TWI510652B - Construction of thin copper alloy wire for copper alloy for joining semiconductor device - Google Patents

Construction of thin copper alloy wire for copper alloy for joining semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
TWI510652B
TWI510652B TW103124223A TW103124223A TWI510652B TW I510652 B TWI510652 B TW I510652B TW 103124223 A TW103124223 A TW 103124223A TW 103124223 A TW103124223 A TW 103124223A TW I510652 B TWI510652 B TW I510652B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
copper
bonding
layer
wire
nickel alloy
Prior art date
Application number
TW103124223A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201602366A (zh
Inventor
Hiroyuki Amano
Michitaka Mikami
Junichi Okazaki
takuya Hamamoto
Shinichiro Nakashima
Tsutomu Yamashita
Syuichi Mitoma
Kosuke Ono
Bin Liu
Hiroyuki SHIGYOU
Original Assignee
Tanaka Electronics Ind
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tanaka Electronics Ind filed Critical Tanaka Electronics Ind
Priority to TW103124223A priority Critical patent/TWI510652B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI510652B publication Critical patent/TWI510652B/zh
Publication of TW201602366A publication Critical patent/TW201602366A/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造
本發明係關於一種半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，特別係關於一種以無空氣焊球(FAB；free air ball)接合對半導體元件上的焊墊電極進行第一接合之後，藉由跳焊接合(stitch bonding)，對引線框架上的外部電極進行第二接合的球狀接合用銅稀薄鎳合金線之構造。
近年來，藉由無空氣焊球對半導體元件上的焊墊電極進行第一接合的方法，如以下所述。
從捲線器抽出的銅合金細線，被導入作為接合工具的毛細管，接著，一邊對於僅從該工具之出口側導出一定長度之銅合金細線的前端，噴附混入氫之氮氣等的惰性氣體，一邊藉由銅合金細線前端與放電棒之間的微小放電使銅合金細線的前端溶融，而形成初始球體之後，一邊進行超音波震動一邊藉由超硬工具將該溶融球體壓附於在150℃~300℃的範圍內進行加熱的IC晶片等的半導體元件的鋁(Al)或鋁(Al)合金的焊墊電極上，以進行熱壓附(併用超音波的熱壓附接合)。
此處，施加超音波的效果，係使得用以助長銅合金細線之變形的接合面積擴大，以及藉由破壞並去除形成於銅合金細線上的數奈米(nm)左右的表面氧化膜，使銅(Cu)等的新的金屬原子在底面露出，以在相對接合的接合焊墊之界面發生塑性流動，一方面增加互相密合的新生面，一方面使兩者 產生原子間鍵結。
之後採用下述方法：使該毛細管在XYZ方向(前後、左右、上下方向)上移動，使接合於IC晶片之電極上的銅合金細線形成既定形狀的迴路，在以跳焊的方式接合於外部配線的引線框架上之後，切斷該銅合金細線以進行線接合。該跳焊接合，被認為是以超音波將接合線接合之楔形接合的一種。
該接合線，若僅為高純度的銅合金則太過柔軟，故一般加入微量的添加元素。例如，日本特開2012-89685號公報(後述之專利文獻1)。這是因為，使用包含鈦(Ti)等的9種添加元素之軟質稀薄銅合金材料，製造具有「加工前的結晶組織從該表面往內部50μm之深度的平均晶粒尺寸在20μm以下」之表層的銅接合線，在導電率(係指在國際退火銅標準(International Annealed Copper Standard)上，將電阻率1.7241×10-8 Ωm作為100%之情況下的導電率；以下相同)維持於98%IACS以上之較高值的狀態下，可提升接合線在機械性質方面的軟質特性以及接合後的疲勞特性。
又，日本特開昭61-20693號公報(後述之專利文獻2)中揭示一種材料，其並非以無空氣焊球(FAB)方式，而是在完全的還原氛圍下，形成較大的溶融球體以進行接合的銅合金細線的材料。
其並揭示了一種接合線，係以在將接合線的導電性維持於較高的狀態下使第一接合的接合強度良好為目的，其中含有鎂(Mg)、稀土元素、碲(Te)等的24元素(方便上，將稀土元素記為1元素)0.001~2質量%，而剩餘部分實際上為銅。
若對於目前為止的高純度的銅合金細線進行質量分析，除了 原先包含的數質量ppm至數十質量ppm的氧以外，亦包含了數十至數百質量ppm、一般為100質量ppm的經由表層與晶界入侵的氧。亦即，除了銅合金細線中形成之銅氧化物的表面氧化膜以外，氧亦存在於銅合金內部。
高純度的銅合金中，若無易氧化的微量添加元素，該微量的氧與高純度銅母材(Matrix)中的銅，形成金屬不足型銅氧化物(簡記為「Cu2-X O」)，而形成Cu2-x O母材。該Cu2-x O母材，在環境溫度下並不會消失，從表層引入大氣中的氧，而將氧供給至銅母材。該表層側的Cu2-X O母材中，若Cu2-X O放出氧原子，在形成新的銅原子的同時，自由的氧原子亦與新的銅母材再次成為金屬不足型銅氧化物(Cu2-X O)，Cu2-X O經由這樣的過程侵入銅母材內部。另一方面，因為新的銅原子可在金屬不足型銅氧化物母材中自由移動，故該一部分與大氣中的氧結合，形成表層氧化物(方便上簡記為「Cu2 O」)。
接合用的高純度的銅合金細線，因為係以伸線模(dice)、一般而言係鑽石伸線模(diamond dice)，進行剖面減少率99%以上的連續伸線(continuous wire drawing)，該表面因為伸線模的壓縮力，而高度地受到伸線加工的影響。特別是，以冷軋進行連續伸線的情況中，微觀來看，並非在細線的周圍均勻地施加押壓力，故因強制抽出的加工造成的細線損傷極為不均勻。因此，即使在水中進行冷軋伸線，而形成氧含量在10質量ppm以下的銅稀薄鎳合金細線，在經過連續伸線加工而放置接合線的期間，因為環境溫度以及大氣中的氧，而導致內部氧化。結果，例如，氧含量10質量ppm以下的細線，即使在製造之後顯示良好的接合特性，在放置於環境溫度下數十天之後，如第三圖所示，除了位於表層之均勻的數奈米的Cu2 O皮膜以外，亦在表層形成最大厚度為十奈米(nm)左右之不均勻的肥大半球狀Cu2 O 膜。
如此，即使在形成有肥大半球狀Cu2 O膜的表層中，來自Cu2-X O的新的銅原子，亦可經由Cu2 O膜進行自擴散，而與大氣中的氧結合，故Cu2-X O皮膜即使在環境溫度下，亦緩慢地往內成長，又，表層內部的不規則半球狀膜亦更進一步氧化，而形成較厚的Cu2 O皮膜。
在使用目前為止之高純度的銅合金細線作為接合線的情況中，於第一接合中，因為以無空氣焊球(FAB)方式，吹附混入氫之氮氣等的還元性氣體而形成溶融球狀，導致上述數奈米(nm)至數十奈米(nm)所形成的Cu2 O的皮膜及不規則的半球狀Cu2 O膜被熱破壞。然而，第二接合的跳焊接合中，因為接合溫度低，故上述的氧化膜並幾乎未被破壞，故在第二接合中，因為如此形成的Cu2 O膜的態樣，導致每次接合時，接合結果並不均勻。接合線放置於環境溫度的期間越長，或是線徑變得越細(從25μm至20μm、甚至是15μm)，該表層顯現的影響越強，跳焊接合性的不均勻則變得越大。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2012-89685號公報
【專利文獻2】日本特開昭61-20693號公報
【非專利文獻】
【非專利文獻1】Reidar Haugsrud，外1，「On theHigh-Temperature Oxidation ofCu-Rich Cu-Ni Alloys」，Oxidation ofMetals，Vol.50，Nos.314，1998
【非專利文獻2】D.P.Whitle，外1，「TWO-PHASE SCALEFORMATION ON Cu-Ni ALLOYS 」Coprrosion Science， 1968 ， Vol.295-308 ， Pregamon Press
本發明所欲解決之課題，係提供一種銅合金接合線，即使放置在環境溫度數日，亦可防止高純度銅合金細線的表層中出現不規則的半球狀氧化態樣，而可抑制在超音波接合中、特別是球狀接合中的跳焊接合性的不均勻。
本發明之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，係在剖面減少率為99%以上的情況下進行連續伸線，以表層、微細分散有內部氧化的氧化鎳粒子的內部氧化層與銅稀薄鎳合金層所構成的半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線，其中，該表層係由氧化物的成長層所構成，該內部氧化層係由使鎳氧化物粒子微細分散於金屬不足型氧化銅母材中的層所構成，該銅稀薄鎳合金層係由0.1~1.5質量%的鎳(Ni)均勻固溶於純度99.995質量%以上的銅(Cu)母材中的合金層所構成，該內部氧化層的厚度係該表層厚度的60倍以上。
又，本發明的半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，係在以剖面減少率99%以上的情況下進行連續伸線，且由表層、內部氧化層與銅稀薄鎳合金層構成之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線，其中，該表層係由氧化物的成長層所構成，該內部氧化層係由使鎳氧化物粒子微細分散於金屬不足型氧化銅母材的層所構成，該銅稀薄鎳合金層係由將0.1~1.5質量%的鎳(Ni)及磷(P)1~5質量ppm均勻固溶於純度99.995質量%以上之銅 (Cu)母材中的合金層所構成，該內部氧化層的厚度為該表層厚度的60倍以上。
因為本發明中的銅稀薄鎳合金完全均勻固溶，故微觀的固溶狀態不明顯。然而，因為鎳(Ni)含量接近10質量%，故若在氧氛圍中使銅鎳合金內部氧化，則可觀察到被內部氧化的鎳氧化物(簡記為「NiO」)粒子均勻分散的狀態。(「On the High-Temperature Oxidation of Cu-Rich Cu-NiAlloys」(非專利文獻1)及「TWO-PHASE SCALEFORMATION ON Cu-NiALLOYS」(非專利文獻2))
根據非專利文獻1及非專利文獻2，若將Cu-5重量%Ni或是80%、55%及10%Ni的銅鎳合金氧化，則明顯係由銅氧化物所形成的外側層與在Cu2O母材中分散有內部氧化之NiO粒子的內部層所形成。
從此觀點來看，雖無法直接測定，但即使在銅稀薄鎳合金中，鎳(Ni)亦同樣地均勻固溶，鎳(Ni)的含量越少內部氧化的NiO粒子的粒徑越小，而被認為能夠以稀薄狀態均勻分散於銅母材中。
另一方面，內部氧化的NiO粒子，在熱力學上係為穩定，只要形成某種程度大小的NiO粒子，則即使在銅母材中、乃至Cu2-XO母材中、甚至是在Cu2O母材中，亦不會在環境溫度之下移動。因此可使鎳(Ni)含量的下限在0.1質量%。固溶的鎳(Ni)因為內部氧化而成為NiO粒子，其僅以增加之氧的部分，增加在銅母材中的體積，導致銅母材發生機械應變。該機械應變，在氧供給充足的表層中較大，越往線材的內部越小，故成為所謂的微觀的楔型應變。因此，從Cu2-xO母材獨立的自由氧原子或是從表層供給的自由氧原子，以比晶界擴散更快的速度，侵入Cu2-xO母材中(參照第一圖)，故在高純度的 銅合金細線中觀察到的「形成表層之半球狀的Cu2 O膜(參照第三圖)的情況」則會消失(參照第二圖)。
第一圖中，圖式左端的深度數nm以內的表面層附近區域的圖表，因為裝置特有的雜訊及試片表面的汙染等的影響，而表現出低氧濃度，雖無法明確確認其精確狀態，但在高純度銅合金及本發明的銅稀薄鎳合金的任一者中，該表層數nm的區域應認為屬Cu2 O層(為了作圖上的方便，圖式左端未與縱軸相接，該範圍在資料上為空白)。
如後所述，若將氧的計數為表層十分之一的區域定義為內部氧化層，則該區域中，伴隨著入侵的氧，形成氧化鎳微粒子均勻微細分散的金屬不足型銅氧化物Cu2-x O母材，並不會產生在第三圖中所觀察到的不規則地形成於表層之肥大的半球狀Cu2 O層。
相對於此，高純度銅合金中，氧並未從表層往內入侵，而是與從內部擴散出來的銅(Cu)形成氧化物，而在表層正下方形成肥大的半球狀氧化物層。
本發明的銅稀薄鎳合金細線中，氧化鎳(NiO1-y )雖與氧化銅(Cu2-x O)相同係金屬不足型氧化物，但在Cu2-x O母材中，鎳會優先氧化成為NiO。而且，因為在Cu2-x O母材中，粒徑小的NiO粒子在稀薄狀態下均勻分散，故氧變得容易從Cu2-x O母材解離，而存在解離後之自由的氧的內部氧化速度變快的範圍。基於此一理由，而在銅稀薄鎳合金細線中，使鎳(Ni)的上限為1.5質量%，下限為0.1質量%。若鎳(Ni)超過上限，則NiO粒子變得太大，內部氧化速度變慢，結果在表層形成半球狀之銅氧化物的態樣。為了不易在表層形成半球狀的態樣，宜使鎳(Ni)在0.8~1.2質量%的範圍內。
本發明的銅稀薄鎳合金細線中，使1~5質量ppm的磷(P)均勻固溶，是為了在第一接合時，不易在溶融球狀表面形成氧化膜。
磷(P)的添加量相對於鎳(Ni)含量為微量，故即使將接合線放置在環境溫度下數日，對於內部氧化層的形成機構亦無不良的影響。
本發明的銅稀薄鎳合金細線中，作為材料之高純度銅(Cu)的純度必須為99.995質量%以上。剩下未滿0.005質量%者，包含銀(Ag)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、錫(Sn)、銻(Sb)、砷(As)、鉍(Bi)、鉻(Cr)、碲(Te)、硒(Se)、矽(Si)等。這是因為，若該雜質元素在0.005質量%以上，則在銅稀薄鎳合金細線會產生表面偏析，或是難以使NiO粒子以稀薄狀態均勻分散於Cu2-xO母材中。為了使NiO粒子均勻微細分散，高純度銅(Cu)的純度宜在99.998質量%以上。
本發明的銅稀薄鎳合金細線，係在對銅稀薄鎳合金進行溶解鑄造之後，馬上以大氣中的氧進行氧化。例如，在連續鑄造後的冷卻時使其氧化、在以冷軋進行連續伸線加工時使其氧化、亦藉由連續伸線後的調質熱處理進行氧化。又，即使是出貨前的靜置狀態，亦從接合線的表面進行氧化，即使是設置於接合器以等待接合之狀態下，亦緩慢地進行氧化。
此外，即使將銅稀薄鎳合金細線放置在環境溫度下數日至數十日，與以往的高純度銅線相同地，接合線表面的Cu2O膜其膜厚幾乎未改變，因為氧快速入侵Cu2-xO母材，故未在表層形成半球狀膜。
又，此結果，因為入侵的氧而形成的內部氧化層雖因此擴大，但因為該等的氧濃度極低，故對於接合線的物理性質、電特性並無影響。為了確保該等效果，該內部氧化層的厚度，宜為上述表層厚度的60倍以上，較宜 為80倍以上。
該連續伸線，係線徑相對連續伸線前的線徑為99%以上的冷軋加工。連續伸線加工，宜為伸線模伸線，特宜為鑽石伸線模。藉此，銅稀薄鎳合金細線的表面的平滑性變佳，因為成為平滑且均勻的表面，故表層難以形成半球狀膜。
又，本發明中，接合線中的氧(O)含量宜為10~150質量ppm。雖因應接合線的線徑而決定氧濃化層的體積，但若在銅稀薄鎳合金細線中含有必要以上的氧，則容易在表層形成半球狀膜。
此外，中間熱處理，雖因使銅稀薄鎳合金細線中的氧容易移動導致其過剩而不宜使用，但在實施中間熱處理的情況下，只要在非氧化性氛圍下，盡量在低溫的400。℃~700。℃保持60~180分鐘則無妨。
又，本發明的銅稀薄鎳合金接合線中，宜使用鍍有貴金屬的鋁焊墊。其係為了防止氧從接合線進入鋁焊墊中。貴金屬鍍敷，宜為鍍金(Au)、鍍銀(Ag)、鍍鈀(Pd)的軟質鍍敷。又，鍍敷硬度，若與銅稀薄鎳合金接合線的靜硬度為相同程度，則可控制溶融球體的組成流動，而可防止晶片破裂。具體而言，以努氏硬度(Knoop Hardness)測定鍍敷硬度，可接近接合線的維氏硬度(Vickers hardness)。
又，本發明中，引線框架，宜為以電鍍的方式在銅(Cu)合金或鐵(Fe)材料上被覆銅(Cu)或銅(Cu)合金者。
本發明的接合線中，因為成長速度遠比表層的Cu2O膜在環境溫度下的成長速度更快，且金屬不足型銅氧化物(Cu2-xO)母材中的自由的 氧可在Cu2-xO母材中快速移動，故金屬不足型銅氧化物(Cu2-xO)母材發揮緩衝層的作用，而未形成表層的半球狀的氧化膜態樣，使得表層的Cu2O膜穩定。因此，亦可提升第二接合中的接合線的跳焊(stitch)接合性。
又，微細分散的NiO粒子並未在Cu2-xO母材中移動，即使Cu2-xO母材的一部分因為大氣中的氧變成Cu2O母材，該侵入內部的現象亦並未改變。因此，即使在環境溫度下放置數十日，因為大氣中的氧持續從表層入侵銅母材內部，故銅氧化物的表層厚度，與銅稀薄貴金屬合金細線相同，顯示出幾乎未變化的特有構造。
更進一步，本發明的接合線，以銅稀薄鎳合金而具有接合線本身的細線強度，同時藉由調整鎳(Ni)含量以控制NiO粒子的粒徑，而未在表層形成半球狀的銅氧化物之態樣，微細分散的NiO粒子成為楔型，並將氧送入Cu母材，而可以比其他銅稀薄貴金屬合金細線快數倍的速度，形成內部氧化層(參照第一圖)。
因此，即使放置數十日，其跳焊接合性仍比至今的高純度銅合金的接合線更為穩定。又，因為鎳(Ni)的含量為數質量%，即使以無空氣焊球(FAB)方式使溶融球體塑性流動，亦不會在第一接合中，因為接合線的動態強度增加而引起鋁飛濺。又，相較於至今的高純度銅合金，即使比電阻變高而發熱，因為機械強度高，故高溫穩定性亦不會比至今的高純度銅合金差。其他，因為線強度比至今的高純度銅合金更強，故線在接合動作中難以變形，使得無空氣焊球的偏芯情況較少。
第一圖係顯示在製造本發明的銅稀薄鎳合金細線之後，放置 在環境溫度30日後，銅(Cu)、鎳(Ni)及氧(O)的相對二次離子強度在深度方向上的分布曲線。縱軸為對數尺標(logarithmic scale)。
第二圖係顯示在製造本發明之銅稀薄鎳合金細線之後，放置於環境溫度下30日之後，表層與金屬不足型氧化銅(Cu2-xO)母材(影像下方)的光場(light field)穿透式電子顯微鏡的影像(×220萬倍)。
第三圖係顯示在製造以往例子的高純度銅合金細線之後，放置於環境溫度30日之後，表層與金屬不足型氧化銅(Cu2-xO)母材(影像下側)的光場穿透式電子顯微鏡影像(×220萬倍)。
(內部氧化膜厚測定)
對於氧含量在標稱值(nominal value)為5質量ppm之純度99.9999質量%的銅(Cu)中含有1.2質量%之純度99.995質量%的鎳(Ni)的銅稀薄鎳合金進行連續鑄造，以作成直徑300mm的銅稀薄鎳合金錠。以冷軋將該錠進行連續伸線，以成為線徑20μm的接合線。在將該線放置於環境溫度30日後，從表層往深度方向測定氧(O)濃度(裝置名稱：CAMECA製二次離子質量分析裝置ims5f型)，而得到第一圖的結果。
此外，在以燃燒法(裝置名稱：LECO製氧分析裝置RO-600)測定該接合線時，得到44質量ppm(包含固溶氧及表面氧化膜的氧雙方的值)。
第一圖的測定結果中，將氧的計數為表層的十分之一的厚度定義為內部氧化層厚度，而在此次的測定中得到172nm的值。
氧濃度從表層往內部連續下降，此點顯示仍進行內部氧化。亦即，此意味著，即使以此態樣放置在環境溫度下，亦不會在接合線的表層形成不 穩定的半球狀態樣。
亦對於習知的純度99.997%、氧含量標稱值為5質量ppm的高純度銅合金線進行同樣的測定，第一圖中顯示其結果。此情況下，內部氧化層厚度為19nm。
(表層的氧化膜厚測定)
將上述的銅稀薄鎳合金線放置於環境溫度30日之後，藉由穿透觀察型顯微鏡(TEM)，以220萬倍觀察光場影像(Hitachi High-Technologies公司製，HF-2000)。此影像顯示於第二圖。如第二圖清楚顯示，中央可觀察到1.8nm之均勻的Cu2O膜，其下方雖觀察到黑斑態樣的Cu2-xO內部氧化層，卻未觀察到以往高純度銅合金(第三圖)中所見到的半球狀的銅氧化物的態樣。
此外，在10萬倍的FE-SEM(裝置名：日本電子製的場發射掃描電子顯微鏡JSM-7800F)中，未觀察到微小的NiO粒子。
又，本發明的銅稀薄鎳合金細線中可觀察到，相較於在表層形成銅氧化物的固相擴散速度，進入銅稀薄鎳合金母材的內部氧化速度極為快速(第二圖)；(該內部氧化層的氧的入侵，比其他銅稀薄貴金屬合金細線更深入一個級數)。
相同地，對於純度99.997%、氧含量為標稱值5質量ppm的以往的高純度銅合金線進行TEM觀察，得到第三圖的結果。與第二圖所示之本發明的銅稀薄鎳合金不同，觀察到半球狀的銅氧化物成長的態樣。
(第二接合的接合性試驗)
將各種線材放置於室溫30日後，使用接合裝置(裝置名稱： Kulicke&Soffa公司製IConn型)，以各種接合條件將其接合於鍍銀銅板(鍍敷厚度：2.5μm)，進行接合製程餘裕評估(此處所指的「餘裕度」，主要係指以超音波輸出與載重決定的可正確接合的範圍)。接合製程餘裕越大，則在實際作業時，越不易受到各種雜訊的影響，而能夠穩定使用。
此次，將接合輸出(bond power)從0到200設定20個級距，分別對於該接合輸出(bond power)，從20到200以20個級距變更bond force，以總計110個接合條件進行評估。在各接合條件下，進行100條的連續接合，若連續進行接合，接合期間一次也未停止，則評估為OK，因為無法附著等的理由，只要一次接合停止則評估為NG。記錄上述110的接合條件中為OK的條件數量，求得餘裕度，以作為線材的第二接合之接合性的指標。
接著，使接合輸出(bond power)為「100」，並使接合力(bondforce)為「120」，求得1萬次接合時，接合不良的次數。此結果顯示於表1的「第二接合的接合可靠度」。
習知例的接合線，內部氧化層厚度/表面氧化層厚度為較小的1.7，第二接合的餘裕度為較窄的27，故可得知第二接合的接合條件變得不穩定。
又，比較例1及3的接合線，其內部氧化層厚度/表面氧化層厚度，亦分別為較小的25.5及14.3，且第二接合的餘裕度亦為較窄的40及32，皆在50以下，故可得知，第二接合的接合條件變得不穩定。
(第一接合的接合性試驗)
將各種線材放置於室溫30日後，使用接合裝置(裝置名稱：Kulicke & Soffa公司製IConn型)，以球狀接合，將銅合金線接合於晶片(厚度0.35mm)上的0.8μm厚的Al-0.5%Cu焊墊上。無空氣焊球(FAB)製作條件，係以FAB直徑為線徑之2倍的方式設定，第一接合的超音波及載重條件，係 以壓附徑為無空氣焊球之1.5倍的方式設定。使迴路長度為5mm，迴路高度為300μm。進行100條接合，並使用SEM(裝置名稱：KEYENCE公司製掃描式電子顯微鏡VE-9800)觀察焊墊的捲縮(Al飛濺)。焊墊的捲縮寬度在5μm以上者為×，未滿者為￮。
若焊墊的捲縮大於5μm以上，則可能與鄰接之焊墊產生電性短路的情形，故5μm以上的捲縮量多的線材，並不適合作為接合線。
除了上述評估，因為習知例的接合線其表面氧化層厚度為11.5nm，而產生第一接合的Al飛濺，又，亦缺少第二接合的接合可靠度。又，比較例2的接合線，因為鎳(Ni)的濃度為1.6質量%，超過本發明的上限值，故溶融球體變硬，而產生第一接合的Al飛濺。
相同地，比較例1的接合線，除了鎳(Ni)的濃度為0.08質量%以外，皆未滿本發明的下限值，故第二接合的餘裕度狹窄，亦不具有第二接合的接合可靠度。比較例3的接合線，除了銅(Cu)的純度為99.99質量%以外，含有銀(Ag)40質量ppm、硫(S)20質量ppm、砷(As)10質量ppm、銻(Sb)10質量ppm等以作為雜質。比較例3的接合線，其第二接合的餘裕度，與比較例1的接合線同樣狹窄，亦不具有第二接合的接合可靠度。
【產業上的利用可能性】
本發明即使長時間放置，亦少有氧化膜成長的情形，且在接合時的第二接合之接合性良好，故作為電腦、行動電話中所使用的電子零件的連接線為有用。

Claims (9)

  1. 一種半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，其係在剖面減少率為99%以上的情況下進行連續伸線，且以表層、內部氧化層及銅稀薄鎳合金層所構成之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線，其中，上述表層係由氧化物的成長層所構成，上述內部氧化層係由使氧化鎳粒子微細分散於金屬不足型氧化銅母材中的層所構成，上述銅稀薄鎳合金層為使0.1~1.5質量%的鎳(Ni)均勻固溶於純度99.995質量%以上的銅(Cu)母材的合金層，該半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造的特徵為：上述內部氧化層的厚度為上述表面層厚度的60倍以上。
  2. 一種半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，係在剖面減少率為99%以上的情況下進行連續伸線，且係由表層、內部氧化層及銅稀薄鎳合金層所構成的半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線，其中，上述表層係由氧化物的成長層所構成，上述內部氧化層係由使氧化鎳粒子微細分散於金屬不足型氧化銅母材的層所構成，上述銅稀薄鎳合金層係由使0.1~1.5質量%的鎳(Ni)及1~5質量ppm的磷(P)均勻固溶於純度99.995質量%以上的銅(Cu)母材的合金層，該半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造的特徵為：上述內部氧化層的厚度為上述表面層厚度的60倍以上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，其中，上述內部氧化層的厚度為上述表層厚度的80倍以上。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，其中，上述銅稀薄鎳合金層的剩餘部分的銅(Cu)，其純度為99.998 質量%以上。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，其中，上述銅稀薄鎳合金層的剩餘部份的鎳(Ni)為0.8~1.2質量%。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，其中，上述銅合金細線的氧(O)含量為10~150質量ppm。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，其中，上述連續伸線，係以冷軋所進行的連續伸線。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，其中，上述半導體裝置的接合為楔形接合。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線之構造，其中，上述半導體裝置的接合為球狀接合及跳焊接合。
TW103124223A 2014-07-15 2014-07-15 Construction of thin copper alloy wire for copper alloy for joining semiconductor device TWI510652B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103124223A TWI510652B (zh) 2014-07-15 2014-07-15 Construction of thin copper alloy wire for copper alloy for joining semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103124223A TWI510652B (zh) 2014-07-15 2014-07-15 Construction of thin copper alloy wire for copper alloy for joining semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI510652B true TWI510652B (zh) 2015-12-01
TW201602366A TW201602366A (zh) 2016-01-16

Family

ID=55407742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103124223A TWI510652B (zh) 2014-07-15 2014-07-15 Construction of thin copper alloy wire for copper alloy for joining semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI510652B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017221434A1 (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 日鉄住金マイクロメタル株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
JP6678704B2 (ja) * 2018-07-20 2020-04-08 千住金属工業株式会社 はんだ材料、ソルダペースト、及びはんだ継手
EP3895209A4 (en) * 2018-12-12 2021-12-22 Heraeus Materials Singapore Pte. Ltd. METHOD FOR ELECTRICALLY CONNECTING CONTACT SURFACES OF ELECTRONIC COMPONENTS

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102420024A (zh) * 2011-12-15 2012-04-18 安徽华云电缆股份有限公司 一种高强度、高导电性复合铜线

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102420024A (zh) * 2011-12-15 2012-04-18 安徽华云电缆股份有限公司 一种高强度、高导电性复合铜线

Also Published As

Publication number Publication date
TW201602366A (zh) 2016-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5668087B2 (ja) 半導体装置接合用銅希薄ニッケル合金ワイヤの構造
TWI395823B (zh) 包鈀（Ｐｄ）銅球銲接合線
TWI508204B (zh) High-speed signal line with bonding wire
JP5219316B1 (ja) 半導体装置接続用銅白金合金細線
EP2461358B1 (en) Bonding wire for semiconductor
JP5213146B1 (ja) 半導体装置接続用銅ロジウム合金細線
JP5165810B1 (ja) 銀金パラジウム系合金バンプワイヤ
TWI490995B (zh) High-speed signal line with bonding wire
TWI738695B (zh) 球焊用銅合金線
JP4482605B1 (ja) 高純度Ｃｕボンディングワイヤ
TWI510652B (zh) Construction of thin copper alloy wire for copper alloy for joining semiconductor device
JP2004014884A (ja) ボンディングワイヤー
KR101280053B1 (ko) 고순도 동(銅) 본딩 와이어
CN105390463B (zh) 半导体装置接合用铜稀薄镍合金线的构造
JP6898705B2 (ja) ボールボンディング用銅合金細線
JP2017048432A (ja) ボールボンディング用銅合金細線
TW201708551A (zh) 球焊用金(Au)分散銅線

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees