＰｔといった第１元素を添加することにより、Ａｇワイヤの接合信頼性を向上させる技術が報告されている。しかしながら、先述のとおり、Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いた半導体装置においては、斯かる第１元素を含有するＡｇワイヤを使用した場合にもなお、１７５℃以上の高温環境下では、電極との接続部、特にボール接合部の接合信頼性が低下する場合があることを本発明者らは見出した。モールド樹脂に含まれるＳは、１７５℃以上の高温環境下で遊離する傾向にあり、遊離したＳがＡｇワイヤと接触するとＡｇワイヤの腐食が進み接合信頼性の低下に帰着するものと推察される。電極との接続部、特にボール接合部の接合信頼性が低下することから、Ａｇワイヤと電極材料（例えばＡｌ）との拡散接合により接合界面に生じた金属間化合物（例えばＡｇ３Ａｌ）が遊離したＳにより腐食され易いものと推察される。
　Ｐｄ及びＰｔといった第１元素の添加量を高めることで、高温環境下における接合信頼性を幾分改善することはできるものの、その場合には、ワイヤが硬質化してチップダメージを生じたり、比抵抗が上昇したりするといった課題が生じ、Ａｇが本来的に有する優れた特性を享受できない。その上、モールド樹脂中のＳ濃度が高い場合には、第１元素の添加量を調整しても、高温環境下における接合信頼性の低下を回避することは困難であることを確認した。
　これに対し、上記の第１元素に加えて、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｏといった第２元素を含有する本発明のワイヤは、Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても、高温環境下において良好な接合信頼性を実現することができる。第１元素に加えて第２元素を含有する本発明のワイヤを用いてＦＡＢ（Free　Air　Ball）を形成したところ、ＦＡＢをＳＥＭで観察すると、該ＦＡＢ表面に直径数十ｎｍ程度の析出物が生じることを確認した。また、生じた析出物をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ；Energy　Dispersive　X-ray　spectroscopy）により分析すると第２元素が濃化していることを確認した。詳細なメカニズムは不明であるが、ＦＡＢに観察される斯かる析出物がボール接合部におけるワイヤと電極との接合界面に存在することで、例えば、遊離したＳが接合界面の金属間化合物に作用する前に当該析出物にトラップ（化合物化）されるなどして、高温環境下におけるボール接合部の接合信頼性が向上したものと推察される。したがって、好適な一実施形態において、本発明のワイヤは、ＦＡＢを形成したとき、該ＦＡＢ表面に第２元素が濃化した析出物が生じることを特徴とする。
　さらに、第１元素と第２元素を組み合わせて含有する本発明のワイヤにおいては、第１元素の添加量を過度に高めることなく、高温環境下における接合信頼性を向上させることができることから、チップダメージの発生も抑制し得る。このように、本発明は、Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合にも、チップダメージの発生を抑制しつつ、高温環境下において良好な接合信頼性を呈するＡｇ合金ボンディングワイヤを提供するものであり、車載用の半導体装置におけるＡｇワイヤの実用化に著しく寄与するものである。第１元素の添加量を過度に高めることなく、高温環境下における接合信頼性を向上させることができる本発明のワイヤは、比抵抗上昇の問題も抑制し得ることから有益である。
　－第１元素－
　本発明のワイヤは、第１元素として、Ｐｄ及びＰｔからなる群から選択される１種以上の元素を０．０５～３．０ａｔ．％の範囲にて含有する。すなわち、ワイヤ中の第１元素の総計濃度をｘ１［ａｔ．％］としたとき、０．０５≦ｘ１≦３．０を満たす。
　後述する第２元素との組み合わせにおいて、Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても高温環境下における良好な接合信頼性を実現する観点から、ワイヤ中の第１元素の総計濃度、すなわちｘ１は、０．０５ａｔ．％以上であり、好ましくは０．１ａｔ．％以上、０．２ａｔ．％以上、０．３ａｔ．％以上、０．４ａｔ．％以上、０．５ａｔ．％以上、０．６ａｔ．％以上、０．８ａｔ．％以上又は１．０ａｔ．％以上である。特にｘ１が１．０ａｔ．％超であると、Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても高温環境下において一際良好な接合信頼性を実現できるため好適である。さらにｘ１が１．０ａｔ．％超であると、ボール接合部の圧着形状（ボールのつぶれ形状）を真円に近い形状に制御し易いといった優れた効果も奏する。ｘ１は、より好ましくは１．１ａｔ．％以上、１．２ａｔ．％以上、１．３ａｔ．％以上、１．４ａｔ．％以上又は１．５ａｔ．％以上である。
　ワイヤ中の第１元素の総計濃度ｘ１の上限は、ワイヤの硬質化を抑えてチップダメージを抑制する観点から、３．０ａｔ．％以下であり、好ましくは２．９ａｔ．％以下、２．８ａｔ．％以下、２．７ａｔ．％以下、２．６ａｔ．％以下又は２．５ａｔ．％以下である。先述のとおり、第２元素と組み合わせて第１元素を含有する本発明のワイヤでは、第１元素の添加量を過度に高めることなく、高温環境下における接合信頼性を向上させることができる。
　－第２元素－
　本発明のワイヤは、第２元素として、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｏからなる群から選択される１種以上の元素を１５～７００ａｔ．ｐｐｍの範囲にて含有する。すなわち、ワイヤ中の第２元素の総計濃度をｘ２［ａｔ．ｐｐｍ］としたとき、１５≦ｘ２≦７００を満たす。
　Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても高温環境下における良好な接合信頼性を実現する観点から、ワイヤ中の第２元素の総計濃度、すなわちｘ２は、１５ａｔ．ｐｐｍ以上であり、好ましくは３０ａｔ．ｐｐｍ以上、４０ａｔ．ｐｐｍ以上、５０ａｔ．ｐｐｍ以上、６０ａｔ．ｐｐｍ以上、８０ａｔ．ｐｐｍ以上、１００ａｔ．ｐｐｍ以上、１５０ａｔ．ｐｐｍ以上、２００ａｔ．ｐｐｍ以上、２５０ａｔ．ｐｐｍ以上又は３００ａｔ．ｐｐｍ以上である。加えて、ｘ２が上記範囲にあると、ボール接合部の圧着形状（ボールのつぶれ形状）を真円に近い形状に制御し易いといった優れた効果も奏する。なお、第１元素の濃度ｘ１が２ａｔ．％超（例えば、２．０３ａｔ．％以上、２．０５ａｔ．％以上、２．１ａｔ．％以上）であると、第２元素の総計濃度ｘ２が３５ａｔ．ｐｐｍ未満（例えば、３４．５ａｔ．ｐｐｍ以下、３４．３ａｔ．ｐｐｍ以下、３４ａｔ．ｐｐｍ以下）、すなわち、１５ａｔ．ｐｐｍ以上３５ａｔ．ｐｐｍ未満のような極低量域においても、Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても高温環境下において顕著に優れた接合信頼性を呈すると共に、ボール接合部の圧着形状も一際良好であることが確認されている。例えば、第１元素の濃度ｘ１が２ａｔ．％超（２．０３ａｔ．％以上、２．０５ａｔ．％以上、２．１ａｔ．％以上など）であると、第２元素としてＰを１種単独で、Ｃｒを１種単独で、Ｚｒを１種単独で、Ｍｏを１種単独で、あるいはＰ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｏを２種以上組み合わせて使用する際に、その濃度ｘ２が３５ａｔ．ｐｐｍ未満（例えば、３４．５ａｔ．ｐｐｍ以下、３４．３ａｔ．ｐｐｍ以下、３４ａｔ．ｐｐｍ以下）、すなわち、１５ａｔ．ｐｐｍ以上３５ａｔ．ｐｐｍ未満のような極低量域においても、上記の顕著な効果が得られることを確認している。
　ワイヤ中の第２元素の総計濃度ｘ２の上限は、ボール接合部の良好な初期接合強度を実現し、ひいては高温環境下において良好な接合信頼性を実現する観点から、７００ａｔ．ｐｐｍ以下であり、好ましくは６５０ａｔ．ｐｐｍ以下、６００ａｔ．ｐｐｍ以下、５５０ａｔ．ｐｐｍ以下又は５００ａｔ．ｐｐｍ以下である。特にｘ２が５００ａｔ．ｐｐｍ以下であると、ボール接合部の初期接合強度が顕著に高く、ひいては高温環境下において一際良好な接合信頼性を実現できるため好適である。加えて、ｘ２が上記範囲にあると、ワイヤの硬質化を抑えてチップダメージを抑制し易いといった優れた効果も奏する。
　本発明のワイヤは、上記の第１元素及び第２元素を組み合わせて含み、残部はＡｇを含む。本発明のワイヤにおいて、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度は、上記の第１元素と第２元素との組み合わせにおいて本発明の効果をより享受し得る観点から、好ましくは９５ａｔ．％以上、より好ましくは９６ａｔ．％以上、９６．５ａｔ．％以上、９６．６ａｔ．％以上、９６．７ａｔ．％又は９６．８ａｔ．％以上である。
　本発明の効果を阻害しない範囲において、本発明のワイヤは、第１元素及び第２元素以外のドーパント元素をさらに含有してもよい。ワイヤ中の斯かるドーパント元素の総計濃度は、本発明の効果を阻害しない範囲において特に限定されない。該ドーパント元素の総計濃度は、例えば、０．０５ａｔ．％未満（５００ａｔ．ｐｐｍ未満）であってよい。したがって、第１元素の総計濃度をｘ１［ａｔ．％］、第２元素の総計濃度をｘ２［ａｔ．％］、Ａｇの濃度をｘＡｇ［ａｔ．％］としたとき、下記式（１）で求められる、その他の元素の総計濃度は０．０５ａｔ％未満であってよい。
　式（１）：１００－（ｘ１＋ｘ２＋ｘＡｇ）［ａｔ．％］
　第１元素及び第２元素以外のドーパント元素、すなわち上記「その他の元素」の総計濃度は、より低くてもよく、例えば、０．０４５ａｔ．％以下、０．０４ａｔ．％以下、０．０３５ａｔ．％以下、０．０３ａｔ．％以下、０．０２５ａｔ．％以下、０．０２ａｔ．％以下、０．０１５ａｔ．％以下、０．０１１ａｔ．％未満、０．０１ａｔ．％以下、０．００５ａｔ．％以下、０．００３ａｔ．％以下、０．００１ａｔ．％以下、０．０００８ａｔ．％以下、０．０００６ａｔ．％以下又は０．０００５ａｔ．％以下であってもよい。斯かるドーパント元素の種類は、本発明の効果を阻害しない範囲において特に限定されないが、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｕ等が挙げられる。したがって、例えば斯かるドーパント元素としてＩｎ、Ｇａ、Ｃｄ及びＳｎを用いる場合、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ及びＳｎの総計濃度は０．０５ａｔ．％未満であってよい。斯かるドーパント元素の総計濃度の下限は特に限定されず、０ａｔ．％であってもよい。
　好適な一実施形態において、本発明のワイヤは、第１元素及び第２元素を組み合わせて含み、残部はＡｇ及び不可避不純物からなる。
　本発明のワイヤに含まれる第１元素、第２元素や他のドーパント元素といった元素の濃度は、該ワイヤを強酸で溶解した液をＩＣＰ発光分光分析装置、ＩＣＰ質量分析装置を利用して分析し、ワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出することができる。本発明において示す各元素の濃度は、ＩＣＰ発光分光分析又はＩＣＰ質量分析により測定した濃度に基づく。
　本発明のワイヤは、好ましくは、Ａｇ以外の金属を主成分とする被覆を有していない。したがって好適な一実施形態において、本発明のワイヤは、Ａｇ以外の金属を主成分とする被覆を有していない。ここで、「Ａｇ以外の金属を主成分とする被覆」とは、Ａｇ以外の金属の含有量が５０ａｔ．％以上である被覆をいう。
　本発明のワイヤの直径は、特に限定されず具体的な目的に応じて適宜決定してよいが、好ましくは１５μｍ以上、１８μｍ以上又は２０μｍ以上などとし得る。該直径の上限は、特に限定されず、例えば１００μｍ以下、９０μｍ以下又は８０μｍ以下などとし得る。
　＜ワイヤの製造方法＞
　本発明の半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤの製造方法の一例について説明する。
　純度が３Ｎ～５Ｎ（９９．９～９９．９９９質量％）である原料Ａｇを用意する。そして第１元素、第２元素及び他のドーパント元素（含有する場合）の濃度が上記特定範囲となるように、原料Ａｇと、第１元素、第２元素及び他のドーパント元素の原料とを出発原料として秤量した後、これを溶融混合することでＡｇ合金を得る。あるいは、第１元素、第２元素、他のドーパント元素の原料としては、それら元素を含む母合金を用いてもよい。このＡｇ合金を連続鋳造により大径に加工し、次いで伸線加工により最終線径まで細線化する。
　伸線加工は、ダイヤモンドコーティングされたダイスを複数個セットできる連続伸線装置を用いて実施することができる。必要に応じて、伸線加工の途中段階で熱処理を施してもよい。
　伸線加工の後、最終熱処理を行う。最終熱処理の温度条件としては、例えば、送線速度一定で炉内温度のみを変更して熱処理したワイヤの破断伸びを確認し、該破断伸びが所定範囲となるように熱処理温度を決定すればよい。熱処理温度は、例えば、２００～６００℃の範囲としてよい。熱処理時間は、例えば、１０秒間以下（好ましくは５秒間以下、４秒間以下又は３秒間以下）に設定することが好適である。熱処理の雰囲気としては、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスや、フォーミングガス（５％Ｈ２－Ｎ２）等の水素含有不活性ガスを用いてよい。
　本発明のワイヤは、半導体装置の製造において、半導体素子上の第１電極と、リードフレーム又は回路基板上の第２電極とを接続するために用いることができる。半導体素子上の第１電極との第１接続（１ｓｔ接合）はボール接合とし得、リードフレームや回路基板上の電極との第２接続（２ｎｄ接合）はウェッジ接合とし得る。ボール接合では、ワイヤ先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力によりボール（ＦＡＢ：Free　Air　Ball）を形成した後に、加熱した半導体素子の電極上にこのボール部を圧着接合する。ウェッジ接合では、ボールを形成せずに、ワイヤ部を熱、超音波、圧力を加えることにより電極上に圧着接合する。Ｐｄ及びＰｔといった第１元素に加えて、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｏといった第２元素を含有する本発明のワイヤは、１ｓｔ接合及び２ｎｄ接合の後の封止工程においてＳ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても、高温環境下において良好な接合信頼性を実現することができる。したがって、本発明のワイヤは、半導体装置用として好適に使用することができ、Ｓ含有量の高いモールド樹脂を用いて封止（パッケージ化）される半導体装置用として好適に使用することができる。
　［半導体装置の製造方法］
　本発明の半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤを用いて、半導体素子上の電極と、リードフレームや回路基板上の電極とを接続することによって、半導体装置を製造することができる。
　一実施形態において、本発明の半導体装置の製造方法（以下、単に「本発明の方法」ともいう。）は、半導体素子上の第１電極と、リードフレーム又は回路基板上の第２電極とを、本発明のワイヤにより接続する工程を含む。第１電極と本発明のワイヤとの第１接続をボール接合により、また、第２電極と本発明のワイヤとの第２接続をウェッジ接合により実施することができる。
　第１元素と第２元素を組み合わせて含む本発明のワイヤを用いることにより、封止工程においてＳ含有量の高いモールド樹脂を用いる場合であっても、高温環境下において良好な接合信頼性を実現することができる。したがって、好適な一実施形態において、本発明の方法は、接合の後に、Ｓ含有量の高い（例えば、S濃度が５質量ｐｐｍ以上、１０質量ｐｐｍ以上又は１５質量ｐｐｍ以上）モールド樹脂を用いて封止する工程をさらに含む。本発明のワイヤを用いることにより、Ｓ濃度をはじめとするモールド樹脂の仕様によらず、高温環境下における良好な接合信頼性を有利に実現することができる。
　［半導体装置］
　本発明の半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤを用いて、半導体素子上の電極と、リードフレームや回路基板上の電極とを接続することによって、半導体装置を製造することができる。
　一実施形態において、本発明の半導体装置は、回路基板、半導体素子、及び回路基板と半導体素子とを導通させるためのボンディングワイヤを含み、該ボンディングワイヤが本発明のワイヤであることを特徴とする。
　本発明の半導体装置において、回路基板及び半導体素子は特に限定されず、半導体装置を構成するために使用し得る公知の回路基板及び半導体素子を用いてよい。あるいはまた、回路基板に代えてリードフレームを用いてもよい。例えば、特開２００２－２４６５４２号公報に記載される半導体装置のように、リードフレームと、該リードフレームに実装された半導体素子とを含む半導体装置の構成としてよい。
　半導体装置としては、電気製品（例えば、コンピューター、携帯電話、デジタルカメラ、テレビ、エアコン、太陽光発電システム等）及び乗物（例えば、自動二輪車、自動車、電車、船舶及び航空機等）等に供される各種半導体装置が挙げられ、中でも、高温環境下においても良好な接合信頼性をもたらすことが求められる車載用の半導体装置が好適である。
　以下、本発明について、実施例を示して具体的に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
　（サンプル）
　原材料となるＡｇは純度が９９．９ａｔ．％以上で、残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。第１元素（Ｐｄ及びＰｔ）、第２元素（Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｏ）、他のドーパント元素（Ｉｎ、Ｃｕ及びＧａ)は、純度が９９．９ａｔ．％以上で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。
　ボンディングワイヤに用いるＡｇ合金は、円柱型に加工したカーボンるつぼに原料を装填し、高周波炉を用いて、真空中もしくはＮ２、Ａｒガス等の不活性雰囲気で１０８０～１６００℃まで加熱して溶解させた後、連続鋳造にてφ４～６ｍｍのワイヤを製造した。
　得られたＡｇ合金に対して、ダイスを用いて伸線加工等を行うことによって、φ３００～６００μｍのワイヤを作製した。その後、２００～７００℃の中間熱処理と伸線加工を繰返し行うことによって最終線径のφ２０μｍまで加工した。伸線には市販の潤滑液を用い、伸線時のワイヤ送り速度は２０～６００ｍ／分とした。中間熱処理はワイヤを連続的に掃引しながら、Ａｒガス雰囲気中で行った。中間熱処理時のワイヤの送り速度は２０～1００ｍ／分とした。
　伸線加工後のワイヤは最終的に破断伸びが約９～２５％になるよう最終熱処理を実施した。最終熱処理は中間熱処理と同様の方法で行った。最終熱処理時のワイヤの送り速度は中間熱処理と同様に２０～１００ｍ／分とした。最終熱処理温度は２００～７００℃で熱処理時間は０．２～１．０秒とした。
　ボンディングワイヤ中の第１元素、第２元素、他のドーパント元素の濃度は、ボンディングワイヤを強酸で溶解した液をＩＣＰ発光分光分析装置、ＩＣＰ質量分析装置を利用して分析し、ボンディングワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出した。
　（試験・評価方法）
　以下、試験・評価方法について説明する。
　［高温環境下における接合信頼性の評価］
　接合信頼性評価用のサンプルは、一般的な金属フレーム上のＳｉ基板に厚さ１．０μｍのＡｌ膜を成膜した電極に、市販のワイヤボンダーを用いてボール接合を行い、Ｓ含有モールド樹脂によって封止して作製した。ここで、Ｓ含有モールド樹脂としては、Ｓ濃度の異なる２種類のエポキシ樹脂を用いた。低濃度Ｓ含有樹脂としては、Ｓ濃度が２質量ｐｐｍのものを用い、高濃度Ｓ含有樹脂としては、Ｓ濃度が１６質量ｐｐｍのものを用いた。エポキシ樹脂中のＳ濃度は、樹脂を粉砕して窒素ガスフロー中で２００℃、１０時間加熱し、キャリア窒素ガスに含まれる樹脂からのアウトガスを過酸化水素水で捕集し、イオンクロマトグラフィーによってＳ濃度の評価を行った。なお、ボールはＮ２＋５％Ｈ２ガスを流量０．４～０．６Ｌ／ｍｉｎで流しながら形成し、ボール径はワイヤ線径に対して１．５～１．６倍の範囲とした。
　高温環境下における接合信頼性は、高温放置試験（ＨＴＳＬ：High　Temperature　Storage　Life　Test）により評価した。詳細には、高温恒温機を使用し、温度１７５℃の環境に暴露した際のボール接合部の接合寿命によって判定した。ボール接合部の接合寿命は、２５０時間毎にボール接合部のシェア試験を実施し、シェア強度の値が初期に得られたシェア強度の１／２となる時間とした。高温放置試験後のシェア試験は、酸処理によって樹脂を除去して、ボール接合部を露出させてから行った。
　ＨＴＳＬ評価のシェア試験機はＤＡＧＥ社製の試験機を用いた。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の１０箇所の測定値の平均値を用いた。そして、以下の基準に従って、評価した。
　評価基準：
　◎◎：接合寿命３０００時間以上
　◎　：接合寿命２０００時間以上３０００時間未満
　○　：接合寿命１０００時間以上２０００時間未満
　×　：接合寿命１０００時間未満
　［チップダメージ］
　チップダメージの評価は、Ｓｉ基板に厚さ１．０μｍのＡｌ膜を成膜した電極に、市販のワイヤボンダーを用いてボール接合を行い、ワイヤ及びＡｌ電極を薬液にて溶解しＳｉ基板を露出し、ボール接合部直下のＳｉ基板を光学顕微鏡で観察することにより行った（評価数Ｎ＝１００）。Ｓｉ基板に、ダメージが見られた場合は不良と判定した。そして、以下の基準に従って、評価した。
　評価基準：
　◎：不良０箇所
　○：不良１箇所（実用上問題なし）
　×：不良２箇所以上
　［圧着形状］
　ボール接合部の圧着形状（ボールのつぶれ形状）の評価は、Ｓｉ基板に厚さ１．０μｍのＡｌ膜を成膜した電極に、市販のワイヤボンダーを用いてボール接合を行い、直上から光学顕微鏡で観察した（評価数Ｎ＝１００）。ボールのつぶれ形状の判定は、つぶれ形状が円形に近い場合に良好と判定し、楕円形や花弁状の形状であれば不良と判定した。そして、以下の基準に従って、評価した。
　評価基準：
　◎：不良なし
　○：不良１～４箇所（実用上問題なし）
　×：不良５箇所以上
　［初期接合強度］
　ボール接合部の初期接合強度は、Ｓｉ基板に厚さ１．０μｍのＡｌ膜を成膜した電極に、市販のワイヤボンダーを用いてボール接合を行い、ボール接合部のシェア試験を実施して評価した。シェア試験機はＤＡＧＥ社製の試験機を用いた。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の２０箇所の測定値の平均値を用い、以下の基準に従って、評価した。
　評価基準：
　◎：平均値１６ｇｆ以上
　○：平均値１０ｇｆ以上１６ｇｆ未満
　×：平均値１０ｇｆ未満
　実施例及び比較例の評価結果を表１及び表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実施例Ｎｏ．１～１９はいずれも、第１元素及び第２元素の含有量が本発明範囲内にあり、Ｓ含有量の高いモールド樹脂（高濃度Ｓ含有樹脂）を用いる場合であっても、高温環境下において良好な接合信頼性を呈すると共に、ボール接合時のチップダメージを抑制し得ることを確認した。
　加えて、第１元素の含有量が１ａｔ．％超である実施例Ｎｏ．８～１５、１９（特に第２元素の含有量が５００ａｔ．ｐｐｍ以下である実施例Ｎｏ．８～１１、１３～１５、１９）は、高濃度Ｓ含有樹脂を用いる場合であっても、高温環境下において顕著に優れた接合信頼性を呈すると共に、ボール接合部の圧着形状も一際良好であることを確認した。また、第１元素の含有量が２ａｔ．％超であると、第２元素の総計濃度が１５ａｔ．ｐｐｍ以上３５ａｔ．ｐｐｍ未満のような極低量域においても、高濃度Ｓ含有樹脂を用いる場合であっても高温環境下において顕著に優れた接合信頼性を呈すると共に、ボール接合部の圧着形状も一際良好であることを確認した（実施例Ｎｏ．１１、１９）。
　他方、比較例Ｎｏ．１～１２は、第１元素及び第２元素の少なくとも一方の含有量が本発明範囲外であり、高濃度Ｓ含有樹脂を用いる場合に高温環境下において接合信頼性が不良であったり、ボール接合時にチップダメージが発生したりすることを確認した。

Claims (7)

  1. 　Ｐｄ及びＰｔからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第１元素」という。）と、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｏからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第２元素」という。）とを含有し、第１元素の総計濃度をｘ１［ａｔ．％］、第２元素の総計濃度をｘ２［ａｔ．ｐｐｍ］としたとき、
    　０．０５≦ｘ１≦３．０
    　１５≦ｘ２≦７００
    を満たし、残部はＡｇを含む、半導体装置用Ａｇ合金ボンディングワイヤ。
  2. 　Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ及びＳｎの総計濃度が０．０５ａｔ．％未満である、請求項１に記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
  3. 　第１元素の総計濃度をｘ１［ａｔ．％］、第２元素の総計濃度をｘ２［ａｔ．％］、Ａｇの濃度をｘＡｇ［ａｔ．％］としたとき、下記式（１）で求められる、その他の元素の総計濃度が０．０５ａｔ％未満である、請求項１又は２に記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
    　式（１）：１００－（ｘ１＋ｘ２＋ｘＡｇ）［ａｔ．％］
  4. 　残部がＡｇ及び不可避不純物からなる、請求項１～３の何れか１項に記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
  5. 　各元素の濃度が、ＩＣＰ発光分光分析又はＩＣＰ質量分析により測定した濃度である、請求項１～４の何れか１項に記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
  6. 　Ａｇ以外の金属を主成分とする被覆を有していない、請求項１～５の何れか１項に記載のＡｇ合金ボンディングワイヤ。
  7. 　請求項１～６の何れか１項に記載のＡｇ合金ボンディングワイヤを含む半導体装置。
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