JPS63238232A - 銅細線とその製造法 - Google Patents

銅細線とその製造法

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JPS63238232A
JPS63238232A JP62071173A JP7117387A JPS63238232A JP S63238232 A JPS63238232 A JP S63238232A JP 62071173 A JP62071173 A JP 62071173A JP 7117387 A JP7117387 A JP 7117387A JP S63238232 A JPS63238232 A JP S63238232A
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Japan
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wire
9ppm
bonding
annealing
copper wire
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Masaaki Kurihara
正明 栗原
Toru Tanigawa
徹 谷川
Shoji Shiga
志賀　章二
Toshiaki Inaba
稲葉　年昭
Ichiro Kaga
加賀　一郎
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FURUKAWA TOKUSHU KINZOKU KOGYO KK
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
FURUKAWA TOKUSHU KINZOKU KOGYO KK
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子機器用に用いられる銅細線、特に半導体の
製造にボンディングワイヤとして用いる銅細線とその製
造法に関するものである。
〔従来の技術〕
ＩＣやトランジスタ等の半導体の製造において、Ｓ１チ
ツプ上の回路素子と外部の電源への接続や、外部との情
報のヤリとりを行なうため、回路素子に接続した電極パ
ッドと、半導体のリード間に線径１５〜１００μｍの金
やアルミニウム又はアルミニウム合金等の細線が用いら
れている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このうちアルミニウムやアルミニウム合金は電源との接
続が同種の金属で行える利点を有し、安価でおる。しか
しポールボンドが困難なため、生産性に劣る超音波を用
いたウェッジボンドが行なわれ、更に耐食性が劣るため
、樹脂封止型の半導体では、透湿水によるワイヤの腐食
が生じる。その結果一部の機密封止型半導体に使用され
ているにすぎない。
一方、金は耐食性に優れ、生産性の高いボールボンディ
ングを利用できる利点を有し、樹脂封止型の半導体を中
心に広く利用されている。
しかしながら素材である金が著しく高価であるばかりか
、電極パッドのアルミニウムやアルミニウム合金と脆弱
なＡ　、ｅ　−Ａ　ｕの金属間化合物を形成したり、あ
るいは透湿水の存在下でアルミニウと電食対を形成して
アルミニウムを腐食せしめる等により、電気回路の断線
を生じることが知られている。特に半導体の高度集積化
によって熱発生による温度上昇やチップ面積の増大によ
る透湿水経路の短縮と共に多ピン化による信頼性の大巾
な低下が懸念される。
このため金に代替でき、かつ特性的にも金に劣らないワ
イヤの開発が望まれ、銅のワイヤが提案されている。し
かしその変形能が金に劣り、電極パッド下にクランクを
生じたり電極のアルミニウムとの接合が不十分であると
いう問題点を生じている。特に高集積ＩＣでは、電極パ
ッド下に５ｉＯｚ等の脆い絶縁層が存在する例が多く、
金に匹敵するかまたはそれ以上の変形能を有する銅ワイ
ヤの開発が期待されている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、長期信頼性の面で
は脆弱な界面相の形成がＡｕの数分の１以下であり、ポ
ールボンディングにおいては電極パッドのＡ１との接合
性が良いのでボール浮き率が小さく、ざらには低荷重、
低超音波出力を要求される高集積ＩＣにおいても良好な
ボンディング特性が得られる銅細線及びその製造方法を
開発したものである。これにより、ＡＵに比べはるかに
安価で変形能に優れ、ワイヤ強度が高く、常温軟化によ
るループのダレを生じないワイヤの供給が可能になった
。
即ち本発明銅細線は、Ｃｒ０．１〜２．５１）Ｉ）ｍと
、Ｚ　ｒ０．１〜９ｐＤｍ　、　Ａ１．１〜９ｐｐｍ　
、　Ｓｎ０．１〜９１）＄）ｍの何れか１種又は２種以
上とを合計０．２〜９．５ｐｐｍ含み、残部Ｃｕからな
ることを特徴とするものである。
また本発明銅細線の製造法は、真空又は非酸化性雰囲気
で鋳造したＣｒ０．１〜２．５ｐｐｍと、Ｚ　ｒ０．１
〜９Ｄｔ）ｍ　、　Ａ１．１〜９１）ｌ）ｍ　、　Ｓｎ
０．１〜９　ＤＤｍの何れか１種又は２種以上とを合計
０．２〜９．５ｐｐｍ含み、残部Ｃｕからなる鋳塊を伸
線加工と焼鈍処理を繰返して所定の線径にするに当り、
少なくとも最終加工率を７０〜９９．９９％とし、これ
を焼鈍処理により２〜２０％の伸びとすることを特徴と
するものである。
〔作　用〕
本発明において合金組成を上記の如く限定したのは次の
理由によるものである。
半導体素子とインナーリード間のワイヤボンディングは
、ポールボンディングされる例が多い。ポールボンディ
ングにおいて、細線はト１２炎又は放電により先端をメ
ルトしてボールが形成されるが、ボールが真球に近く偏
芯していないこと、ボールが電極であるアルミニウムパ
ッドに容易に接合すること、ワイヤのループが適当な高
さを保持すること、ステッチ側の接合が十分であること
が必要とされる。
銅は純度の向上により、変形能が優れたものとなるも、
常温軟化し易くループのダレを生じたりすること、ロッ
トにより特性のバラツキを生じ易いこと、またボールボ
ンディング時に電極パッドのアルミニウムと接合しない
、ボール浮き現象を生じ易い等の欠点を有している。こ
れを解消するためＣｕにＣｒ０．１〜２．５ｐｐｍとＺ
　ｒ０．１〜９ｐｐｍ　、　Ａ　ｇ０．ｉ　〜９ｐｐｍ
　、　Ｓ　ｎ０．１〜９１）Ｄｍの何れか１種又は２種
以上とを合計０．２〜９．５ｐｐｍ添加したもので、こ
れ等の添加は上記欠点を解消すると共に、チップの機械
的損傷を防止するため、低荷重、低超音波出力条件を要
求される高集積ＩＣのボールボンディングにおいても金
に匹敵する以上のボンディング特性が得られる。しかし
て各添加元素の合計含有量が下限未満では添加の効果が
得られず、上限を越えるとボール形状を悪化するためで
ある。
また以上の作用は高純度の銅で、より有効に発現される
もので、その不純物は少ないほど良く、純度９９．９９
９％以上、望ましくは９９．９９９９％以上の純銅を用
いるとよい。
次に本発明製造法は非酸化性雰囲気又は真空中で鋳造し
た上記組成の銅合金鋳塊を必要に応じて熱間加工を行な
い、その後伸線加工と焼鈍を繰り返して所定線径とした
後、最終焼鈍を行なって所定の性能とするものでおる。
この際少なくとも焼鈍前の最終加工率は７０〜９９．９
９％、好ましくは９０〜９９．９５％とし、更に１５０
〜４００°Ｃの温度で所定時間焼鈍することにより、伸
びを２〜２０％、好ましくは６〜１６％に調整すればよ
り優れた特性とすることができる。また焼鈍により細線
の特性を発現する代わりに、過剰に焼鈍した後、１〜５
％の加工率の伸線加工を行なって同様の特性とすること
もできる。
銅細線としては前記のボール及びステッチ側ボンディン
グ性と共にループ形状やワイヤ強度が実用的に重要であ
る。これ等の特性にはワイヤの機械的特性が関与するけ
れども半導体の種類やボンディング方式及び装置条件に
よって要求される特性は異なる。しかしながら伸びが著
しく小さいと、ループ高さが大きくなり、ワイヤ間での
ショートを引起す原因となる他、ワイヤ変形能が小ざく
、ステッチボンドを行なう際に高荷重、高超音波出力を
必要とするなど、ボンディング性が低下する。一方伸び
が著しく大きいとループ高さが低くなり、チップとの接
触を招く危険があるほか、ステッチボンドでのワイヤ潰
れが大きくなり、ネック部が脆弱となり易い。またボン
ド後のワイヤ変形能が不均一となり、ボール形成が行え
ない事態が生じる。このため前記の機械的特性、特に伸
びが実用上有効であり、これ等の特性を実用的に安定し
て有利に発現するためには、製造工程、特に最終伸線工
程での加工率を７０〜９９．９９％とし、その後の最終
焼鈍により伸びを２〜２０％とするか又は過剰に焼鈍し
た後１〜５％の加工率の伸線加工を行なって伸びを２〜
２０％とする必要がある。
（実施例〕 以下本発明を実施例に基づき、更に詳細に説明する。
実施例１ 真空溶解炉を用いて９９．９９９６％の純銅に添加元素
を加え、第１表に示す合金組成の鋳塊ビレット（直径２
５Ｍ、長さ１４０ｍ）を鋳造した。このビレットを面側
して直径２０ｍ、長さ１００ｓとした後、熱間圧延によ
り直径１０Ｍとし、その後直径８ｍまで皮ムキを入れて
伸線を行った。次にこれを加工率９２％の伸線と３５０
℃の真空焼鈍を繰り返して、直径２５μ而のワイヤとし
、Ｒ俊にアルゴン雰囲気中２５０〜４００℃の温度とし
た走間焼鈍炉を通して焼鈍し、伸び約１５％前後のワイ
ヤを製造した。これ等について破断強度（Ｂｊりと伸び
（Ｅｉ）を測定した。その結果を第１表に併記した。尚
ワイヤ中の酸素量は何れも５１）ｐｍ以下であった。
次に上記ワイヤについて１０％ｆｌｚ−Ｎ２雰囲気中で
、ボンディング条件を、荷重３５ｇ、超音波出力０．０
２Ｗ　、時間３０　ｍ　Ｓｅｃ、ステージ温度２７５℃
としてマニュアル型のワイヤボンダーでボールボンドを
行ない、次の項目について比較試験を行なった。その結
果を第２表に示す。
（１）ボールの形状（真球度、偏芯） （２）ボールの歪（ボールアップ直後のボール径と押潰
したボール径との比較） 、（３）ボール浮き（Ｓｉウェハ上に蒸着した１μ而厚
さのＡ１にボールボンドした時の接合不成功率〉 （４）チップ割れ （５）接合ワイヤ破断モード（ボンディング後ワイヤプ
ル試験を行なった時の破断の部位が接合部かワイヤ切れ
かをみる。ワイヤ切れの割合（％）で示す。） （６）ループ形状（ボンディング後のループの形状） 尚、（５）、（ｆ））の項目については、基材としてメ
ッキレスのＣｕ−０，１５％Ｃｒ−０，１％Ｓｎ含金条
（厚さ０．２５ｒＮｒ１）を用いた。
第１表及び第２表から明らかなように本発明合金Ｎα１
〜４は何れもＡｕ線を用いた従来合金Ｎα１１と同等以
上の特性を有することが判る。これに対しＣｒ等を添加
しない比較合金Ｎα１０やＣｒ等を添加するもその添加
量が少ない比較合金Ｎα５，６はほぼ同じレベルのボー
ル変形能を有するも、常温軟化し易く、更にボール浮き
率が大きく、ループ形状が適当でないことが判る。
またＣｒ等を過剰添加した比較合金Ｎα７〜９は変形能
が小ざく、チップ割れを起し、ループ形状やステッチボ
ンド性も悪いことが判る。
実施例２ 実施例１における本発明合金Ｎα２と同じ合金組成の鋳
塊ビレットを用いてワイヤを製造した。
この場合最終伸線加工率を８０．９９．９５　、９９．
９９％とすると共に、焼鈍温度を変えて種々の伸びのも
のとし、それ以外は実施例１と同様にして行った。
これ等のワイヤについて実施例１の条件でメッキレスの
Ｑｕ−０，１５％Ｃｒ−０，１％Ｓｎ合金条（厚さ、２
５ｍ＞にボールボンドを行い、そのプル試験を行なって
、ワイヤ破断モードの割合いを求めた。その結果を第１
図に示す。
図から明らかなように高加工率でも伸びが２〜２０％の
範囲内で良好なボンディング特性が１ｑられることが判
る。
〔発明の効果〕
本発明の銅細線は変形能が優れるばかりか、ワイヤ強度
が高く、常温軟化せず、ループのダレを生じない。また
ボールボンディングにおいて電極パッドのアルミニウム
との接合性がよく、ボール浮き率が小さいという優れた
特性を有する。更に本発明の銅細線によればチップの機
械的損傷を防止できるため、低荷重、低超音波出力条件
を要求される高集積ＩＣのボールボンドにおいて、金に
匹敵する以上のボンディング特性が得られ、安価な銅線
により金線を有利に代替できる。
このように本発明は高純度銅の特性を追求して得られた
もので上記特性のほか長期の信頼性について、前記の如
＜Ａｉ／ＡＵが固相拡散して脆弱な界面相を形成し、パ
ープルプラーグ現象を起し易いが、Ａ、ｉ！／Ｃｕはこ
れに比し数分の１以下でおることが知られており、この
点からも工業上の効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第１１図はＣｕ−０，１５％Ｃｒ−０，１％Ｓｎ合金条
にボールボンドしたワイヤの破断モード中、正常なワイ
ヤ切れの割合を、ワイヤの最終伸線加工率と伸びの関係
を示す説明図である。 第１図 ワイヤ伸び１％）

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）Ｃｒ０．１〜２．５ｐｐｍと、Ｚｒ０．１〜９ｐ
    ｐｍ，Ａｇ０．１〜９ｐｐｍ，Ｓｎ０．１〜９ｐｐｍの
    何れか１種又は２種以上とを合計０．２〜９．５ｐｐｍ
    含み、残部Ｃｕからなる銅細線。
  2. （２）残部Ｃｕが純度９９．９９９ｗｔ％以上の純銅か
    らなる特許請求の範囲第１項記載の銅細線。
  3. （３）真空又は非酸化性雰囲気で鋳造した、Ｃｒ０．１
    〜２．５ｐｐｍと、Ｚｒ０．１〜９ｐｐｍ，Ａｇ０．１
    〜９ｐｐｍ，Ｓｎ０．１〜９ｐｐｍの何れか１種又は２
    種以上とを合計０．２〜９．５ｐｐｍ含み、残部Ｃｕか
    らなる鋳塊を伸線加工と焼鈍処理を繰返して所定の線径
    にするに当り、少なくとも最終加工率を７０〜９９．９
    ９％とし、これを焼鈍処理により２〜２０％の伸びとす
    ることを特徴とする銅細線の製造法。
  4. （４）残部Ｃｕが９９．９９９ｗｔ％以上の純銅からな
    る特許請求の範囲第３項記載の銅細線の製造法。
  5. （５）焼鈍処理後に、１〜５％の加工を加えて２〜２０
    ％の伸びとする特許請求の範囲第３項又は第４項記載の
    銅細線の製造法。
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