WO2022270051A1 - 半導体装置用ボンディングワイヤ - Google Patents

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大造 小田
基稀 江藤
隆 山田
照男 榛原
良 大石
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日鉄マイクロメタル株式会社
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    • H01L2924/01049—Indium [In]
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    • H01L2924/36—Material effects
    • H01L2924/365—Metallurgical effects
    • H01L2924/3651—Formation of intermetallics

Definitions

  • the present invention relates to bonding wires for semiconductor devices. Furthermore, it relates to a semiconductor device including the bonding wire.
  • electrodes formed on a semiconductor chip and electrodes on a lead frame or substrate are connected by bonding wires.
  • the method of connecting the bonding wires is generally a thermocompression bonding method combined with ultrasonic waves, and a general-purpose bonding device, a capillary jig that is used for connection by passing the bonding wire through the inside thereof, or the like is used.
  • the connection process is completed by 1st bonding to the electrodes on the semiconductor chip, then forming a loop, and 2nd bonding of the wire portion to the external electrodes on the lead frame or substrate.
  • the wire tip is heated and melted by arc heat input, and a free air ball (FAB: Free Air Ball; hereinafter also simply referred to as “ball” or “FAB”) is formed by surface tension, and then the ball portion are pressure-bonded (hereinafter referred to as "ball bonding") to the electrodes on the semiconductor chip.
  • the wire portion is pressure-bonded (hereinafter referred to as "wedge bonding") onto the external electrode by applying ultrasonic waves and a load without forming a ball.
  • Cu has the drawback of being more easily oxidized than Au, and as a method of preventing surface oxidation of Cu bonding wires, a structure in which the surface of a Cu core material is coated with a metal such as Pd or Ni has been proposed (Patent Document 4). .
  • a Pd-coated Cu bonding wire has been proposed in which the bonding reliability of the 1st bond is improved by coating the surface of the Cu core material with Pd and adding Pd and Pt to the Cu core material (Patent Document 5).
  • JP-A-61-48543 Japanese Patent Publication No. 2018-503743 WO2017/221770 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-167020 WO2017/013796
  • Automotive devices and power devices tend to be exposed to higher temperatures than general electronic devices during operation, and the bonding wires used must exhibit good bonding reliability in harsh high-temperature environments. is required.
  • the present inventors conducted an evaluation based on the characteristics required for in-vehicle devices, etc., and found that in a conventional Cu bonding wire having a Pd coating layer, galvanic corrosion occurs in a high temperature environment, and the 2nd junction It has been found that sufficient bonding reliability may not be obtained in some cases.
  • the FAB shape is poor, and the crimp shape of the 1st joint is inferior, and the narrow pitch required for high-density mounting In some cases, not only is the connection insufficient, but sufficient bonding reliability cannot be obtained at the 1st joint in a high-temperature environment.
  • HTSL High Temperature Storage Life Test
  • the present invention provides a good FAB shape, good bondability at the 2nd joint, and even in a severe high-temperature environment, a novel method that provides good joint reliability at both the 1st and 2nd joints. provide a superior Cu bonding wire.
  • a bonding wire for a semiconductor device including a core material made of Cu or a Cu alloy and a coating layer containing a conductive metal other than Cu formed on the surface of the core material,
  • the coating layer has a region containing Ni as a main component on the core side and a region containing Au and Ni on the wire surface side in the thickness direction of the coating layer,
  • the coating layer has a thickness of 10 nm or more and 130 nm or less
  • the ratio C Au /C Ni of the Au concentration C Au (mass%) to the Ni concentration C Ni (mass%) with respect to the entire wire is 0.02 or more and 0.7 or less
  • the concentration of Au on the surface of the wire is 10 atomic % or more and 90 atomic % or less
  • a bonding wire for a semiconductor device that satisfies at least one of the following conditions (i) and (ii).
  • the concentration of In in the entire wire is 1 ppm by mass or more and 100 ppm by mass or less
  • concentration of Ag in the entire wire is 1 ppm by mass or more and 500 ppm by mass or less
  • concentration of Au on the surface of the wire is the following ⁇
  • ⁇ Conditions> Position the wire so that the center of the width of the wire is the center of the width of the measurement surface, and the width of the measurement surface is 5% or more and 15% or less of the wire diameter, and the length of the measurement surface is the width of the measurement surface.
  • the concentration profile in the depth direction of the wire is measured by Auger electron spectroscopy (AES) under the following ⁇ conditions> while digging down from the surface of the wire in the depth direction by Ar sputtering. 5].
  • ⁇ Conditions> Position the wire so that the center of the width of the wire is the center of the width of the measurement surface, and the width of the measurement surface is 5% or more and 15% or less of the wire diameter, and the length of the measurement surface is the width of the measurement surface.
  • AES Auger electron spectroscopy
  • [10] Contains one or more elements selected from the group consisting of B, P and Mg (hereinafter referred to as "first additive element”), and the total concentration of the first additive element with respect to the entire wire is 1 mass ppm or more
  • first additive element a element selected from the group consisting of B, P and Mg
  • second additive elements a element selected from the group consisting of Se, Te, As, and Sb
  • the total concentration of the second additive elements in the entire wire is 1 mass
  • the bonding wire according to any one of [1] to [10] which is ppm or more and 100 mass ppm or less.
  • [12] Contains one or more elements selected from the group consisting of Ga and Ge (hereinafter referred to as "third additive element"), and the total concentration of the third additive element in the entire wire is 0.011% by mass or more
  • a good FAB shape can be obtained, the bondability at the 2nd joint is also good, and even in a severe high-temperature environment, good joint reliability can be achieved at both the 1st and 2nd joints. It is possible to provide a novel Cu bonding wire that provides
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the position and dimensions of a measurement plane when performing composition analysis by AES.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a cross section perpendicular to the bonding direction of FAB.
  • the 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 A core material made of Cu or a Cu alloy; A coating layer containing a conductive metal other than Cu formed on the surface of the core material, The coating layer has a region containing Ni as a main component on the core side and a region containing Au and Ni on the wire surface side in the thickness direction of the coating layer, The coating layer has a thickness of 10 nm or more and 130 nm or less, The ratio C Au /C Ni of the Au concentration C Au (mass%) to the Ni concentration C Ni (mass%) with respect to the entire wire is 0.02 or more and 0.7 or less, The concentration of Au on the surface of the wire is 10 atomic % or more and 90 atomic % or less, The concentration of at least one of In and Ag with respect to the entire wire is 1 ppm by mass or more.
  • the bonding wires used in in-vehicle devices and power devices are required to exhibit good bonding reliability in harsh high-temperature environments.
  • bonding wires used in in-vehicle devices are required to have bonding reliability in a high-temperature environment exceeding 150°C.
  • the present inventors conducted an evaluation based on the characteristics required for in-vehicle devices, etc., and found that in a conventional Cu bonding wire having a Pd coating layer, galvanic corrosion occurs in a high temperature environment, and the 2nd junction It has been found that sufficient bonding reliability may not be obtained in some cases.
  • HTSL In evaluating the bonding reliability of bonding wires in a high-temperature environment, HTSL is often performed by exposing to an environment at a temperature of 175 ° C., assuming a severe high-temperature environment. HTSL was performed at a temperature of 200° C. assuming the environment. As a result, even with a bonding wire that exhibits good bonding reliability at both the 1st and 2nd joints at a temperature of 175°C, the bonding reliability tends to be impaired at a temperature of 200°C, especially at the 2nd joint. I found something. It was also confirmed that this tendency becomes more pronounced as the wire diameter of the bonding wire increases.
  • a bonding wire for a semiconductor device includes a core material made of Cu or a Cu alloy, and a coating layer containing a conductive metal other than Cu formed on the surface of the core material, wherein the coating layer is , In the thickness direction of the coating layer, it has a region containing Ni as a main component on the core side and a region containing Au and Ni on the wire surface side, and the thickness of the coating layer is 10 nm or more and 130 nm.
  • the ratio C Au /C Ni of the Au concentration C Au (% by mass) and the Ni concentration C Ni (% by mass) with respect to the entire wire is 0.02 or more and 0.7 or less, and the Au concentration on the wire surface
  • the bonding wire having a concentration of 10 atomic % or more and 90 atomic % or less and a concentration of at least one of In and Ag relative to the whole wire of 1 ppm by mass or more, a good FAB shape is obtained, and bonding at the 2nd junction
  • the inventors of the present invention have found that regardless of the wire diameter, good bonding reliability can be achieved at both the 1st and 2nd joints even in a severe high temperature environment such as a temperature of 200 ° C. found out.
  • the present invention significantly contributes to the practical use and promotion of Cu bonding wires in in-vehicle devices and the like.
  • the wire of the present invention includes a core material made of Cu or a Cu alloy (hereinafter also simply referred to as "Cu core material").
  • the Cu core material is not particularly limited as long as it is made of Cu or a Cu alloy, and a known Cu core material that constitutes a conventional Pd-coated Cu wire known as a bonding wire for semiconductor devices may be used.
  • the concentration of Cu in the Cu core material is, for example, 97 atomic % or more, 97.5 atomic % or more, 98 atomic % or more, 98.5 atomic % at the center (shaft core portion) of the Cu core material.
  • 99 atomic % or more 99.5 atomic % or more, 99.8 atomic % or more, 99.9 atomic % or more, 99.98 atomic % or more, or 99.99 atomic % or more.
  • the Cu core material contains In and Ag so that the concentration of at least one of In and Ag with respect to the whole is 1 ppm by mass or more. Preferred ranges of concentrations of In and Ag with respect to the entire wire are as described later.
  • the Cu core material may also contain, for example, one or more dopants selected from a first additive element, a second additive element, and a third additive element, which will be described later. Preferred contents of these dopants are as described later.
  • the Cu core material consists of Cu and inevitable impurities. In another embodiment, the Cu core material consists of Cu, at least one of In and Ag, and inevitable impurities. In yet another embodiment, the Cu core material is composed of Cu, one or more elements selected from first, second and third additive elements described below, and unavoidable impurities. In yet another embodiment, the Cu core material includes Cu, at least one of In and Ag, and one or more elements selected from a first additive element, a second additive element, and a third additive element described later. , and inevitable impurities.
  • the term "inevitable impurities" for the Cu core material also includes elements forming a coating layer containing a conductive metal other than Cu, which will be described later.
  • the wire of the present invention includes a coating layer containing a conductive metal other than Cu (hereinafter also simply referred to as "coating layer”) formed on the surface of a Cu core material.
  • coating layer a coating layer containing a conductive metal other than Cu (hereinafter also simply referred to as "coating layer") formed on the surface of a Cu core material.
  • a suitable composition of the coating layer will be described later, but in the wire of the present invention, the coating layer preferably has a concentration of a conductive metal other than Cu of 50 atomic % or more.
  • the coating layer in the wire of the present invention has the following (1) to It is important to satisfy all the conditions of (4).
  • the thickness of the coating layer is 10 nm or more and 130 nm or less (3)
  • the ratio C Au /C Ni of the Au concentration C Au (mass%) to the Ni concentration C Ni (mass%) in the entire wire is 0.02 or more and 0.7 or less.
  • Au is contained so that the concentration of Au on the surface of the wire is 10 atomic % or more and 90 atomic % or less
  • -Condition (1)- Condition (1) relates to the coating layer having a region containing Ni as a main component on the core side and a region containing Au and Ni on the wire surface side in the thickness direction of the coating layer.
  • the wire of the present invention has a good FAB shape and good bonding reliability in a high temperature environment, The bondability at the 2nd junction is also excellent.
  • a coating layer that satisfies condition (1) by including a coating layer that satisfies condition (1), clogging of capillaries during continuous bonding can be suppressed, and good productivity of semiconductor devices can be maintained.
  • the coating layer has a region containing Ni as a main component on the core material side in the thickness direction of the coating layer.
  • a region containing Ni as a main component in the coating layer means a region having a Ni concentration of 50 atomic % or more.
  • the coating layer contains Ni as a conductive metal other than Cu, Au on the wire surface side, and may also contain a conductive metal such as Pd. From the viewpoint of bringing about good bonding reliability, particularly bonding reliability of the 1st bonding portion , the ratio C Ni
  • the coating layer preferably contains Ni so that / CM is preferably 0.5 or more, more preferably 0.6 or more, further preferably 0.7 or more, or 0.8 or more.
  • the upper limit of the ratio C Ni /C M is not particularly limited as long as the conditions (2) to (4) are satisfied, and can be, for example, 0.995 or less or 0.99 or less.
  • Such a ratio C Ni /C M is the concentration C Ni (% by mass) of Ni in the entire wire measured by the method described in [Measurement of Element Content] below, and the ratio of Ni, Au, and Pd measured in the same manner. It can be calculated by dividing by the total concentration CM (% by mass).
  • the coating layer has a region mainly composed of Ni on the core material side and a region containing Au and Ni on the wire surface side in the thickness direction of the coating layer. It can be confirmed by performing composition analysis by Auger electron spectroscopy (AES) while digging down from the surface of the wire in the depth direction (direction toward the center of the wire) by Ar sputtering. Specifically, after performing 1) compositional analysis of the wire surface, 2) sputtering with Ar, and 3) compositional analysis of the surface after sputtering were repeated to obtain a depth (center) direction from the surface of the wire. A change in the concentration of the element (so-called concentration profile in the depth direction) can be acquired and confirmed from the concentration profile. In the present invention, in obtaining the concentration profile in the depth direction, the unit of depth was converted into SiO 2 .
  • AES Auger electron spectroscopy
  • the position and dimensions of the measurement surface are determined as follows.
  • the width of the measurement surface refers to the dimension of the measurement surface in the direction perpendicular to the wire axis (thickness direction of the wire)
  • the length of the measurement surface refers to the direction of the wire axis (lengthwise direction of the wire).
  • ) refers to the dimension of the measurement surface.
  • the measuring plane 1 shows a measuring plane 2 in relation to the wire 1, the width of which is the dimension w a of the measuring plane in the direction perpendicular to the wire axis, and the length of which is the length of the wire. is the dimension la of the measuring surface in the direction of the axis;
  • the wire is positioned so that the center of the width of the wire in the direction perpendicular to the wire axis is the center of the width of the measurement surface, and the width of the measurement surface is 5% or more and 15% or less of the wire diameter. to determine the measurement plane.
  • the length of the measurement plane is set to be five times the width of the measurement plane.
  • the width of the wire is indicated by W
  • the center of the width of the wire is indicated by a dashed line X. As shown in FIG.
  • the coating layer has a region containing Ni as a main component on the core material side and a region containing Au and Ni on the wire surface side in the thickness direction of the coating layer. It is based on the result of measurement under the conditions described in the column [Analysis of coating layer thickness by Auger electron spectroscopy (AES)].
  • Ni may exhibit a maximum concentration at a certain depth position (d1) and may exhibit a maximum value over a certain depth range (d1-d2).
  • the position showing the maximum concentration of Au in the concentration profile in the depth direction of the wire is closer to the surface side of the wire than the position showing the maximum concentration of Ni.
  • the concentration profile in the depth direction of the wire has the maximum Ni content.
  • the concentration is preferably 80 atomic % or more, more preferably 85 atomic % or more, still more preferably 90 atomic % or more, more than 90 atomic %, 92 atomic % or more, 94 atomic % or more, or 95 atomic % or more.
  • the upper limit of the maximum concentration of Ni in the coating layer is not particularly limited, and may be, for example, 100% by mass.
  • the wire of the present invention provides good FAB shape and good performance in high temperature environments. It can provide bonding reliability.
  • the thickness of the coating layer (calculation method will be described later) is 10 nm from the viewpoint of realizing a good FAB shape and good bonding reliability, especially the bonding reliability of the 1st joint.
  • the thickness of the coating layer is 18 nm or more, in addition to realizing a good FAB shape, a remarkably good crimp shape of the 1st joint can be realized, and the bonding reliability of the 1st joint is further improved. Since it is easy to improve, it is suitable.
  • the thickness of the covering layer is 18 nm or more. If the thickness of the coating layer is less than 10 nm, eccentricity occurs during FAB formation, which tends to deteriorate the shape of the FAB and deteriorate the crimped shape of the 1st joint.
  • the upper limit of the thickness of the coating layer is 130 nm or less, preferably 125 nm or less, 120 nm or less, 115 nm or less, 110 nm or less, 105 nm or less, 100 nm or less, 95 nm or less, or 90 nm, from the viewpoint of realizing a favorable FAB shape. It is below. If the thickness of the coating layer is more than 130 nm, deformities and incomplete melting occur during FAB formation, resulting in deterioration of the shape of the FAB, and the crimped shape of the 1st joint tends to deteriorate.
  • the thickness of the coating layer in condition (2) can be determined from the concentration profile in the depth direction.
  • the boundary between the Cu core material and the coating layer is determined based on the Cu concentration.
  • the position where the Cu concentration is 50 atomic % is determined as the boundary, the area where the Cu concentration is 50 atomic % or more is the Cu core material, and the area where the Cu concentration is less than 50 atomic % is the coating layer.
  • the boundary between the Cu core material and the coating layer does not necessarily have to be a grain boundary.
  • the thickness of the coating layer is determined by confirming the concentration profile from the wire surface toward the center of the wire, and the distance from the wire surface position to the depth position where the concentration of Cu as the core material first reaches 50 atomic% can be obtained as
  • the unit of depth was converted to SiO2 .
  • the wire of the present invention provides good bonding reliability in a high-temperature environment and good It can bring about a good FAB shape and good bondability at the 2nd bond. Moreover, by including a coating layer that satisfies condition (3), clogging of capillaries during continuous bonding can be suppressed, and good productivity of semiconductor devices can be maintained.
  • the ratio C Au /C Ni is 0.02 or more, preferably 0.02 or more, from the viewpoint of achieving good bondability at the 2nd bond and from the viewpoint of suppressing capillary clogging during continuous bonding. 04 or more, more preferably 0.05 or more, 0.06 or more, 0.08 or more, or 0.1 or more. If the ratio C Au /C Ni is less than 0.02, the bondability at the second bond tends to deteriorate, and the frequency of capillary clogging during continuous bonding tends to increase.
  • the upper limit of the ratio C Au /C Ni is 0.7 or less, preferably 0.65 or less, more preferably 0.65 or less, from the viewpoint of achieving a good FAB shape and achieving a good crimp shape of the 1st joint. is 0.6 or less, 0.55 or less, 0.5 or less, 0.48 or less, 0.46 or less, or 0.45 or less.
  • the ratio C Au /C Ni is more than 0.7, eccentricity occurs during FAB formation, which tends to deteriorate the FAB shape and deteriorate the crimped shape of the 1st joint.
  • the ratio C Au /C Ni under condition (3) is the Ni concentration measured in the same manner as the Au concentration C Au (% by mass) in the entire wire measured by the method described in [Measurement of Element Content] below. It can be calculated by dividing by C Ni (% by mass).
  • the wire of the present invention can provide good FAB shape and good bondability at the 2nd joint.
  • a coating layer that satisfies condition (4) By including a coating layer that satisfies condition (4), clogging of capillaries during continuous bonding can be suppressed, and good productivity of semiconductor devices can be maintained.
  • the concentration of Au on the surface of the wire of the present invention is 10 atomic % or more, Preferably 15 atomic % or more, more preferably 20 atomic % or more, still more preferably 25 atomic % or more, still more preferably 30 atomic % or more, 32 atomic % or more, 34 atomic % or more, 35 atomic % or more, 36 atomic % Above, 38 atomic % or more, or 40 atomic % or more.
  • the upper limit of the concentration of Au on the surface of the wire is 90 atomic % or less, preferably 85 atomic % or less, more preferably 85 atomic % or less, from the viewpoint of realizing a good FAB shape and a good crimp shape of the 1st joint. is 80 atomic % or less, 78 atomic % or less, 76 atomic % or less, 75 atomic % or less, 74 atomic % or less, 72 atomic % or less, or 70 atomic % or less. If the concentration of Au in the surface of the wire exceeds 90 atomic %, eccentricity occurs during FAB formation, which tends to deteriorate the FAB shape and deteriorate the crimped shape of the 1st joint.
  • the concentration of Au on the wire surface in condition (4) can be obtained by performing composition analysis on the wire surface by Auger electron spectroscopy (AES) using the wire surface as a measurement surface.
  • AES Auger electron spectroscopy
  • gas components such as carbon (C), sulfur (S), oxygen (O), nitrogen (N), and non-metallic elements are not taken into consideration when determining the concentration of Au on the surface.
  • the wire surface composition analysis can be performed under the same conditions as 1) wire surface composition analysis described in relation to the method of obtaining a concentration profile in the depth direction. That is, in performing composition analysis on the wire surface by Auger electron spectroscopy (AES), the position and dimensions of the measurement surface are determined as follows.
  • AES Auger electron spectroscopy
  • the length of the measurement plane is set to be five times the width of the measurement plane.
  • the concentration of Au on the wire surface under condition (4) above is based on the results measured under the conditions described in the section [Composition analysis of wire surface by Auger electron spectroscopy (AES)] below.
  • the coating layer may contain, for example, one or more dopants selected from a first additive element, a second additive element, and a third additive element, which will be described later. Preferred contents of these dopants are as described later.
  • the coating layer may also contain Pd as a conductive metal other than Cu.
  • Pd as a conductive metal other than Cu.
  • the ratio C Pd /C Ni of the Pd concentration C Pd (mass %) and the Ni concentration C Ni (mass %) with respect to the entire wire is 0.8 or less, 0.6 or less, 0.5 or less, 0.4 0.3 or less, 0.2 or less, 0.12 or less, 0.11 or less, 0.1 or less, 0.08 or less, 0.06 or less, or 0.05 or less.
  • the layer may contain Pd.
  • the lower limit of the ratio C Pd /C Ni is not particularly limited, and may be, for example, 0.0001 or more, 0.0005 or more, or 0.001 or more.
  • the coating layer consists of Ni and Au; and unavoidable impurities.
  • the coating layer consists of Ni and Au; at least one of In and Ag; and incidental impurities.
  • the coating layer is composed of Ni and Au; Pd, one or more elements selected from a first additive element, a second additive element, and a third additive element described later; and inevitable impurities.
  • the coating layer comprises Ni and Au; at least one of In and Ag; Pd; and one or more selected from the following first additive element, second additive element, and third additive element and; unavoidable impurities.
  • the term “inevitable impurities” in the coating layer also includes the elements that constitute the Cu core material.
  • the wire of the present invention is characterized by containing at least one of In and Ag.
  • the wire of the present invention has a good FAB shape.
  • the bondability at the 2nd joint is good, and furthermore, good joint reliability can be achieved at both the 1st and 2nd joints in a high-temperature environment.
  • the wire of the present invention includes a coating layer that satisfies all of the above conditions (1) to (4), and at least one of the following conditions (i) and (ii).
  • the concentration of In in the entire wire is 1 ppm by mass or more
  • the concentration of Ag in the entire wire is 1 ppm by mass or more
  • Condition (i) relates to the In concentration for the entire wire.
  • condition (i) from the viewpoint of improving the bonding reliability in a high-temperature environment, among others, a bonding wire that exhibits good bonding reliability of the second bonding part in a severe high-temperature environment regardless of the wire diameter of the wire.
  • the concentration of In with respect to the entire wire is 1 mass ppm or more, preferably 2 mass ppm or more, 3 mass ppm or more, 4 mass ppm or more, or 5 mass ppm or more, more preferably 6 mass ppm or more, It is 8 mass ppm or more, or 10 mass ppm or more, more preferably 20 mass ppm or more, 30 mass ppm or more, or 40 mass ppm or more, and even more preferably 50 mass ppm or more.
  • the In concentration with respect to the entire wire is 50 mass ppm or more, it is preferable because it is easy to realize a bonding wire that exhibits good bonding reliability at the 2nd bonding portion in a severe high-temperature environment regardless of the wire diameter of the wire. be.
  • the upper limit of the concentration of In to the entire wire is, for example, 100 ppm by mass or less, 95 It can be mass ppm or less, 90 mass ppm or less, and the like. Therefore, in one embodiment, when the wire of the present invention satisfies condition (i), the concentration of In relative to the entire wire is 1 mass ppm or more and 100 mass ppm or less.
  • Condition (ii) relates to the Ag concentration for the whole wire.
  • condition (ii) from the viewpoint of improving the bonding reliability in a high temperature environment, among others, a bonding wire that exhibits good bonding reliability of the second bonding part in a severe high temperature environment regardless of the wire diameter of the wire.
  • the concentration of Ag with respect to the entire wire is 1 mass ppm or more, preferably 2 mass ppm or more, 3 mass ppm or more, 4 mass ppm or more, or 5 mass ppm or more, more preferably 10 mass ppm or more, It is 20 mass ppm or more, 30 mass ppm or more, 40 mass ppm or more, or 50 mass ppm or more, more preferably 60 mass ppm or more, or 80 mass ppm or more, and even more preferably 100 mass ppm or more.
  • the concentration of Ag in the entire wire is 100 ppm by mass or more, regardless of the wire diameter of the wire, it is preferable because it is easy to realize a bonding wire that exhibits good bonding reliability at the 2nd bonding portion in a severe high-temperature environment. be.
  • the upper limit of the concentration of Ag in the entire wire is, for example, 500 ppm by mass or less, 480 It can be mass ppm or less, 460 mass ppm or less, 450 mass ppm or less, and the like. Therefore, in one embodiment, when the wire of the present invention satisfies condition (ii), the concentration of Ag relative to the entire wire is 1 mass ppm or more and 500 mass ppm or less.
  • the preferred ranges of In and Ag concentrations are as described above.
  • the wire of the present invention satisfies at least one of the following conditions (i) and (ii).
  • the concentration of In in the entire wire is 1 mass ppm or more and 100 mass ppm or more
  • the concentration of Ag in the whole wire is 1 mass ppm or more and 500 mass ppm or more
  • the total concentration of In and Ag in the entire wire is 1 ppm by mass or more, preferably 2 mass ppm or more, 3 mass ppm or more, 4 mass ppm or more, or 5 mass ppm or more, more preferably 6 mass ppm or more, 8 mass ppm or more, or 10 mass ppm or more, more preferably 20 mass ppm or more, 30 mass ppm or more Or 40 mass ppm or more, still more preferably 50 mass ppm or more, 60 mass ppm or more or 70 mass ppm or more, the upper limit is preferably 600 mass ppm or less, more preferably 550 mass ppm or less, still more preferably 500 mass ppm Mass ppm or less.
  • In and Ag may be contained in either the Cu core material or the coating layer, or may be contained in both. From the viewpoint of improving the bonding reliability in a high-temperature environment, in particular, from the viewpoint of realizing a bonding wire that exhibits good bonding reliability of the second bonding part in a severe high-temperature environment regardless of the wire diameter of the wire, In , Ag are preferably contained in the Cu core material.
  • the wire of the present invention may further contain one or more elements ("first additive element") selected from the group consisting of B, P and Mg.
  • first additive element selected from the group consisting of B, P and Mg.
  • the total concentration of the first additive element with respect to the entire wire is preferably 1 ppm by mass or more. This makes it possible to realize a bonding wire that provides a better crimped shape of the 1st joint.
  • the total concentration of the first additive element with respect to the entire wire is more preferably 2 mass ppm or more, 3 mass ppm or more, 5 mass ppm or more, 8 mass ppm or more, 10 mass ppm or more, 15 mass ppm or more, or 20 mass ppm It is more preferable that it is above.
  • the total concentration of the first additive element is preferably 100 mass ppm or less, 90 mass ppm or less, 80 mass ppm or less, 70 mass ppm or less. , 60 mass ppm or less, or 50 mass ppm or less. Therefore, in a preferred embodiment, the wire of the present invention contains the first additive element, and the total concentration of the first additive element with respect to the entire wire is 1 mass ppm or more and 100 mass ppm or less.
  • the first additive element may be contained in either the Cu core material or the coating layer, or may be contained in both. From the viewpoint of realizing a bonding wire that brings about a better crimped shape of the 1st joint, it is preferable that the first additive element is contained in the Cu core material.
  • the wire of the present invention may further contain one or more elements ("second additive element") selected from the group consisting of Se, Te, As and Sb.
  • the total concentration of the second additive element in the entire wire is preferably 1 ppm by mass or more. Thereby, the bonding reliability of the 1st bonding portion can be improved in a high-temperature environment.
  • the total concentration of the second additive element with respect to the entire wire is more preferably 2 mass ppm or more, 3 mass ppm or more, 5 mass ppm or more, 8 mass ppm or more, 10 mass ppm or more, 15 mass ppm or more, or 20 mass ppm It is more preferable that it is above.
  • the total concentration of the second additive element is preferably 100 mass ppm or less, 90 mass ppm or less, and 80 mass ppm or less. , 70 mass ppm or less, 60 mass ppm or less, or 50 mass ppm or less. Therefore, in a preferred embodiment, the wire of the present invention contains a second additive element, and the total concentration of the second additive element with respect to the entire wire is 1 mass ppm or more and 100 mass ppm or less.
  • the second additive element may be contained in either the Cu core material or the coating layer, or may be contained in both. From the viewpoint of further improving the joint reliability of the 1st joint in a high-temperature environment, the second additive element is preferably contained in the coating layer.
  • the coating layer contains the second additive element
  • the second additive element may be contained in a region containing Au and Ni on the wire surface side, and may be contained in a region containing Ni as a main component on the core side. may be contained.
  • the second additive element may be contained together with the Pd.
  • the wire of the present invention may further contain one or more elements selected from the group consisting of Ga and Ge ("third additive element").
  • the total concentration of the third additive element with respect to the entire wire is preferably 0.011% by mass or more. This can further improve the bonding reliability of the 1st bonding portion in a high-temperature environment.
  • the total concentration of the third additive element relative to the entire wire is more preferably 0.015% by mass or more, more preferably 0.02% by mass or more, 0.025% by mass or more, 0.03% by mass or more, and 0.031% by mass.
  • the wire of the present invention contains a third additive element, and the total concentration of the third additive element with respect to the entire wire is 0.011% by mass or more and 1.5% by mass or less.
  • the third additive element may be contained in either the Cu core material or the coating layer, or may be contained in both.
  • the contents of In, Ag, the first additive element, the second additive element, and the third additive element in the wire can be measured by the method described in [Measurement of element content] below.
  • the total concentration of Cu, Ni, Au, and Pd is, for example, 98.4% by mass or more, 98.5% by mass or more, 98.6% by mass or more, or 98.7% by mass or more. obtain.
  • the result of measuring the crystal orientation of the cross section perpendicular to the crimping bonding direction of the FAB has an angle difference of 15 degrees or less with respect to the crimping bonding direction.
  • the ratio of ⁇ 100> crystal orientation is preferably 30% or more.
  • the bonding wire connection process is completed by first bonding to the electrodes on the semiconductor chip, then forming a loop, and then second bonding the wire part to the external electrodes on the lead frame or substrate.
  • the tip of the wire is heated and melted by the input of arc heat, the FAB is formed by surface tension, and then the FAB is pressure-bonded (ball-jointed) to the electrode on the semiconductor chip.
  • the present inventors measured the crystal orientation of the cross section perpendicular to the pressure bonding direction of the FAB, and found that the ratio of ⁇ 100> crystal orientation with an angle difference of 15 degrees or less with respect to the pressure bonding direction (hereinafter simply “ It has been found that a wire having a ratio of ⁇ 100> crystal orientation in the cross section of the FAB) of 30% or more can realize a remarkably good crimped shape of the 1st joint.
  • the ratio of the ⁇ 100> crystal orientation in the cross section of the FAB is more preferably 35% or more, more preferably 40% or more, and even more preferably 45% or more. , particularly preferably 50% or more, 55% or more or 60%.
  • a wire in which the ratio of ⁇ 100> crystal orientation in the FAB cross section is 50% or more can realize an exceptionally good crimped shape of the 1st joint.
  • the proportion of ⁇ 100> crystal orientation in the cross-section of the FAB is 30% or more, more preferably 50% or more.
  • the upper limit of the ratio of ⁇ 100> crystal orientation in the FAB cross section is not particularly limited, and may be, for example, 100%, 99.5% or less, 99% or less, or 98% or less.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram when the tip of the wire 1 is heated and melted by arc heat input to form the FAB 10 by surface tension.
  • the formed FAB 10 is pressure-bonded to electrodes (not shown) on the semiconductor chip.
  • the crimping direction of the FAB 10 is the direction indicated by the arrow Z (the vertical direction (vertical direction) in FIG. 2)
  • the section perpendicular to the crimping direction Z is the dotted line A- 2 is a cross section exposed by cutting the FAB along A.
  • the dotted line AA which serves as a reference for cross section extraction, is set at the position where the diameter of the exposed cross section is maximum, that is, the position where the diameter of the exposed cross section is D when the diameter of the FAB is D.
  • the straight line AA may deviate from the target and the diameter of the exposed cross section may be smaller than D, but if the diameter of the exposed cross section is 0.9D or more, the deviation is the ratio of the crystal orientation. Since the effect on the
  • the crystal orientation of the cross section perpendicular to the crimping bonding direction of the FAB can be measured using the backscattered electron diffraction (EBSD) method.
  • An apparatus used for the EBSD method consists of a scanning electron microscope and a detector attached thereto.
  • the EBSD method is a technique for determining the crystal orientation at each measurement point by projecting a diffraction pattern of backscattered electrons generated when a sample is irradiated with an electron beam onto a detector and analyzing the diffraction pattern.
  • Dedicated software such as OIM analysis manufactured by TSL Solutions Co., Ltd.
  • the ratio of a specific crystal orientation can be calculated by using the analysis software attached to the apparatus with the cross section perpendicular to the pressure bonding direction of the FAB as the inspection plane.
  • the ratio of the ⁇ 100> crystal orientation in the cross section of the FAB is defined as the area of the ⁇ 100> crystal orientation with respect to the measured area expressed as a percentage. In calculating the ratio, only crystal orientations that can be identified on the basis of a certain degree of reliability within the measurement plane are used. It was calculated by excluding the measured area and the area of the ⁇ 100> crystal orientation. If the data excluded here exceeds, for example, 20% of the total, there is a high possibility that the object to be measured was contaminated with some kind of contamination, so the cross section should be reexamined. In the present invention, the ratio of the ⁇ 100> crystal orientation in the cross section of the FAB is the arithmetic mean of the ratios obtained by measuring three or more FABs.
  • the present inventors speculate as follows about the reason why a wire having a ratio of ⁇ 100> crystal orientation in the FAB cross section of 30% or more can realize a remarkably good crimped shape of the 1st joint. .
  • the FAB formed using the wire of the present invention is mainly composed of Cu or a Cu alloy as a core material, and its crystal structure is a face-centered cubic structure.
  • the metal slips in the direction of 45 degrees with respect to the crimping surface and deforms, so FAB is It deforms in a direction of 45 degrees with respect to the crimping surface and radially spreads with respect to a plane parallel to the crimping surface.
  • the crimped shape becomes closer to a perfect circle.
  • the proportion of ⁇ 100> crystal orientation in the FAB cross section tends to fall within the desired range by adjusting the thickness of the coating layer, the Ni concentration in the coating layer, and the Cu purity of the core material.
  • the inventors speculate as follows about the reason why the thickness of the coating layer affects the ratio of ⁇ 100> crystal orientation in the cross section of the FAB. That is, in the melting stage, the Ni of the coating layer is moderately diffused and mixed toward the center of the FAB, and the Cu or Cu alloy containing the moderately diffused and mixed Ni in a solid solution is less than the pressure bonding direction. 100> crystal orientation is considered to be oriented.
  • the thickness of the coating layer When the thickness of the coating layer is within a predetermined range, diffusion and mixing of Ni at the time of melting becomes moderate, and the ⁇ 100> crystal orientation tends to be oriented with respect to the compression bonding direction. If the thickness of the coating layer is too thick, a different crystal orientation tends to be preferential.
  • the diameter of the wire of the present invention is not particularly limited and may be determined as appropriate according to the specific purpose, preferably 30 ⁇ m or more, 35 ⁇ m or more, or 40 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the diameter is not particularly limited, and may be, for example, 80 ⁇ m or less, 70 ⁇ m or less, or 50 ⁇ m or less.
  • high-purity (4N to 6N; 99.99 to 99.9999% by mass or more) raw material copper is processed into a large diameter (approximately 3 to 6 mm in diameter) by continuous casting to obtain an ingot.
  • the Cu core material may be produced using a copper alloy containing the dopant at a required concentration as a raw material.
  • a dopant When a dopant is added to Cu, which is a raw material, to obtain such a copper alloy, a high-purity dopant component may be directly added to Cu, or a master alloy containing about 1% of the dopant component may be used. .
  • the dopant In the method of including the dopant in the coating layer, the dopant may be included in the Ni, Au, or Pd plating bath (in the case of wet plating) or the target material (in the case of dry plating) when forming the coating layer.
  • the surface of the Cu core material or the surface of the coating layer is used as the adherend surface, and (1) application of an aqueous solution ⁇ drying ⁇ heat treatment, ( At least one deposition treatment selected from 2) plating method (wet method) and (3) vapor deposition method (dry method) may be performed.
  • a large-diameter ingot is forged, rolled, and drawn to produce a wire (hereinafter also referred to as "intermediate wire") made of Cu or a Cu alloy with a diameter of about 0.7 to 2.0 mm.
  • a coating layer may be formed on the intermediate wire surface.
  • the coating layer may also be applied at the large diameter ingot stage, or after drawing the intermediate wire for further thinning (e.g. after drawing to the final Cu core diameter). Then, a coating layer may be formed on the surface of the Cu core material.
  • the coating layer is formed by using a Ni plating solution, a Pd plating solution, or a plating solution containing Ni and Pd in a predetermined ratio, depending on the desired structure of the coating layer.
  • a Pd layer or a PdNi alloy layer may be provided using a Pd plating solution or a plating solution containing Ni and Pd at a predetermined ratio to form a coating layer.
  • a predetermined coating layer may be formed after the surface of the Cu core material is strike-plated with a conductive metal.
  • the region containing Au and Ni that the coating layer has on the wire surface side can be formed by providing an Au layer on the surface side of the coating layer by the same method as described above.
  • Wire drawing can be performed using a continuous wire drawing machine that can set multiple diamond-coated dies. If necessary, heat treatment may be performed in the middle of wire drawing. By heat treatment, constituent elements are mutually diffused between the Au layer on the surface of the wire and the underlying Ni layer (Pd layer or PdNi alloy layer when provided) to form a region containing Au and Ni on the wire surface side of the coating layer. can be formed.
  • the wire is continuously swept at a constant speed in an electric furnace at a constant furnace temperature to promote alloying. It is preferable because it can be done.
  • a method of depositing an alloy region containing Au and Ni from the beginning is adopted. good too.
  • the wire of the present invention can provide a good FAB shape, good bondability at the 2nd joint, and also good joint reliability at both the 1st and 2nd joints in a high temperature environment. can bring. Therefore, the bonding wire of the present invention can be suitably used as a bonding wire for in-vehicle devices and power devices.
  • a semiconductor device can be manufactured by connecting an electrode on a semiconductor chip and an electrode on a lead frame or a circuit board using the bonding wire for a semiconductor device of the present invention.
  • a semiconductor device of the present invention includes a circuit board, a semiconductor chip, and a bonding wire for electrically connecting the circuit board and the semiconductor chip, wherein the bonding wire is the wire of the present invention.
  • the circuit board and semiconductor chip are not particularly limited, and known circuit boards and semiconductor chips that can be used to configure the semiconductor device may be used.
  • a lead frame may be used instead of the circuit board.
  • the configuration of the semiconductor device may include a lead frame and a semiconductor chip mounted on the lead frame.
  • Semiconductor devices are used in electrical products (e.g., computers, mobile phones, digital cameras, televisions, air conditioners, solar power generation systems, etc.) and vehicles (e.g., motorcycles, automobiles, trains, ships, aircraft, etc.). Various semiconductor devices are mentioned.
  • Example 2 First, a method for producing samples will be described.
  • Cu used as a raw material for the Cu core material had a purity of 99.99% by mass or more (4N) and the balance was composed of unavoidable impurities.
  • the first additive element, the second additive element, and the third additive element have a purity of 99% by mass or more and the balance is composed of unavoidable impurities, or they are added to Cu.
  • a master alloy containing a high concentration of elements was used.
  • the raw material is loaded into a graphite crucible, heated to 1090 to 1500 ° C. in an inert atmosphere such as N2 gas or Ar gas using a high-frequency furnace, and then melted, followed by continuous casting. Ingots with a diameter of about 3-6 mm were produced.
  • the obtained ingot is subjected to a drawing process to prepare an intermediate wire having a diameter of about 0.7 to 2.0 mm, and further subjected to continuous wire drawing using a die to obtain a coating.
  • the diameter of the wire was reduced to a wire diameter that In wire drawing, a commercially available lubricating liquid was used, and the wire drawing speed was 20 to 150 m/min.
  • the coating layer is formed by pickling with hydrochloric acid or sulfuric acid in order to remove the oxide film on the surface of the wire, and then forming a Ni layer so as to cover the entire surface of the Cu alloy of the core material.
  • An Au layer was provided.
  • the Pd layer was provided and then the Au layer was provided.
  • An electroplating method was used to form the Ni layer, the Au layer, and the Pd layer.
  • Commercially available plating solutions were prepared as the Ni plating solution, the Au plating solution, and the Pd plating solution, and were used after being appropriately prepared.
  • wire drawing and the like were further performed, and the wire was processed to a final wire diameter of ⁇ 50 ⁇ m.
  • an intermediate heat treatment at 300 to 700° C. for 2 to 15 seconds was performed once or twice during wire drawing.
  • the wire was continuously swept and N2 gas or Ar gas was flowed.
  • the wire was continuously swept, and a thermal refining heat treatment was performed while flowing N 2 gas or Ar gas.
  • the heat treatment temperature of the refining heat treatment was 200 to 600° C.
  • the wire feeding speed was 20 to 200 m/min
  • the heat treatment time was 0.2 to 1.0 seconds.
  • the coating layer was thin or when the Au concentration was low, the heat treatment temperature was lowered and the wire feed speed was set higher. In the opposite case, the heat treatment temperature was raised and the wire feed speed was set lower.
  • Test/evaluation method The test/evaluation method will be described below.
  • AES composition analysis of wire surface by Auger electron spectroscopy
  • the concentration of Au on the wire surface was obtained by measuring the wire surface as a measurement plane by Auger electron spectroscopy (AES) as follows. First, a bonding wire to be measured was linearly fixed to a sample holder. Next, the wire is positioned so that the center of the width of the wire in the direction perpendicular to the wire axis is the center of the width of the measurement surface, and the width of the measurement surface is 5% or more and 15% or less of the wire diameter. It was determined. The length of the measurement surface was five times the width of the measurement surface.
  • the composition analysis of the wire surface was performed under the condition of an acceleration voltage of 10 kV to obtain the surface Au concentration (atomic %).
  • the composition analysis by AES was performed on three measurement surfaces spaced apart from each other by 1 mm or more in the axial direction of the wire, and the arithmetic mean value was adopted. Gas components such as carbon (C), sulfur (S), oxygen (O) and nitrogen (N), non-metallic elements, and the like were not taken into consideration when determining the concentration of Au on the surface.
  • AES Auger electron spectroscopy
  • the dimensions of the measurement surface and the conditions for composition analysis by AES are the same as those described in the section [Composition analysis of wire surface by Auger electron spectroscopy (AES)] above. and In addition, acquisition of the concentration profile in the depth direction was carried out on three measurement planes separated from each other by 1 mm or more in the wire axial direction.
  • the concentration profile in the depth direction is confirmed from the wire surface toward the wire center side, and from the wire surface position to the depth position where the concentration of Cu, which is the core material, reaches 50 atomic% for the first time.
  • the distance was determined as the thickness of the coating layer measured.
  • the arithmetic mean value of the numerical values obtained for the three measurement surfaces was adopted as the thickness of the coating layer.
  • the depth measured by AES analysis is obtained as the product of the sputtering rate and time. Since the sputtering rate is generally measured using SiO 2 as a standard sample, the depth analyzed by AES is a SiO 2 equivalent value. That is, the SiO2 conversion value was used as the unit of the thickness of the coating layer.
  • the core material side has a region containing Ni as a main component
  • the wire surface side has a region containing Au and Ni
  • the maximum concentration of Ni is 80 atomic % or more
  • the position showing the maximum concentration of Au was closer to the surface than the position showing the maximum concentration of Ni.
  • the position showing the maximum concentration of Pd is closer to the surface than the position showing the maximum concentration of Ni. and the position showing the maximum concentration of Ni.
  • the FAB is formed by setting a current value of 30 to 75 mA, an EFO gap of 762 ⁇ m, and a tail length of 500 ⁇ m, while flowing N 2 +5% H 2 gas at a flow rate of 0.4 to 0.6 L / min.
  • the diameter was set to be in the range of 1.5 to 1.9 times the wire diameter.
  • the FAB shape was judged to be good if it had a true spherical shape, and was judged to be bad if it had eccentricity, irregular shape, or poor melting. Then, it was evaluated according to the following criteria.
  • the cross section of the FAB perpendicular to the crimping direction means the cross section exposed by cutting the FAB along the dotted line AA shown in FIG. was set at the position where the diameter of the The EBSD method was used for the measurement, and the ratio of ⁇ 100> crystal orientation was calculated according to the procedure described above by using the analysis software attached to the apparatus. Measurements were taken for three FABs, and the obtained percentage values were arithmetically averaged to obtain the percentage of ⁇ 100> crystal orientation in the cross section of the FAB.
  • the bondability of the 2nd bond was evaluated by a 2nd bond window test.
  • the horizontal axis indicates the ultrasonic current at the time of 2nd bonding from 140 mA to 180 mA in 5 steps of 10 mA
  • the vertical axis indicates the load at the time of 2nd bonding in 5 steps of 10 gf from 80 gf to 120 gf. This is a test for obtaining the number of conditions under which bonding is possible for the 2nd bonding conditions of .
  • a commercially available wire bonder was used for an electrode provided by forming a 2.0 ⁇ m thick Al-1.0 mass% Si-0.5 mass% Cu alloy film on a Si substrate on a general metal frame.
  • the ball-joined sample was sealed with a commercially available thermosetting epoxy resin to prepare a sample for a joint reliability test of the 1st joint.
  • the balls were formed under the conditions described in the [FAB shape] section above.
  • the prepared sample for bonding reliability evaluation was exposed to an environment at a temperature of 200° C. using a high temperature constant temperature machine.
  • the joint life of the 1st joint was determined by performing a shear test on the ball joint every 500 hours and determining the time at which the value of the shear strength reached 1/2 of the initially obtained shear strength.
  • the value of the shear strength was the arithmetic mean value of 50 measurements of randomly selected ball joints.
  • the shear test after the high-temperature storage test was performed after the resin was removed by acid treatment to expose the ball joint portion. Then, it was evaluated according to the following criteria.
  • a sample that was wedge-bonded to the lead part of the lead frame using a commercially available wire bonder was sealed with a commercially available thermosetting epoxy resin to prepare a sample for the bonding reliability test of the 2nd joint.
  • the lead frame used was an Fe-42 atomic % Ni alloy lead frame plated with Ni/Pd/Au to a thickness of 1 to 3 ⁇ m.
  • the prepared sample for bonding reliability evaluation was exposed to an environment at a temperature of 200° C. using a high temperature constant temperature machine.
  • the joint life of the 2nd joint was determined by performing a pull test on the wedge joint every 500 hours and setting the pull strength value to 1/2 of the initial pull strength value.
  • the pull strength value was the arithmetic mean of 50 randomly selected wedge joint measurements.
  • the pull test after the high temperature storage test was performed after removing the resin by acid treatment to expose the wedge joint. Then, it was evaluated according to the following criteria.
  • Tables 2 and 3 show the evaluation results of Examples and Comparative Examples.
  • Example no. All of the wires Nos. 1 to 35 contain a coating layer that satisfies all the conditions (1) to (4) specified in this case, and contain at least one of In and Ag at 1 ppm by mass or more with respect to the entire wire, and are good It has been confirmed that a good FAB shape is obtained, the bondability at the 2nd joint is good, and the bonding reliability is good at both the 1st and 2nd joints in a high temperature environment of 200 ° C. Above all, Example No. 1 includes a coating layer that satisfies all of the conditions (1) to (4) specified in this case, and the content of In and Ag with respect to the entire wire is within a suitable range.
  • Wires of 1, 3, 4, 10, 12, 20 to 24, 26, 29 to 31, and 33 to 35 have a relatively large wire diameter of 50 ⁇ m, and can be used in a high temperature environment of 200° C. It was confirmed that the bonding reliability of the 2nd bonding portion is particularly good.
  • Comparative Example No. Wires 1 to 7 are provided with a coating layer that does not satisfy at least one of the conditions (1) to (4) of this specific condition, or the concentration of In, Ag with respect to the entire wire is less than 1 mass ppm, FAB It was confirmed that one or more of the shape, the bondability at the 2nd joint, the joint reliability at the 1st joint, and the joint reliability at the 2nd joint were defective.

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Abstract

良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、２ｎｄ接合部における接合性も良好であり、さらには過酷な高温環境下においても良好な接合信頼性をもたらす新規なＣｕボンディングワイヤを提供する。該半導体装置用ボンディングワイヤは、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたＣｕ以外の導電性金属を含有する被覆層とを含み、該被覆層が、被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有し、かつ、ワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有し、該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、ワイヤ全体に対するＡｕの濃度ＣＡｕ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＡｕ／ＣＮｉが０．０２以上０．７以下であり、該ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が１０原子％以上９０原子％以下であり、以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たすことを特徴とする。　（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下　（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下

Description

半導体装置用ボンディングワイヤ
　本発明は、半導体装置用ボンディングワイヤに関する。さらには、該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、半導体チップ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接続方法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、ボンディングワイヤをその内部に通して接続に用いるキャピラリ治具等が用いられる。接続プロセスは、半導体チップ上の電極に１ｓｔ接合し、次にループを形成した後、リードフレームや基板上の外部電極にワイヤ部を２ｎｄ接合することで完了する。１ｓｔ接合は、ワイヤ先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力によりフリーエアボール（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ　Ａｉｒ　Ｂａｌｌ；以下、単に「ボール」、「ＦＡＢ」ともいう。）を形成した後に、該ボール部を半導体チップ上の電極に圧着接合（以下、「ボール接合」）する。また、２ｎｄ接合は、ボールを形成せずに、ワイヤ部を超音波、荷重を加えることにより外部電極上に圧着接合（以下、「ウェッジ接合」）する。
　これまでボンディングワイヤの材料は金（Ａｕ）が主流であったが、ＬＳＩ用途を中心に銅（Ｃｕ）への代替が進んでおり（例えば、特許文献１～３）、また、近年の電気自動車やハイブリッド自動車の普及を背景に車載用デバイス用途において、さらにはエアコンや太陽光発電システムなどの大電力機器におけるパワーデバイス（パワー半導体装置）用途においても、熱伝導率や溶断電流の高さから、高効率で信頼性も高いＣｕへの代替が期待されている。
　ＣｕはＡｕに比べて酸化され易い欠点があり、Ｃｕボンディングワイヤの表面酸化を防ぐ方法として、Ｃｕ芯材の表面をＰｄ、Ｎｉ等の金属で被覆した構造も提案されている（特許文献４）。また、Ｃｕ芯材の表面をＰｄで被覆し、さらにＣｕ芯材にＰｄ、Ｐｔを添加することにより、１ｓｔ接合部の接合信頼性を改善したＰｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤも提案されている（特許文献５）。
特開昭６１－４８５４３号公報 特表２０１８－５０３７４３号公報 国際公開第２０１７／２２１７７０号 特開２００５－１６７０２０号公報 国際公開第２０１７／０１３７９６号
　車載用デバイスやパワーデバイスは、作動時に、一般的な電子機器に比べて、より高温にさらされる傾向にあり、用いられるボンディングワイヤに関しては、過酷な高温環境下において良好な接合信頼性を呈することが求められる。
　本発明者らは、車載用デバイス等で要求される特性を踏まえて評価を実施したところ、従来のＰｄ被覆層を有するＣｕボンディングワイヤでは、高温環境下においてガルバニック腐食が発生し、２ｎｄ接合部における接合信頼性が十分に得られない場合があることを見出した。他方、Ｐｄ被覆層を有していないベアＣｕボンディングワイヤに関しては、ガルバニック腐食は生じないものの、ＦＡＢ形状が不良であり、ひいては１ｓｔ接合部の圧着形状に劣り、高密度実装で要求される狭ピッチ接続への対応が十分でないばかりか、高温環境下において１ｓｔ接合部における接合信頼性が十分に得られない場合がある。
　良好なＦＡＢ形状を実現すると共に、車載用デバイス等に要求される過酷な高温環境下においても接合信頼性の悪化の少ないＣｕ系のボンディングワイヤについて検討したところ、Ｃｕ芯材の表面をＮｉで被覆したＮｉ被覆ＣｕボンディングワイヤがＦＡＢ形状と高温環境下における接合信頼性の点で或る程度良好な結果を呈することを確認した。しかしながら、Ｎｉ被覆Ｃｕボンディングワイヤに関しては、２ｎｄ接合部における接合性（接合直後の２ｎｄ接合部の接合性）が十分に得られない場合があった。
　以上のとおり、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、２ｎｄ接合部における接合性も良好であり、さらには高温環境下において良好な接合信頼性を呈するＣｕ系のボンディングワイヤの開発が望まれる。この点、車載用デバイス等で要求される特性はますます過酷になっており、より高温での動作保証が求められている。高温環境下におけるボンディングワイヤの接合信頼性を評価するにあたっては、過酷な高温環境を想定して、温度１７５℃の環境に暴露する高温放置試験（ＨＴＳＬ：High　Temperature　Storage　Life　Test）を行う場合が多いが、本発明者らはより過酷な高温環境を想定して温度２００℃におけるＨＴＳＬを行った。その結果、温度１７５℃で１ｓｔ接合部及び２ｎｄ接合部の双方において良好な接合信頼性を呈するボンディングワイヤであっても、温度２００℃においては、特に２ｎｄ接合部において接合信頼性が損なわれる傾向にあることを見出した。また斯かる傾向は、ボンディングワイヤの線径が太くなるにつれて顕著となることも確認した。
　本発明は、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、２ｎｄ接合部における接合性も良好であり、さらには過酷な高温環境下においても１ｓｔ接合部及び２ｎｄ接合部の双方において良好な接合信頼性をもたらす新規なＣｕボンディングワイヤを提供する。
　本発明者らは、上記課題につき鋭意検討した結果、下記構成を有することによって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
　すなわち、本発明は以下の内容を含む。
［１］　Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたＣｕ以外の導電性金属を含有する被覆層とを含む半導体装置用ボンディングワイヤであって、
　該被覆層が、被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有し、かつ、ワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有し、
　該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
　ワイヤ全体に対するＡｕの濃度ＣＡｕ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＡｕ／ＣＮｉが０．０２以上０．７以下であり、
　該ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が１０原子％以上９０原子％以下であり、
　以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす、半導体装置用ボンディングワイヤ。
　（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下
　（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下
［２］　ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が、下記＜条件＞にてオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定される、［１］に記載のボンディングワイヤ。
　＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
［３］　被覆層が、Ｃｕ以外の導電性金属としてＰｄをさらに含有する、［１］又は［２］に記載のボンディングワイヤ。
［４］　ワイヤ全体に対するＮｉ、Ａｕ、Ｐｄの合計濃度ＣＭ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＮｉ／ＣＭが０．５以上である、［１］～［３］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［５］　ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいてＮｉの最大濃度が８０原子％以上である、［１］～［４］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［６］　ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルが、ワイヤの表面からＡｒスパッタリングにより深さ方向に掘り下げていきながら、下記＜条件＞にてオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定して得られる、［５］に記載のボンディングワイヤ。
　＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
［７］　ワイヤを用いてフリーエアボール（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ　Ａｉｒ　Ｂａｌｌ）を形成したとき、該ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上である、［１］～［６］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［８］　圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が５０％以上である、［７］に記載のボンディングワイヤ。
［９］　被覆層の厚さが１８ｎｍ以上である、［１］～［８］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１０］　Ｂ、Ｐ及びＭｇからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第１添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、［１］～［９］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１１］　Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第２添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、［１］～［１０］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１２］　Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第３添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度が０．０１１質量％以上１．５質量％以下である、［１］～［１１］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１３］　［１］～［１２］の何れかに記載のボンディングワイヤを含む半導体装置。
　本発明によれば、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、２ｎｄ接合部における接合性も良好であり、さらには過酷な高温環境下においても１ｓｔ接合部及び２ｎｄ接合部の双方において良好な接合信頼性をもたらす新規なＣｕボンディングワイヤを提供することができる。
図１は、ＡＥＳによる組成分析を行う際の測定面の位置及び寸法を説明するための概略図である。 図２は、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面を説明するための概略図である。
　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。説明にあたり図面を参照する場合もあるが、各図面は、発明が理解できる程度に、構成要素の形状、大きさおよび配置が概略的に示されているに過ぎない。本発明は、下記実施形態及び例示物に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施され得る。
　［半導体装置用ボンディングワイヤ］
　本発明の半導体装置用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、
　Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、
　該芯材の表面に形成されたＣｕ以外の導電性金属を含有する被覆層とを含み、
　該被覆層が、被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有し、かつ、ワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有し、
　該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
　ワイヤ全体に対するＡｕの濃度ＣＡｕ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＡｕ／ＣＮｉが０．０２以上０．７以下であり、
　該ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が１０原子％以上９０原子％以下であり、
　ワイヤ全体に対するＩｎ及びＡｇの少なくとも一方の濃度が１質量ｐｐｍ以上であることを特徴とする。
　先述のとおり、車載用デバイスやパワーデバイスに用いられるボンディングワイヤは、過酷な高温環境下において良好な接合信頼性を呈することが求められる。例えば、車載用デバイスに用いられるボンディングワイヤでは、１５０℃を超えるような高温環境下での接合信頼性が求められている。本発明者らは、車載用デバイス等で要求される特性を踏まえて評価を実施したところ、従来のＰｄ被覆層を有するＣｕボンディングワイヤでは、高温環境下においてガルバニック腐食が発生し、２ｎｄ接合部における接合信頼性が十分に得られない場合があることを見出した。また、Ｐｄ被覆層を有していないベアＣｕボンディングワイヤに関しては、ガルバニック腐食は発生しないものの、ＦＡＢ形状が不良であり、ひいては１ｓｔ接合部の圧着形状に劣り、高密度実装で要求される狭ピッチ接続への対応が十分でない。そればかりか、高温環境下においては１ｓｔ接合部における接合信頼性が十分に得られない場合がある。
　良好なＦＡＢ形状を実現すると共に、車載用デバイス等に要求される過酷な高温環境下においても接合信頼性の悪化の少ないＣｕ系のボンディングワイヤについて検討したところ、Ｃｕ芯材の表面をＮｉで被覆したＮｉ被覆ＣｕボンディングワイヤがＦＡＢ形状と高温環境下における接合信頼性の点で或る程度良好な結果を呈することを確認した。しかしながら、Ｎｉ被覆Ｃｕボンディングワイヤに関しては、２ｎｄ接合部における接合性（接合直後の２ｎｄ接合部の接合性）が十分に得られない場合があった。また、Ｎｉ被覆Ｃｕボンディングワイヤを用いてボンディングを行うと、キャピラリ治具の内部にワイヤ削れ屑が蓄積して詰まりが生じ（以下、この現象を「キャピラリ詰まり」ともいう。）、連続ボンディングの障害となる場合もあった。
　車載用デバイスやパワーデバイスに要求される特性はますます過酷になっており、より高温での動作保証が求められている。高温環境下におけるボンディングワイヤの接合信頼性を評価するにあたっては、過酷な高温環境を想定して、温度１７５℃の環境に暴露するＨＴＳＬを行う場合が多いが、本発明者らはより過酷な高温環境を想定して温度２００℃におけるＨＴＳＬを行った。その結果、温度１７５℃で１ｓｔ接合部及び２ｎｄ接合部の双方において良好な接合信頼性を呈するボンディングワイヤであっても、温度２００℃においては、特に２ｎｄ接合部において接合信頼性が損なわれる傾向にあることを見出した。また斯かる傾向は、ボンディングワイヤの線径が太くなるにつれて顕著となることも確認した。
　これに対し、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたＣｕ以外の導電性金属を含有する被覆層とを含む半導体装置用ボンディングワイヤであって、該被覆層が、被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有し、かつ、ワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有し、該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、ワイヤ全体に対するＡｕの濃度ＣＡｕ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＡｕ／ＣＮｉが０．０２以上０．７以下であり、ワイヤ表面におけるＡｕの濃度が１０原子％以上９０原子％以下であり、ワイヤ全体に対するＩｎ及びＡｇの少なくとも一方の濃度が１質量ｐｐｍ以上であるボンディングワイヤによれば、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、２ｎｄ接合部における接合性も良好であり、さらには、その線径によらず、温度２００℃といった過酷な高温環境下においても１ｓｔ接合部及び２ｎｄ接合部の双方において良好な接合信頼性をもたらすことを本発明者らは見出した。また、斯かるワイヤによれば、連続ボンディング時のキャピラリ詰まりの発生も抑制することができ、半導体装置の生産性を良好に保つことが可能である。このように本発明は、車載用デバイス等におけるＣｕボンディングワイヤの実用化・その促進に著しく寄与するものである。
　＜Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材＞
　本発明のワイヤは、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材（以下、単に「Ｃｕ芯材」ともいう。）を含む。
　Ｃｕ芯材は、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる限りにおいて特に限定されず、半導体装置用ボンディングワイヤとして知られている従来のＰｄ被覆Ｃｕワイヤを構成する公知のＣｕ芯材を用いてよい。
　本発明において、Ｃｕ芯材中のＣｕの濃度は、例えば、Ｃｕ芯材の中心（軸芯部）において、９７原子％以上、９７．５原子％以上、９８原子％以上、９８．５原子％以上、９９原子％以上、９９．５原子％以上、９９．８原子％以上、９９．９原子％以上、９９．９８原子％以上又は９９．９９原子％以上などとし得る。
　高温環境下での接合信頼性を改善する観点から、中でも、ワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、ワイヤ全体に対するＩｎ及びＡｇの少なくとも一方の濃度が１質量ｐｐｍ以上となるようにＣｕ芯材がＩｎ、Ａｇを含有することが好ましい。ワイヤ全体に対するＩｎ、Ａｇの濃度の好適範囲は後述のとおりである。
　Ｃｕ芯材はまた、例えば、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上のドーパントを含有してよい。これらドーパントの好適な含有量は後述のとおりである。
　一実施形態において、Ｃｕ芯材は、Ｃｕと不可避不純物からなる。他の一実施形態において、Ｃｕ芯材は、Ｃｕと、Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方と不可避不純物からなる。さらに他の一実施形態において、Ｃｕ芯材は、Ｃｕと、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上の元素と、不可避不純物とからなる。さらに他の一実施形態において、Ｃｕ芯材は、Ｃｕと、Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方と、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上の元素と、不可避不純物とからなる。なお、Ｃｕ芯材についていう用語「不可避不純物」には、後述のＣｕ以外の導電性金属を含有する被覆層を構成する元素も包含される。
　＜Ｃｕ以外の導電性金属を含有する被覆層＞
　本発明のワイヤは、Ｃｕ芯材の表面に形成されたＣｕ以外の導電性金属を含有する被覆層（以下、単に「被覆層」ともいう。）を含む。被覆層の好適な組成は後述するが、本発明のワイヤにおいて、被覆層は、Ｃｕ以外の導電性金属の濃度が５０原子％以上であることが好ましい。
　良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、２ｎｄ接合部における接合性も良好であり、さらには高温環境下における良好な接合信頼性をもたらすために、本発明のワイヤにおける被覆層は、以下の（１）乃至（４）の条件を全て満たすことが重要である。
　（１）被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有し、かつ、ワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有する
　（２）該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下である
　（３）ワイヤ全体に対するＡｕの濃度ＣＡｕ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＡｕ／ＣＮｉが０．０２以上０．７以下となるようにＡｕとＮｉを含有する
　（４）ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が１０原子％以上９０原子％以下となるようにＡｕを含有する
　－条件（１）－
　条件（１）は、被覆層が、被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有し、そのワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有することに関する。
　条件（２）～（４）との組み合わせにおいて、条件（１）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、良好なＦＡＢ形状や高温環境下における良好な接合信頼性をもたらしつつ、２ｎｄ接合部における接合性にも優れる。また、条件（１）を満たす被覆層を含むことにより、連続ボンディング時のキャピラリ詰まりを抑制することができ、半導体装置の生産性を良好に保つことが可能である。
　条件（１）において、被覆層は、被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有する。本発明において、被覆層についていう「Ｎｉを主成分とする領域」とは、Ｎｉの濃度が５０原子％以上である領域を意味する。後述のとおり、被覆層は、Ｃｕ以外の導電性金属として、Ｎｉのほか、ワイヤ表面側にＡｕを含み、さらにＰｄ等の導電性金属を含んでもよいが、良好なＦＡＢ形状や高温環境下における良好な接合信頼性、特に１ｓｔ接合部の接合信頼性をもたらす観点から、ワイヤ全体に対するＮｉ、Ａｕ、Ｐｄの合計濃度ＣＭ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＮｉ／ＣＭが、好ましくは０．５以上、より好ましくは０．６以上、さらに好ましくは０．７以上又は０．８以上となるように、被覆層はＮｉを含むことが好適である。上記の比ＣＮｉ／ＣＭの上限は、条件（２）～（４）を満たす限り特に限定されず、例えば、０．９９５以下又は０．９９以下などとし得る。斯かる比ＣＮｉ／ＣＭは、後述の［元素含有量の測定］に記載の方法により測定したワイヤ全体に対するＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）を、同様に測定したＮｉ、Ａｕ、Ｐｄの合計濃度ＣＭ（質量％）で除すことにより算出することができる。
　条件（１）について、被覆層が、被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有することや、ワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有することは、ワイヤの表面からＡｒスパッタリングにより深さ方向（ワイヤ中心への方向）に掘り下げていきながら、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により組成分析を行うことにより確認することができる。詳細には、１）ワイヤ表面の組成分析を行った後、さらに２）Ａｒによるスパッタリングと３）スパッタリング後の表面の組成分析とを繰り返すことで、ワイヤの表面から深さ（中心）方向の各元素の濃度変化（所謂、深さ方向の濃度プロファイル）を取得し、該濃度プロファイルから確認することができる。本発明において、深さ方向の濃度プロファイルを取得するにあたって、深さの単位はＳｉＯ２換算とした。
　１）ワイヤ表面の組成分析や３）スパッタリング後の表面の組成分析を行うにあたり、測定面の位置及び寸法は、以下のとおり決定する。なお、以下において、測定面の幅とは、ワイヤ軸に垂直な方向（ワイヤの太さ方向）における測定面の寸法をいい、測定面の長さとは、ワイヤ軸の方向（ワイヤの長さ方向）における測定面の寸法をいう。図１を参照してさらに説明する。図１は、ワイヤ１の平面視概略図であり、ワイヤ軸の方向（ワイヤの長さ方向）が図１の垂直方向（上下方向）に、また、ワイヤ軸に垂直な方向（ワイヤの太さ方向）が図１の水平方向（左右方向）にそれぞれ対応するように示している。図１には、ワイヤ１との関係において測定面２を示すが、測定面２の幅は、ワイヤ軸に垂直な方向における測定面の寸法ｗａであり、測定面２の長さは、ワイヤ軸の方向における測定面の寸法ｌａである。
　本発明においては、ワイヤ軸に垂直な方向におけるワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下となるように測定面を決定する。測定面の長さは、測定面の幅の５倍となるように設定する。図１において、ワイヤの幅は符号Ｗで示し、ワイヤの幅の中心を一点鎖線Ｘで示している。したがって、測定面２は、その幅の中心がワイヤの幅の中心である一点鎖線Ｘと一致するように位置決めし、かつ、測定面の幅ｗａがワイヤ直径（ワイヤの幅Ｗと同値）の５％以上１５％以下、すなわち０．０５Ｗ以上０．１５Ｗ以下となるように決定する。また、測定面の長さｌａは、ｌａ＝５ｗａの関係を満たす。測定面の位置及び寸法を上記のとおり決定することにより、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、良好な２ｎｄ接合部における接合性をもたらすのに好適な、被覆層におけるＮｉを主成分とする領域やＡｕとＮｉを含む領域の存在を精度良く確認することができる。
　本発明において、被覆層が、被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有し、かつ、ワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有することは、後述の［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）による被覆層の厚さ分析］欄に記載の条件にて測定した結果に基づくものである。
　一実施形態に係る本発明のワイヤについて求められた、深さ方向の濃度プロファイルについて、その傾向を以下に説明する。ワイヤの表面から一定の深さ位置までは、ＡｕとＮｉを含む領域が存在する。該領域では、ワイヤの表面から深さ方向にＡｕの濃度が低下すると共にＮｉの濃度が上昇する傾向にある。さらに深さ方向に進むと、Ｎｉの濃度が最大値となり、次いでＮｉの濃度が低下すると共にＣｕの濃度が上昇する傾向にある。Ｎｉは或る深さ位置（ｄ１）において最大濃度を示してもよく、或る深さの範囲（ｄ１～ｄ２）にわたって最大値を示してもよい。このような濃度プロファイルにおいて、ＡｕやＮｉの濃度の増減に着目して、ＡｕとＮｉを共に含む領域やＮｉを主成分とする領域の存在、これら領域の位置を求めることができる。また、このような濃度プロファイルにおいて、ＡｕやＮｉの濃度の増減に着目して、それらの濃度が最大となる位置から、Ａｕ、Ｎｉの最大濃度を求めることができる。被覆層におけるＡｕやＮｉの最大濃度を求めるにあたっては、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した複数箇所（ｎ≧３）の測定面について濃度プロファイルを取得し、その算術平均値を採用することが好適である。Ｎｉの最大濃度の好適範囲は後述するが、Ｎｉの最大濃度が５０質量％以上である場合に、上記「Ｎｉを主成分とする領域」が存在するといえる。
　好適な一実施形態において、ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいてＡｕの最大濃度を示す位置がＮｉの最大濃度を示す位置よりもワイヤの表面側にある。
　条件（２）～（４）との組み合わせにおいて、高温環境下におけるいっそう良好な接合信頼性、特に１ｓｔ接合部の接合信頼性を実現する観点から、ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいてＮｉの最大濃度は、好ましくは８０原子％以上、より好ましくは８５原子％以上、さらに好ましくは９０原子％以上、９０原子％超、９２原子％以上、９４原子％以上又は９５原子％以上である。被覆層におけるＮｉの最大濃度の上限は、特に限定されず、例えば１００質量％であってもよい。
　－条件（２）－
　条件（２）は、被覆層の厚さに関する。
　条件（１）、（３）、（４）との組み合わせにおいて、条件（２）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、高温環境下における良好な接合信頼性をもたらすことができる。
　条件（２）について、被覆層の厚さ（算出方法は後述する。）は、良好なＦＡＢ形状を実現すると共に良好な接合信頼性、特に１ｓｔ接合部の接合信頼性を実現する観点から、１０ｎｍ以上であり、好ましくは１２ｎｍ以上、より好ましくは１４ｎｍ以上、さらに好ましくは１５ｎｍ以上、さらにより好ましくは１６ｎｍ以上、特に好ましくは１８ｎｍ以上又は２０ｎｍ以上である。特に被覆層の厚さが１８ｎｍ以上であると、良好なＦＡＢ形状を実現し得ることに加えて一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現し得ると共に、１ｓｔ接合部の接合信頼性もいっそう向上させ易いため好適である。したがって好適な一実施形態において、被覆層の厚さは１８ｎｍ以上である。なお、被覆層の厚さが１０ｎｍ未満であると、ＦＡＢ形成時に偏芯が発生しＦＡＢ形状が悪化すると共に、１ｓｔ接合部の圧着形状が悪化する傾向にある。また、被覆層の厚さの上限は、良好なＦＡＢ形状を実現する観点から、１３０ｎｍ以下であり、好ましくは１２５ｎｍ以下、１２０ｎｍ以下、１１５ｎｍ以下、１１０ｎｍ以下、１０５ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、９５ｎｍ以下又は９０ｎｍ以下である。被覆層の厚さが１３０ｎｍ超であると、ＦＡＢ形成時に異形や溶融不良が発生しＦＡＢ形状が悪化すると共に、１ｓｔ接合部の圧着形状が悪化する傾向にある。
　条件（２）における被覆層の厚さは、上記の深さ方向の濃度プロファイルから決定することができる。はじめに、Ｃｕ芯材と被覆層との境界を、Ｃｕの濃度を基準に判定する。Ｃｕの濃度が５０原子％の位置を境界と判定し、Ｃｕの濃度が５０原子％以上の領域をＣｕ芯材、５０原子％未満の領域を被覆層とする。本発明においてＣｕ芯材と被覆層との境界は必ずしも結晶粒界である必要はない。そして、被覆層の厚さは、ワイヤ表面からワイヤ中心側に向けて濃度プロファイルを確認し、ワイヤ表面位置から、芯材であるＣｕの濃度が５０原子％にはじめて達した深さ位置までの距離として求めることができる。本発明において、深さ方向の濃度プロファイルから被覆層の厚さを決定するにあたって、深さの単位はＳｉＯ２換算とした。また、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した複数箇所（ｎ≧３）の測定面について濃度プロファイルを取得し、その算術平均値を採用することが好適である。
　－条件（３）－
　条件（３）は、ワイヤ全体に対するＡｕの濃度ＣＡｕ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＡｕ／ＣＮｉの範囲に関する。
　条件（１）、（２）、（４）との組み合わせにおいて、条件（３）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、高温環境下における良好な接合信頼性をもたらしつつ、良好なＦＡＢ形状と良好な２ｎｄ接合部における接合性をもたらすことができる。また、条件（３）を満たす被覆層を含むことにより、連続ボンディング時のキャピラリ詰まりを抑制することができ、半導体装置の生産性を良好に保つことが可能である。
　条件（３）について、比ＣＡｕ／ＣＮｉは、良好な２ｎｄ接合部における接合性を実現する観点、連続ボンディング時のキャピラリ詰まりを抑制する観点から、０．０２以上であり、好ましくは０．０４以上、より好ましくは０．０５以上、０．０６以上、０．０８以上又は０．１以上である。比ＣＡｕ／ＣＮｉが０．０２未満であると、２ｎｄ接合部における接合性が悪化する傾向にあり、また、連続ボンディング時のキャピラリ詰まりの発生頻度も高まる傾向にある。また、比ＣＡｕ／ＣＮｉの上限は、良好なＦＡＢ形状をもたらす観点、良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現する観点から、０．７以下であり、好ましくは０．６５以下、より好ましくは０．６以下、０．５５以下、０．５以下、０．４８以下、０．４６以下又は０．４５以下である。比ＣＡｕ／ＣＮｉが０．７超であると、ＦＡＢ形成時に偏芯が発生しＦＡＢ形状が悪化すると共に、１ｓｔ接合部の圧着形状が悪化する傾向にある。
　条件（３）における比ＣＡｕ／ＣＮｉは、後述の［元素含有量の測定］に記載の方法により測定したワイヤ全体に対するＡｕの濃度ＣＡｕ（質量％）を、同様に測定したＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）で除すことにより算出することができる。
　－条件（４）－
　条件（４）は、ワイヤの表面におけるＡｕの濃度に関する。
　条件（１）～（３）との組み合わせにおいて、条件（４）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、良好なＦＡＢ形状と良好な２ｎｄ接合部における接合性をもたらすことができる。また、条件（４）を満たす被覆層を含むことにより、連続ボンディング時のキャピラリ詰まりを抑制することができ、半導体装置の生産性を良好に保つことが可能である。
　条件（４）について、良好な２ｎｄ接合部における接合性を実現する観点、連続ボンディング時のキャピラリ詰まりを抑制する観点から、本発明のワイヤの表面におけるＡｕの濃度は、１０原子％以上であり、好ましくは１５原子％以上、より好ましくは２０原子％以上、さらに好ましくは２５原子％以上、さらにより好ましくは３０原子％以上、３２原子％以上、３４原子％以上、３５原子％以上、３６原子％以上、３８原子％以上又は４０原子％以上である。ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が１０原子％未満であると、２ｎｄ接合部における接合性が悪化する傾向にあり、また、連続ボンディング時のキャピラリ詰まりの発生頻度も高まる傾向にある。ワイヤの表面におけるＡｕの濃度の上限は、良好なＦＡＢ形状を実現する観点、良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現する観点から、９０原子％以下であり、好ましくは８５原子％以下、より好ましくは８０原子％以下、７８原子％以下、７６原子％以下、７５原子％以下、７４原子％以下、７２原子％以下又は７０原子％以下である。ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が９０原子％超であると、ＦＡＢ形成時に偏芯が発生しＦＡＢ形状が悪化すると共に、１ｓｔ接合部の圧着形状が悪化する傾向にある。
　条件（４）におけるワイヤ表面のＡｕの濃度は、ワイヤ表面を測定面として、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によりワイヤ表面の組成分析を行って求めることができる。ここで、表面におけるＡｕの濃度を求めるにあたり、炭素（Ｃ）、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）等ガス成分、非金属元素等は考慮しない。
　ワイヤ表面の組成分析は、深さ方向の濃度プロファイルを取得する方法に関連して説明した、１）ワイヤ表面の組成分析と同様の条件で実施することができる。すなわち、ワイヤ表面についてオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により組成分析を行うにあたり、測定面の位置及び寸法は、以下のとおり決定する。
　ワイヤ軸に垂直な方向におけるワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下となるように測定面を決定する。測定面の長さは、測定面の幅の５倍となるように設定する。測定面の位置及び寸法を上記のとおり決定することにより、ＦＡＢ形状と２ｎｄ接合部における接合性を改善するのに好適な、ワイヤ表面におけるＡｕの濃度を精度良く測定することができる。また、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した複数箇所（ｎ≧３）の測定面について実施し、その算術平均値を採用することが好適である。
　上記の条件（４）におけるワイヤ表面のＡｕの濃度は、後述の［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によるワイヤ表面の組成分析］欄に記載の条件にて測定した結果に基づくものである。
　被覆層は、例えば、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上のドーパントを含有してよい。これらドーパントの好適な含有量は後述のとおりである。
　被覆層はまた、Ｃｕ以外の導電性金属としてＰｄを含有してもよい。例えば、ワイヤ全体に対するＰｄの濃度ＣＰｄ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉが０．８以下、０．６以下、０．５以下、０．４以下、０．３以下、０．２以下、０．１２以下、０．１１以下、０．１以下、０．０８以下、０．０６以下又は０．０５以下となるような量にて、被覆層はＰｄを含有してもよい。被覆層がＰｄを含有する場合、比ＣＰｄ／ＣＮｉの下限は特に限定されず、例えば０．０００１以上、０．０００５以上又は０．００１以上などとし得る。
　一実施形態において、被覆層は、Ｎｉ及びＡｕと；不可避不純物からなる。他の一実施形態において、被覆層は、Ｎｉ及びＡｕと；Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方と；不可避不純物とからなる。さらに他の一実施形態において、被覆層は、Ｎｉ及びＡｕと；Ｐｄ、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上の元素と；不可避不純物とからなる。さらに他の一実施形態において、被覆層は、Ｎｉ及びＡｕと；Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方と；Ｐｄ、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上の元素と；不可避不純物とからなる。なお、被覆層についていう用語「不可避不純物」には、先述のＣｕ芯材を構成する元素も包含される。
　本発明のワイヤは、Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方を含有することを特徴とする。上記の条件（１）乃至（４）を全て満たす被覆層を含むと共に、ワイヤ全体に対しＩｎ及びＡｇの少なくとも一方を１質量ｐｐｍ以上含有することにより、本発明のワイヤは、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、２ｎｄ接合部における接合性も良好であり、さらには高温環境下で１ｓｔ接合部及び２ｎｄ接合部の双方において良好な接合信頼性をもたらすことができる。
　したがって本発明のワイヤは、上記の条件（１）乃至（４）を全て満たす被覆層を含むと共に、以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす。
　（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上
　（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上
　－条件（ｉ）－
　条件（ｉ）は、ワイヤ全体に対するＩｎの濃度に関する。条件（ｉ）について、高温環境下での接合信頼性を改善する観点から、中でも、ワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、ワイヤ全体に対するＩｎの濃度は、１質量ｐｐｍ以上であり、好ましくは２質量ｐｐｍ以上、３質量ｐｐｍ以上、４質量ｐｐｍ以上又は５質量ｐｐｍ以上、より好ましくは６質量ｐｐｍ以上、８質量ｐｐｍ以上又は１０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは２０質量ｐｐｍ以上、３０質量ｐｐｍ以上又は４０質量ｐｐｍ以上、さらにより好ましくは５０質量ｐｐｍ以上である。特にワイヤ全体に対するＩｎの濃度が５０質量ｐｐｍ以上であると、ワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現し易いため好適である。ワイヤ全体に対するＩｎの濃度の上限は、それ以上含有させても高温環境下における２ｎｄ接合部の接合信頼性の向上効果は頭打ちとなるため、コスト等を考慮して、例えば１００質量ｐｐｍ以下、９５質量ｐｐｍ以下、９０質量ｐｐｍ以下などとし得る。したがって一実施形態において、本発明のワイヤが条件（ｉ）を満たす場合、ワイヤ全体に対するＩｎの濃度は１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。
　－条件（ｉｉ）－
　条件（ｉｉ）は、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度に関する。条件（ｉｉ）について、高温環境下での接合信頼性を改善する観点から、中でも、ワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度は、１質量ｐｐｍ以上であり、好ましくは２質量ｐｐｍ以上、３質量ｐｐｍ以上、４質量ｐｐｍ以上又は５質量ｐｐｍ以上、より好ましくは１０質量ｐｐｍ以上、２０質量ｐｐｍ以上、３０質量ｐｐｍ以上、４０質量ｐｐｍ以上又は５０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは６０質量ｐｐｍ以上又は８０質量ｐｐｍ以上、さらにより好ましくは１００質量ｐｐｍ以上である。特にワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１００質量ｐｐｍ以上であると、ワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現し易いため好適である。ワイヤ全体に対するＡｇの濃度の上限は、それ以上含有させても高温環境下における２ｎｄ接合部の接合信頼性の向上効果は頭打ちとなるため、コスト等を考慮して、例えば５００質量ｐｐｍ以下、４８０質量ｐｐｍ以下、４６０質量ｐｐｍ以下、４５０質量ｐｐｍ以下などとし得る。したがって一実施形態において、本発明のワイヤが条件（ｉｉ）を満たす場合、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度は１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下である。
　条件（ｉ）、（ｉｉ）のどちらも満たさない場合、すなわち、ワイヤ全体に対するＩｎ、Ａｇの何れの濃度も１質量ｐｐｍ未満である場合、温度２００℃といった過酷な高温環境下においては２ｎｄ接合部の接合信頼性が損なわれる傾向にある。先述のとおり、斯かる傾向は、ボンディングワイヤの線径が太くなるにつれて顕著となる。
　条件（ｉ）、（ｉｉ）について、Ｉｎ及びＡｇの濃度の好適範囲は先述したとおりである。より好適な一実施形態において、本発明のワイヤは、以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす。
　（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以上
　（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以上
　なお、条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす場合において、ワイヤ全体に対するＩｎとＡｇの総計濃度は、本発明の効果をより享受し得る観点から、１質量ｐｐｍ以上であり、好ましくは２質量ｐｐｍ以上、３質量ｐｐｍ以上、４質量ｐｐｍ以上又は５質量ｐｐｍ以上、より好ましくは６質量ｐｐｍ以上、８質量ｐｐｍ以上又は１０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは２０質量ｐｐｍ以上、３０質量ｐｐｍ以上又は４０質量ｐｐｍ以上、さらにより好ましくは５０質量ｐｐｍ以上、６０質量ｐｐｍ以上又は７０質量ｐｐｍ以上であり、その上限は、好ましくは６００質量ｐｐｍ以下、より好ましくは５５０質量ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５００質量ｐｐｍ以下である。
　本発明のワイヤにおいて、Ｉｎ、ＡｇはＣｕ芯材及び被覆層のいずれか一方に含有されていてもよく、その両方に含有されていてもよい。高温環境下での接合信頼性を改善する観点から、中でも、ワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、Ｉｎ、Ａｇは、Ｃｕ芯材中に含有されていることが好適である。
　本発明のワイヤは、Ｂ、Ｐ及びＭｇからなる群から選択される１種以上の元素（「第１添加元素」）をさらに含有してよい。本発明のワイヤが第１添加元素を含有する場合、ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度は１質量ｐｐｍ以上であることが好ましい。これにより、より良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすボンディングワイヤを実現することができる。ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度は２質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、３質量ｐｐｍ以上、５質量ｐｐｍ以上、８質量ｐｐｍ以上、１０質量ｐｐｍ以上、１５質量ｐｐｍ以上又は２０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。ワイヤの硬質化を抑え１ｓｔ接合時のチップ損傷を低減する観点から、第１添加元素の総計濃度は１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、９０質量ｐｐｍ以下、８０質量ｐｐｍ以下、７０質量ｐｐｍ以下、６０質量ｐｐｍ以下又は５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。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、第１添加元素を含み、ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。
　本発明のワイヤが第１添加元素を含有する場合、第１添加元素は、Ｃｕ芯材及び被覆層のいずれか一方に含有されていてもよく、その両方に含有されていてもよい。よりいっそう良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすボンディングワイヤを実現する観点から、第１添加元素は、Ｃｕ芯材中に含有されていることが好適である。
　本発明のワイヤは、Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択される１種以上の元素（「第２添加元素」）をさらに含有してよい。本発明のワイヤが第２添加元素を含有する場合、ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度は１質量ｐｐｍ以上であることが好ましい。これにより、高温環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性を改善することができる。ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度は２質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、３質量ｐｐｍ以上、５質量ｐｐｍ以上、８質量ｐｐｍ以上、１０質量ｐｐｍ以上、１５質量ｐｐｍ以上又は２０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。良好なＦＡＢ形状を実現する観点、良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現する観点から、第２添加元素の総計濃度は１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、９０質量ｐｐｍ以下、８０質量ｐｐｍ以下、７０質量ｐｐｍ以下、６０質量ｐｐｍ以下又は５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。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、第２添加元素を含み、ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。
　本発明のワイヤが第２添加元素を含有する場合、第２添加元素は、Ｃｕ芯材及び被覆層のいずれか一方に含有されていてもよく、その両方に含有されていてもよい。高温環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性をよりいっそう改善する観点から、第２添加元素は、被覆層中に含有されていることが好適である。被覆層が第２添加元素を含有する場合、第２添加元素は、ワイヤ表面側にあるＡｕとＮｉを含む領域に含有されていてもよく、芯材側にあるＮｉを主成分とする領域に含有されていてもよい。また被覆層がＰｄを含有する場合、該Ｐｄと共に第２添加元素が含有されていてもよい。
　本発明のワイヤは、Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される１種以上の元素（「第３添加元素」）をさらに含有してよい。本発明のワイヤが第３添加元素を含有する場合、ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度は０．０１１質量％以上であることが好ましい。これにより、高温環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性をいっそう改善することができる。ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度は０．０１５質量％以上であることがより好ましく、０．０２質量％以上、０．０２５質量％以上、０．０３質量％以上、０．０３１質量％以上、０．０３５質量％以上、０．０４質量％以上、０．０５質量％以上、０．０７質量％以上、０．０９質量％以上、０．１質量％以上、０．１２質量％以上、０．１４質量％以上、０．１５質量％以上又は０．２質量％以上であることがさらに好ましい。良好なＦＡＢ形状を実現する観点、良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現する観点、良好な２ｎｄ接合性を実現する観点から、第３添加元素の総計濃度は１．５質量％以下であることが好ましく、１．４質量％以下、１．３質量％以下又は１．２質量％以下であることがより好ましい。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、第３添加元素を含み、ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度が０．０１１質量％以上１．５質量％以下である。
　本発明のワイヤが第３添加元素を含有する場合、第３添加元素は、Ｃｕ芯材及び被覆層のいずれか一方に含有されていてもよく、その両方に含有されていてもよい。
　ワイヤ中のＩｎ、Ａｇ、第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素の含有量は、後述の［元素含有量の測定］に記載の方法により測定することができる。
　本発明のワイヤにおいて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄの総計濃度は、例えば、９８．４質量％以上、９８．５量％以上、９８．６質量％以上、又は９８．７質量％以上などとし得る。
　－その他の好適条件－
　以下、本発明のワイヤがさらに満たすことが好適な条件について説明する。
　本発明のワイヤは、該ワイヤを用いてＦＡＢを形成したとき、該ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上であることが好ましい。これにより、一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現することができる。
　先述のとおり、ボンディングワイヤによる接続プロセスは、半導体チップ上の電極に１ｓｔ接合し、次にループを形成した後、リードフレームや基板上の外部電極にワイヤ部を２ｎｄ接合することで完了する。１ｓｔ接合は、ワイヤ先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力によりＦＡＢを形成した後に、該ＦＡＢを半導体チップ上の電極に圧着接合（ボール接合）する。本発明者らは、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合（以下、単に「ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合」ともいう。）が３０％以上となるようなワイヤが、一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現することができることを見出したものである。
　よりいっそう良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現する観点から、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合が、より好ましくは３５％以上、さらに好ましくは４０％以上、さらにより好ましくは４５％以上、特に好ましくは５０％以上、５５％以上又は６０％となるワイヤが好適である。特にＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合が５０％以上となるワイヤは、格別良好な１ｓｔ接合部の圧着形状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、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合は３０％以上であり、より好適には５０％以上である。ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合の上限は特に限定されず、例えば、１００％であってもよく、９９．５％以下、９９％以下、９８％以下などであってもよい。
　図２を参照して、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面について説明する。図２には、ワイヤ１の先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力によりＦＡＢ１０を形成した際の概略図を示す。形成したＦＡＢ１０を半導体チップ上の電極（図示せず）に圧着接合する。図２では、ＦＡＢ１０の圧着接合方向は矢印Ｚで示された方向（図２における垂直方向（上下方向））であり、圧着接合方向Ｚに垂直な断面は、該方向Ｚに垂直な点線Ａ－Ａに沿ってＦＡＢを切断して露出する断面である。ここで、断面出しを行う際の基準となる点線Ａ－Ａは、露出断面の直径が最大となる位置、すなわちＦＡＢの直径をＤとしたとき露出断面の直径がＤとなる位置に設定する。断面出し作業においては直線Ａ－Ａが狙いからズレてしまい露出断面の直径がＤよりも小さくなることもあり得るが、露出断面の直径が０．９Ｄ以上あれば、そのズレが結晶方位の割合に与える影響は無視できるほど小さい為、許容出来るものとする。
　ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位は、後方散乱電子線回折（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法を用いて測定することができる。ＥＢＳＤ法に用いる装置は、走査型電子顕微鏡とそれに備え付けた検出器によって構成される。ＥＢＳＤ法は、試料に電子線を照射したときに発生する反射電子の回折パターンを検出器上に投影し、その回折パターンを解析することによって、各測定点の結晶方位を決定する手法である。ＥＢＳＤ法によって得られたデータの解析には専用ソフト（株式会社ＴＳＬソリューションズ製　ＯＩＭ　ａｎａｌｙｓｉｓ等）を用いることができる。ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面を検査面とし、装置に付属している解析ソフトを利用することにより、特定の結晶方位の割合を算出できる。
　本発明において、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合は、測定面積に対する＜１００＞結晶方位の面積を百分率で表したものと定義する。該割合の算出にあたっては、測定面内で、ある信頼度を基準に同定できた結晶方位のみを採用し、結晶方位が測定できない部位、あるいは測定できても方位解析の信頼度が低い部位等は測定面積および＜１００＞結晶方位の面積から除外して計算した。ここで除外されるデータが例えば全体の２割を超えるような場合は、測定対象に何某かの汚染があった可能性が高いため、断面出しから再度実施すべきである。また、本発明において、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合は、３つ以上のＦＡＢについて測定して得られた割合の各値の算術平均とした。
　ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上となるワイヤが一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現することができる理由について、本発明者らは以下のとおり推察している。
　金属は、特定の結晶面、結晶方向にすべることで（その面、その方向を「すべり面」、「すべり方向」ともいう。）、変形することが知られている。本発明のワイヤを用いて形成されるＦＡＢは、主に芯材であるＣｕ又はＣｕ合金から構成され、その結晶構造は面心立方構造である。このような結晶構造をとる場合、圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位が＜１００＞であると、圧着面に対して４５度の方向に金属のすべりが発生して変形するため、ＦＡＢは圧着面に対しては４５度方向に、圧着面と平行な平面に対しては放射状に広がりながら変形する。その結果、圧着形状はより真円に近くなるものと推察している。
　本発明において、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合は、被覆層の厚さや被覆層中のＮｉ濃度、芯材のＣｕ純度を調整することにより、所期の範囲となる傾向にある。例えば、被覆層の厚さがＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合に影響を与える理由について、本発明者らは次のとおり推察している。すなわち、溶融の段階で被覆層のＮｉがＦＡＢ中心側に向けて適度に拡散混合し、その適度に拡散混合したＮｉを固溶して含有するＣｕ又はＣｕ合金が、圧着接合方向に対して＜１００＞結晶方位が配向するものと考えられる。そして、被覆層の厚さが所定の範囲にあると溶融時のＮｉの拡散混合が適度となり圧着接合方向に対して＜１００＞結晶方位が配向し易く、他方、被覆層の厚さが薄すぎると配向性がないランダムな結晶方位となり易く、被覆層の厚さが厚すぎると異なる結晶方位が優先的となり易いものと推察している。
　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３０μｍ以上、３５μｍ以上又は４０μｍ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８０μｍ以下、７０μｍ以下又は５０μｍ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。
　まず、高純度（４Ｎ～６Ｎ；９９．９９～９９．９９９９質量％以上）の原料銅を連続鋳造により大径（直径約３～６ｍｍ）に加工し、インゴットを得る。
　上述のＩｎ、Ａｇ、また添加する場合には第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素等のドーパントの添加方法としては、例えば、Ｃｕ芯材中に含有させる方法、被覆層中に含有させる方法、Ｃｕ芯材の表面に被着させる方法、及び、被覆層の表面に被着させる方法が挙げられ、これらの方法を複数組み合わせてもよい。何れの添加方法を採用しても、本発明の効果を発揮することができる。ドーパントをＣｕ芯材中に含有させる方法では、ドーパントを必要な濃度含有した銅合金を原料として用い、Ｃｕ芯材を製造すればよい。原材料であるＣｕにドーパントを添加して斯かる銅合金を得る場合、Ｃｕに、高純度のドーパント成分を直接添加してもよく、ドーパント成分を１％程度含有する母合金を利用してもよい。ドーパントを被覆層中に含有させる方法では、被覆層を形成する際のＮｉ、Ａｕ、Ｐｄめっき浴（湿式めっきの場合）やターゲット材（乾式めっきの場合）中にドーパントを含有させればよい。Ｃｕ芯材の表面に被着させる方法や被覆層の表面に被着させる方法では、Ｃｕ芯材の表面あるいは被覆層の表面を被着面として、（１）水溶液の塗布⇒乾燥⇒熱処理、（２）めっき法（湿式）、（３）蒸着法（乾式）、から選択される１以上の被着処理を実施すればよい。
　大径のインゴットを鍛造、圧延、伸線を行って直径約０．７～２．０ｍｍのＣｕ又はＣｕ合金からなるワイヤ（以下、「中間ワイヤ」ともいう。）を作製する。
　Ｃｕ芯材の表面に被覆層を形成する手法としては、電解めっき、無電解めっき、蒸着法等が利用できるが、膜厚を安定的に制御できる電解めっきを利用するのが工業的には好ましい。例えば、中間ワイヤ表面に被覆層を形成してよい。被覆層はまた、大径のインゴットの段階で被着することとしてもよく、あるいは、中間ワイヤを伸線してさらに細線化した後（例えば最終的なＣｕ芯材の直径まで伸線した後）に、該Ｃｕ芯材表面に被覆層を形成してよい。Ｐｄを含有する被覆層を形成する場合、所期の被覆層の構成に応じて、Ｎｉめっき液、Ｐｄめっき液、ＮｉとＰｄを所定比率にて含むめっき液を用いるなどして、被覆層を形成すればよい。例えば、Ｎｉめっき液を用いてＮｉ層を設けた後、Ｐｄめっき液やＮｉとＰｄを所定比率にて含むめっき液を用いてＰｄ層やＰｄＮｉ合金層を設けて被覆層を形成してよい。Ｃｕ芯材との密着性に優れる被覆層を形成する観点から、Ｃｕ芯材の表面に、導電性金属のストライクめっきを施した後で、所定の被覆層を形成してもよい。
　被覆層がワイヤ表面側に有するＡｕとＮｉを含む領域は、上述したものと同様の手法により、被覆層の表面側にＡｕ層を設けることにより形成することができる。
　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。熱処理によりワイヤ表面のＡｕ層と下層のＮｉ層（設ける場合にはＰｄ層やＰｄＮｉ合金層）との間で構成元素を互いに拡散させて、被覆層のワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を形成することができる。その方法としては一定の炉内温度で電気炉中、ワイヤを一定の速度の下で連続的に掃引することで合金化を促す方法が、確実にワイヤ表面におけるＡｕ濃度を所期の範囲に制御できるので好ましい。なお、被覆層上にＡｕ層を追加で設けた後に熱処理によってＡｕとＮｉを含有する領域を形成する方法に代えて、最初からＡｕとＮｉを含有する合金領域を被着する方法を採用してもよい。
　本発明のワイヤは、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、良好な２ｎｄ接合部における接合性をもたらすことができ、さらには高温環境下で１ｓｔ接合部及び２ｎｄ接合部の双方における良好な接合信頼性をもたらすことができる。したがって本発明のボンディングワイヤは、特に車載用デバイスやパワーデバイス用のボンディングワイヤ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ボンディングワイヤを用いて、半導体チップ上の電極と、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、半導体チップ、及び回路基板と半導体チップ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チップは特に限定されず、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チップを用いてよい。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２０２０－１５０１１６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チップ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）
　まずサンプルの作製方法について説明する。Ｃｕ芯材の原材料となるＣｕは、純度が９９．９９質量％以上（４Ｎ）で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。また、Ｉｎ、Ａｇや、添加する場合には第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素は、純度が９９質量％以上で残部が不可避不純物から構成されるもの、あるいはＣｕにこれら添加元素が高濃度で配合された母合金を用いた。
　芯材のＣｕ合金は、まず、黒鉛るつぼに原料を装填し、高周波炉を用いて、Ｎ２ガスやＡｒガス等の不活性雰囲気で１０９０～１５００℃まで加熱して溶解した後、連続鋳造により直径約３～６ｍｍのインゴットを製造した。次に、得られたインゴットに対して、引抜加工を行って直径約０．７～２．０ｍｍの中間ワイヤを作製し、更にダイスを用いて連続的に伸線加工等を行うことによって、被覆する線径までワイヤを細径化した。伸線加工では、市販の潤滑液を用い、伸線速度は２０～１５０ｍ／分とした。被覆層の形成は、ワイヤ表面の酸化膜を除去するために、塩酸または硫酸による酸洗処理を行った後、芯材のＣｕ合金の表面全体を覆うようにＮｉ層を形成し、その表面にＡｕ層を設けた。また、一部の実施例においては、Ｎｉ層を形成した後、Ｐｄ層を設け、次いでＡｕ層を設けた。Ｎｉ層、Ａｕ層、Ｐｄ層の形成には電解めっき法を用いた。Ｎｉめっき液、Ａｕめっき液、Ｐｄめっき液は市販のめっき液を準備し、適宜調製して用いた。
　その後、さらに伸線加工等を行い、最終線径であるφ５０μｍまで加工した。必要に応じて、伸線加工の途中において、３００～７００℃、２～１５秒間の中間熱処理を１～２回行った。中間熱処理を行う場合、ワイヤを連続的に掃引し、Ｎ２ガスもしくはＡｒガスを流しながら行った。最終線径まで加工後、ワイヤを連続的に掃引し、Ｎ２ガスもしくはＡｒガスを流しながら調質熱処理を行った。調質熱処理の熱処理温度は２００～６００℃とし、ワイヤの送り速度は２０～２００ｍ／分、熱処理時間は０．２～１．０秒とした。被覆層が薄い場合やＡｕ濃度が低い場合には熱処理温度を低め、ワイヤの送り速度を速めに設定し、逆の場合は熱処理温度を高め、ワイヤの送り速度を遅めに設定した。
　（試験・評価方法）
　以下、試験・評価方法について説明する。
　［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によるワイヤ表面の組成分析］
　ワイヤ表面におけるＡｕの濃度は、ワイヤ表面を測定面として、以下のとおりオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定して求めた。
　まず測定に供するボンディングワイヤを試料ホルダーに直線状に固定した。次いで、ワイヤ軸に垂直な方向におけるワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下となるように測定面を決定した。測定面の長さは測定面の幅の５倍とした。そして、ＡＥＳ装置（アルバック・ファイ製ＰＨＩ－７００）を用いて、加速電圧１０ｋＶの条件にてワイヤ表面の組成分析を行い、表面Ａｕ濃度（原子％）を求めた。
　なお、ＡＥＳによる組成分析は、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した３箇所の測定面について実施し、その算術平均値を採用した。表面におけるＡｕの濃度を求めるにあたり、炭素（Ｃ）、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）等ガス成分、非金属元素等は考慮しなかった。
　［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）による被覆層の厚さ分析］
　被覆層の厚さ分析にはＡＥＳによる深さ分析を用いた。ＡＥＳによる深さ分析とは組成分析とスパッタリングを交互に行うことで深さ方向の組成の変化を分析するものであり、ワイヤ表面から深さ（中心）方向の各元素の濃度変化（所謂、深さ方向の濃度プロファイル）を得ることが出来る。
　具体的には、ＡＥＳにより、１）ワイヤ表面の組成分析を行った後、さらに２）Ａｒによるスパッタリングと３）スパッタリング後の表面の組成分析とを繰り返すことで深さ方向の濃度プロファイルを取得した。２）のスパッタリングは、Ａｒ＋イオン、加速電圧２ｋＶにて行った。また、１）、３）の表面の組成分析において、測定面の寸法やＡＥＳによる組成分析の条件は、上記［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によるワイヤ表面の組成分析］欄で説明したものと同じとした。
　なお、深さ方向の濃度プロファイルの取得は、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した３箇所の測定面について実施した。
　－被覆層の厚さ－
　取得した深さ方向の濃度プロファイルにおいて、ワイヤ表面からワイヤ中心側に向けて濃度プロファイルを確認し、ワイヤ表面位置から、芯材であるＣｕの濃度が５０原子％にはじめて達した深さ位置までの距離を、測定された被覆層の厚さとして求めた。３箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を被覆層の厚さとして採用した。
　なお、ＡＥＳ分析にて測定される深さは、スパッタリング速度と時間の積として求められる。一般にスパッタリング速度は標準試料であるＳｉＯ２を使用して測定されるため、ＡＥＳで分析された深さはＳｉＯ２換算値となる。つまり被覆層の厚さの単位にはＳｉＯ２換算値を用いた。
　－被覆層におけるＮｉ等の最大濃度－
　取得した深さ方向の濃度プロファイルにおいて、Ｎｉの濃度の増減に着目して、Ｎｉの濃度が最大となる位置から、それらの最大濃度を求めた。３箇所の測定面について取得した数値の算術平均値をＮｉの最大濃度として採用した。
　なお、実施例のワイヤに関して、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有すること、ワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有すること、Ｎｉの最大濃度が８０原子％以上であること、また、Ａｕの最大濃度を示す位置がＮｉの最大濃度を示す位置よりも表面側にあることを確認した。被覆層がＰｄを含む領域を有する実施例のワイヤに関しては、Ｐｄの最大濃度を示す位置がＮｉの最大濃度を示す位置よりも表面側にあること、また、Ｐｄの最大濃度を示す位置がＡｕの最大濃度を示す位置とＮｉの最大濃度を示す位置との間にあることを確認した。
　［元素含有量の測定］
　ワイヤ中のＡｕ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｐｄ、第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素の含有量は、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質量分析装置を用いて分析し、ワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出した。分析装置として、ＩＣＰ－ＯＥＳ（（株）日立ハイテクサイエンス製「ＰＳ３５２０ＵＶＤＤＩＩ」）又はＩＣＰ－ＭＳ（アジレント・テクノロジーズ（株）製「Ａｇｉｌｅｎｔ　７７００ｘ　ＩＣＰ－ＭＳ」）を用いた。なお、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄの合計濃度ＣＭ（質量％）は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄの各濃度を合計することにより算出した。
　［ＦＡＢ形状］
　ＦＡＢ形状の評価は、リードフレームに、市販のワイヤボンダーを用いてＦＡＢを作製し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した（評価数Ｎ＝１００）。なお、ＦＡＢは電流値３０～７５ｍＡ、ＥＦＯのギャップを７６２μｍ、テイルの長さを５００μｍに設定し、Ｎ２＋５％Ｈ２ガスを流量０．４～０．６Ｌ／分で流しながら形成し、その径はワイヤ線径に対して１．５～１．９倍の範囲とした。ＦＡＢ形状の判定は、真球状のものを良好と判定し、偏芯、異形、溶融不良が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５箇所以下
　△：不良６～１０箇所（実用上問題なし）
　×：不良１１箇所以上
　［ＦＡＢの断面における結晶方位の測定］
　市販のワイヤボンダーを用いて、上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件でＦＡＢを形成し、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面を測定面として結晶方位を測定した。本発明において、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面とは、図２に示す点線Ａ－Ａに沿ってＦＡＢを切断して露出する断面を意味し、基準となる点線Ａ－Ａは、露出断面の直径が最大となる位置に設定した。測定には、ＥＢＳＤ法を用い、装置に付属している解析ソフトを利用することにより、前述の手順で＜１００＞結晶方位の割合を算出した。３つのＦＡＢについて測定し、得られた割合の各値を算術平均して、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合とした。
　［２ｎｄ接合部の接合性］
　２ｎｄ接合部の接合性は、２ｎｄ接合ウィンドウ試験により評価した。２ｎｄ接合ウィンドウ試験は、横軸に２ｎｄ接合時の超音波電流を１４０ｍＡから１８０ｍＡまで１０ｍＡごとに５段階設け、縦軸に２ｎｄ接合時の荷重を８０ｇｆから１２０ｇｆまで１０ｇｆごとに５段階設け、全２５の２ｎｄ接合条件につき接合可能な条件の数を求める試験である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本試験は、実施例及び比較例の各ワイヤについて、市販のワイヤボンダーを用いて、リードフレームのリード部分に、各条件につき２００本ずつボンディングを行った。リードフレームには、Ａｇめっきを施したリードフレームを用い、ステージ温度２００℃、Ｎ２＋５％Ｈ２ガス０．５Ｌ／分流通下にボンディングを行った。そして、不着やボンダの停止の問題なしに連続ボンディングできた条件の数を求め、以下の基準に従って、評価した。
　評価基準：
　◎：２４条件以上
　○：２２～２３条件
　×：２１条件以下
　［１ｓｔ接合部の接合信頼性］
　１ｓｔ接合部の接合信頼性は、高温放置試験（ＨＴＳＬ：High　Temperature　Storage　Life　Test）により評価した。
　一般的な金属フレーム上のＳｉ基板に厚さ２．０μｍのＡｌ－１．０質量％Ｓｉ－０．５質量％Ｃｕの合金を成膜して設けた電極に、市販のワイヤボンダーを用いてボール接合したサンプルを、市販の熱硬化性エポキシ樹脂により封止し、１ｓｔ接合部の接合信頼性試験用のサンプルを作製した。ボールは上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件で形成した。作製した接合信頼性評価用のサンプルを、高温恒温機を使用し、温度２００℃の環境に暴露した。１ｓｔ接合部の接合寿命は、５００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。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の５０箇所の測定値の算術平均値を用いた。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。そして、以下の基準に従って、評価した。
　評価基準：
◎◎：接合寿命２５００時間以上
　◎：接合寿命２０００時間以上２５００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
　［２ｎｄ接合部の接合信頼性］
　２ｎｄ接合部の接合信頼性は、高温放置試験（ＨＴＳＬ：High　Temperature　Storage　Life　Test）により評価した。
　リードフレームのリード部分に、市販のワイヤボンダーを用いてウェッジ接合したサンプルを、市販の熱硬化性エポキシ樹脂により封止し、２ｎｄ接合部の接合信頼性試験用のサンプルを作製した。リードフレームは、１～３μｍのＮｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきを施したＦｅ－４２原子％Ｎｉ合金リードフレームを用いた。作製した接合信頼性評価用のサンプルを、高温恒温機を使用し、温度２００℃の環境に暴露した。２ｎｄ接合部の接合寿命は、５００時間毎にウェッジ接合部のプル試験を実施し、プル強度の値が初期に得られたプル強度の１／２となる時間とした。プル強度の値は無作為に選択したウェッジ接合部の５０箇所の測定値の算術平均値を用いた。高温放置試験後のプル試験は、酸処理によって樹脂を除去して、ウェッジ接合部を露出させてから行った。そして、以下の基準に従って、評価した。
　評価基準：
　　◎：接合寿命２０００時間以上
　　○：接合寿命１０００時間以上２０００時間未満
　　×：接合寿命１０００時間未満
　［圧着形状］
　１ｓｔ接合部の圧着形状（ボールのつぶれ形状）の評価は、市販のワイヤボンダーを用いて、上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件でボールを形成し、それをＳｉ基板に厚さ２．０μｍのＡｌ－１．０質量％Ｓｉ－０．５質量％Ｃｕの合金を成膜して設けた電極に圧着接合し、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、つぶれ形状が真円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１～３箇所
　△：不良４又は５箇所
　×：不良６箇所以上
　［キャピラリ寿命］
　市販のワイヤボンダーを用いて連続ボンディングを実施し、キャピラリ詰まりが発生してボンディング不能となるまでのボンディング数をカウントした。そして、以下の基準に従って、評価した。
　評価基準：
　○：１００万回以上
　×：１００万回未満
　［チップ損傷］
　チップ損傷の評価は、市販のワイヤボンダーを用いて、上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件でボールを形成し、それをＳｉ基板に厚さ２．０μｍのＡｌ－１．０質量％Ｓｉ－０．５質量％Ｃｕの合金を成膜して設けた電極に圧着接合した後、ワイヤ及び電極を薬液にて溶解しＳｉ基板を露出し、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＝５０）。そして、以下の基準に従って、評価した。
　評価基準：
　○：クラック及びボンディングの痕跡なし
　△：クラックは無いもののボンディングの痕跡が確認される箇所あり（３箇所以下）
　×：それ以外
　実施例及び比較例の評価結果を表２、３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実施例Ｎｏ．１～３５のワイヤはいずれも、本件特定の条件（１）～（４）を全て満たす被覆層を含むと共に、ワイヤ全体に対しＩｎ及びＡｇの少なくとも一方を１質量ｐｐｍ以上含有しており、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、２ｎｄ接合部における接合性も良好であり、さらには温度２００℃の高温環境下で１ｓｔ接合部及び２ｎｄ接合部の双方において良好な接合信頼性をもたらすことを確認した。中でも本件特定の条件（１）～（４）を全て満たす被覆層を含むと共に、ワイヤ全体に対するＩｎ、Ａｇの含有量が好適範囲にある実施例Ｎｏ．１、３、４、１０、１２、２０～２４、２６、２９～３１、３３～３５のワイヤは、線径が５０μｍと比較的太い場合であっても、温度２００℃の高温環境下において一際良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。
　加えて、第１添加元素を総計で１質量ｐｐｍ以上含有する実施例Ｎｏ．１０～１３、２４～２６、３２、３３のワイヤは、一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすことを確認した。第２添加元素を総計で１質量ｐｐｍ以上含有する実施例Ｎｏ．１４～１８、２４、２６、３２～３５のワイヤは、一際良好な高温環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。第３添加元素を総計で０．０１１質量％以上含有する実施例Ｎｏ．１９～２２、２５、２６、３３～３５のワイヤは、一際良好な高温環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。
　他方、比較例Ｎｏ．１～７のワイヤは、本件特定の条件（１）～（４）の少なくとも１つを満たさない被覆層を備えているか、又はワイヤ全体に対するＩｎ、Ａｇの濃度が１質量ｐｐｍ未満であり、ＦＡＢ形状、２ｎｄ接合部における接合性、１ｓｔ接合部の接合信頼性、２ｎｄ接合部の接合信頼性の何れか１つ以上が不良であることを確認した。
　ワイヤを用いてＦＡＢを形成したとき、該ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上であると、良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現できることを確認した（実施例Ｎｏ．３６～４５）。特に該＜１００＞結晶方位の割合が５０％以上であると、格別優れた１ｓｔ接合部の圧着形状を実現できることを確認した（実施例Ｎｏ．３６、３７、３９、４４）。
　１　ボンディングワイヤ（ワイヤ）
　２　測定面
　Ｘ　ワイヤの幅の中心
　Ｗ　ワイヤの幅（ワイヤ直径）
　ｗａ　測定面の幅
　ｌａ　測定面の長さ
１０　ＦＡＢ
　Ｚ　ＦＡＢの圧着接合方向

Claims (13)

  1. 　Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたＣｕ以外の導電性金属を含有する被覆層とを含む半導体装置用ボンディングワイヤであって、
    　該被覆層が、被覆層の厚さ方向において、芯材側にＮｉを主成分とする領域を有し、かつ、ワイヤ表面側にＡｕとＮｉを含む領域を有し、
    　該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
    　ワイヤ全体に対するＡｕの濃度ＣＡｕ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＡｕ／ＣＮｉが０．０２以上０．７以下であり、
    　該ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が１０原子％以上９０原子％以下であり、
    　以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす、半導体装置用ボンディングワイヤ。
    　（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下
    　（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下
  2. 　ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が、下記＜条件＞にてオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定される、請求項１に記載のボンディングワイヤ。
    　＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
  3. 　被覆層が、Ｃｕ以外の導電性金属としてＰｄをさらに含有する、請求項１又は２に記載のボンディングワイヤ。
  4. 　ワイヤ全体に対するＮｉ、Ａｕ、Ｐｄの合計濃度ＣＭ（質量％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（質量％）の比ＣＮｉ／ＣＭが０．５以上である、請求項１～３の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。
  5. 　ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいてＮｉの最大濃度が８０原子％以上である、請求項１～４の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。
  6. 　ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルが、ワイヤの表面からＡｒスパッタリングにより深さ方向に掘り下げていきながら、下記＜条件＞にてオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定して得られる、請求項５に記載のボンディングワイヤ。
    　＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
  7. 　ワイヤを用いてフリーエアボール（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ　Ａｉｒ　Ｂａｌｌ）を形成したとき、該ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上である、請求項１～６の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。
  8. 　圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が５０％以上である、請求項７に記載のボンディングワイヤ。
  9. 　被覆層の厚さが１８ｎｍ以上である、請求項１～８の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。
  10. 　Ｂ、Ｐ及びＭｇからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第１添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、請求項１～９の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。
  11. 　Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第２添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、請求項１～１０の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。
  12. 　Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第３添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度が０．０１１質量％以上１．５質量％以下である、請求項１～１１の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。
  13. 　請求項１～１２の何れか１項に記載のボンディングワイヤを含む半導体装置。
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