JP2018078229A - 半導体装置用ボンディングワイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
(1)Cu合金芯材と前記Cu合金芯材の表面に形成されたPd被覆層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤにおいて、
前記ボンディングワイヤが、Ni,Rh,Irの1種以上(以下「第1合金元素群」という。)と、Pd:0.05質量%以上、の一方又は両方(以下「第1+合金元素群」という。)を含有し、第1合金元素群含有量はボンディングワイヤ中の含有量として評価し、Pd含有量はCu合金芯材中のPd含有量に基づいてボンディングワイヤ中の含有量に換算して評価したとき、前記評価した含有量において、第1合金元素群とPdの総計の含有量が0.03〜2質量%であり、
さらに、前記ボンディングワイヤが、Li,Sb,Fe,Cr,Co,Zn,Ca,Mg,Ptの1種以上(以下「第2合金元素群」という。)を総計で0.002〜3質量%含み、Ca,Mgを含有する場合はボンディングワイヤ中のCa、Mgの含有量がそれぞれ0.011質量%以上であり、Znを含有する場合は前記第1合金元素群とZnの総計の含有量が2.1質量%以上であることを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤ。
(2)前記Pd被覆層の厚さが0.015〜0.150μmであることを特徴とする(1)に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
(3)前記Pd被覆層上にさらにAuとPdを含む合金表皮層を有することを特徴とする(1)又は(2)に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
(4)前記AuとPdを含む合金表皮層の厚さが0.050μm以下であることを特徴とする(3)に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
(5)前記ボンディングワイヤがさらに、Al,Ga,Ge,Inの1種以上(以下「第3合金元素群」という。)を総計で0.03〜3質量%含むことを特徴とする(1)から(4)までのいずれか1つに記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
(6)前記ボンディングワイヤがさらに、As,Te,Sn,Bi,Seの1種以上(以下「第4合金元素群」という。)を総計で0.1〜1000質量ppm(Sn≦10質量ppm、Bi≦1質量ppm)含むことを特徴とする(1)から(5)までのいずれか1つに記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
(7)前記ボンディングワイヤがさらに、B,P,Laの1種以上(以下「第5合金元素群」という。)を総計で0.1〜200質量ppm含むことを特徴とする(1)から(6)までのいずれか1つに記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
(8)前記ボンディングワイヤの最表面にCuが存在することを特徴とする(1)から(7)までのいずれか1つに記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
次に本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法を説明する。ボンディングワイヤは、芯材に用いるCu合金を製造した後、ワイヤ状に細く加工し、Pd被覆層、Au層を形成して、熱処理することで得られる。Pd被覆層、Au層を形成後、再度伸線と熱処理を行う場合もある。Cu合金芯材の製造方法、Pd被覆層、AuとPdを含む合金表皮層の形成方法、熱処理方法について詳しく説明する。
まずサンプルの作製方法について説明する。芯材の原材料となるCuは純度が99.99質量%以上で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。第1〜第5合金元素群は純度が99質量%以上で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。ワイヤ又は芯材の組成が目的のものとなるように、芯材への添加元素である第1〜第5合金元素群を調合する。第1〜第5合金元素群の添加に関しては、単体での調合も可能であるが、単体で高融点の元素や添加量が極微量である場合には、添加元素を含むCu母合金をあらかじめ作製しておいて目的の添加量となるように調合しても良い。
高温高湿環境又は高温環境でのボール接合部の接合信頼性は、接合信頼性評価用のサンプルを作製し、HAST及びHTS評価を行い、それぞれの試験におけるボール接合部の接合寿命によって判定した。接合信頼性評価用のサンプルは、一般的な金属フレーム上のSi基板に厚さ0.8μmのAl−1.0%Si−0.5%Cuの合金を成膜して形成した電極に、市販のワイヤーボンダーを用いてボール接合を行った。ボールはN2+5%H2ガスを流量0.4〜0.6L/minで流しながら形成させ、その大きさはφ33〜34μmの範囲とした。ボンディングワイヤの接合後、異なる2種類のイオウ含有量のエポキシ樹脂によって封止してサンプルを作製した。低濃度イオウ含有樹脂としては、イオウ含有量が2質量ppmのものを用い、高濃度イオウ含有樹脂としては、イオウ含有量が16質量ppmのものを用いた。エポキシ樹脂中のイオウ含有量評価については、樹脂を粉砕して窒素ガスフロー中で200℃、10時間過熱し、キャリア窒素ガスに含まれる樹脂からのアウトガスを過酸化水素水で捕集し、イオンクロマトグラフィーによってイオウ含有量の評価を行った。
比較例No.6〜8、11は、第1+合金元素群の総計は本発明範囲にあるものの、第2合金元素群の総計が本発明範囲の下限を外れており、比較例No.9は、Znを含有するとともに第1合金元素群とZnの合計含有量が本発明範囲を外れており、いずれも高濃度イオウ含有樹脂を用いたHTS結果が不良であった。
比較例No.10、13〜15は、第1+合金元素群又は第2合金元素群いずれかの総計が本発明範囲の上限を外れており、チップダメージが不良であった。
Claims (8)
- Cu合金芯材と前記Cu合金芯材の表面に形成されたPd被覆層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤにおいて、
前記ボンディングワイヤが、Ni,Rh,Irの1種以上(以下「第1合金元素群」という。)と、Pd:0.05質量%以上、の一方又は両方を含有し、第1合金元素群含有量はボンディングワイヤ中の含有量として評価し、Pd含有量はCu合金芯材中のPd含有量に基づいてボンディングワイヤ中の含有量に換算して評価したとき、前記評価した含有量において、第1合金元素群とPdの総計の含有量が0.03〜2質量%であり、
さらに、前記ボンディングワイヤが、Li,Sb,Fe,Cr,Co,Zn,Ca,Mg,Ptの1種以上を総計で0.002〜3質量%含み、Ca,Mgを含有する場合はボンディングワイヤ中のCa,Mgの含有量がそれぞれ0.011質量%以上であり、Znを含有する場合はボンディングワイヤ中の前記第1合金元素群とZnの総計の含有量が2.1質量%以上であることを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤ。 - 前記Pd被覆層の厚さが0.015〜0.150μmであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
- 前記Pd被覆層上にさらにAuとPdを含む合金表皮層を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
- 前記AuとPdを含む合金表皮層の厚さが0.050μm以下であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
- 前記ボンディングワイヤがさらに、Al,Ga,Ge,Inの1種以上を総計で0.03〜3質量%含むことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
- 前記ボンディングワイヤがさらに、As,Te,Sn,Bi,Seの1種以上を総計で0.1〜1000質量ppm(Sn≦10質量ppm、Bi≦1質量ppm)含むことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
- 前記ボンディングワイヤがさらに、B,P,Laの1種以上を総計で0.1〜200質量ppm含むことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
- 前記ボンディングワイヤの最表面にCuが存在することを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
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