WO2021166081A1 - 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ - Google Patents

半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ Download PDF

Info

Publication number
WO2021166081A1
WO2021166081A1 PCT/JP2020/006337 JP2020006337W WO2021166081A1 WO 2021166081 A1 WO2021166081 A1 WO 2021166081A1 JP 2020006337 W JP2020006337 W JP 2020006337W WO 2021166081 A1 WO2021166081 A1 WO 2021166081A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wire
crystal orientation
less
crystal
loop
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/006337
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
哲哉 小山田
宇野　智裕
山田　隆
大造 小田
Original Assignee
日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社
日鉄マイクロメタル株式会社
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 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社, 日鉄マイクロメタル株式会社 filed Critical 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社
Priority to EP20919653.4A priority Critical patent/EP4109498A4/en
Priority to PCT/JP2020/006337 priority patent/WO2021166081A1/ja
Publication of WO2021166081A1 publication Critical patent/WO2021166081A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—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
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—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
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/43—Manufacturing methods
    • 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
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—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
    • H01L2224/05617—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 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/05624—Aluminium [Al] as principal 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
    • H01L2224/43—Manufacturing methods
    • H01L2224/438—Post-treatment of the connector
    • H01L2224/43848—Thermal treatments, e.g. annealing, controlled cooling
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—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
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253—Silicon [Si]

Definitions

  • the present invention relates to a Cu alloy bonding wire for a semiconductor device used for connecting an electrode on a semiconductor element and a circuit wiring board such as an external lead.
  • a bonding wire for a semiconductor device for bonding an electrode on a semiconductor element and an external lead
  • a thin wire having a diameter of about 15 to 50 ⁇ m is mainly used.
  • the bonding wire is generally bonded by a thermocompression bonding method using ultrasonic waves, and a general-purpose bonding device, a capillary jig used for connecting the bonding wire through the inside thereof, or the like is used.
  • the tip of the wire is heated and melted by arc heat input to form a ball (FAB: Free Air Ball) by surface tension, and then the electrode of the semiconductor element is heated in the range of 150 to 300 ° C.
  • FAB Free Air Ball
  • This ball portion is crimp-bonded (hereinafter, ball-bonded), then a loop is formed while feeding out the wire from the capillary, and then the wire portion is crimp-bonded to the electrode on the external lead side (hereinafter, wedge-bonded) to complete the process. ..
  • solder wires using Cu are roughly classified into those having a coating layer such as Pd or Au on the surface of Cu (hereinafter, coated Cu wire) and those having no coating layer (hereinafter, bare Cu wire).
  • coated Cu wire is characterized in that the oxidation of Cu is suppressed by providing a coating layer and the use performance such as bondability is improved, and the coated Cu wire is mainly used for high-density LSI.
  • bare Cu wire is mainly used for power device applications with relatively low required performance, taking advantage of its low cost. Recently, attempts have been made to apply the bare Cu wire to the most advanced high-density LSI by improving the characteristics of the bare Cu wire.
  • the output of ultrasonic waves tends to be increased in order to obtain the joint strength of the wedge joint portion, but the loop may be curved under the influence of ultrasonic waves.
  • the operation of vibrating the stage at a low frequency which is called scrubbing, is often used together while the wire is pressed by the capillary.
  • scrubbing promotes the deformation of the wire and is effective in improving the joint strength of the wedge joint, the vibration of the scrub may cause the loop to bend and reduce the straightness.
  • the diameter of the bonding wire used in the high-density LSI is mainly a thin wire diameter of 25 ⁇ m or less, but as the wire diameter becomes smaller, the strength of the loop portion decreases, so that the loop straightness is ensured. Was becoming more difficult.
  • Patent Document 1 describes a bonding wire for a semiconductor device having a core material made of a conductive metal and a skin layer containing a metal different from the core material as a main component on the core material.
  • a bonding wire characterized in that the aspect ratio of the average size of crystal grains on the surface in the longitudinal direction / circumferential direction of the wire is 3 or more is disclosed, and the straightness of the loop is good in a 3 mm span under normal conditions. It is stated that.
  • Patent Document 2 describes a bonding wire for a semiconductor device having a core material made of a conductive metal and a skin layer containing a metal different from the core material as a main component on the core material.
  • the relationship between the average size a of the epidermis crystal grains in the wire circumferential direction and the average size b of the core material crystal grains in the vertical cross section which is the cross section perpendicular to the wire axis is a / b ⁇ 0.7.
  • a bonding wire for a semiconductor device, which is characterized by this, is disclosed, and it is stated that the wire tilting (leaning property) immediately above the ball can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a case where the loop straightness is high
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams schematically showing a case where the loop straightness is low.
  • This schematic diagram is an observation of the loop portion from directly above.
  • the loop 1 having high loop straightness has no inclination or curvature in the loop portion, and has a straight line or a shape close to a straight line.
  • the straightness of the loop is low, the entire loop is often tilted in one direction as in loop 2, or a part of the loop is curved to the left or right as in loop 3.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 both relate to a bonding wire for a semiconductor device having a core material made of a conductive metal and a skin layer having a metal as a main component different from the core material on the core material. Is. This technique is premised on a coated structure, and it was not clear whether this technique is effective for bare Cu wire. Therefore, the inventors have investigated whether or not the loop straightness of the bare Cu wire is improved by using these techniques for the bare Cu wire and the loop straightness required for the high-density LSI can be satisfied.
  • the relationship between the average size a of the crystal grains on the surface of the bare Cu wire in the wire circumferential direction and the average size b of the crystal grains in the vertical cross section which is the cross section perpendicular to the wire axis is determined. It was verified whether or not the loop straightness could be improved by setting a / b ⁇ 0.7.
  • the relationship between the average size a of the crystal grains in the wire circumferential direction on the surface of the wire and the average size b of the crystal grains in the vertical cross section which is the cross section perpendicular to the wire axis is a / b ⁇ 0.7.
  • the mainstream resin sealing method is transfer molding using a thermosetting resin such as an epoxy resin.
  • a thermosetting resin such as an epoxy resin.
  • transfer molding first, a thermosetting resin is loaded into a mold heated to 160 to 190 ° C. to reduce the viscosity. After that, the resin is poured into a mold to which the lead frame and the resin substrate are fixed, and the resin is formed into a desired shape. Further, it is heated in the mold for several minutes, and finally the resin is cured to complete the molding.
  • a problem in the resin sealing process in a high-density LSI is deformation of the loop portion when the resin is poured into the mold.
  • the bent part just above the ball is called the neck part. Since the neck portion is accompanied by a large bending deformation as compared with other loop portions, there is a problem that the neck portion cannot withstand the bending deformation and damage such as cracks occurs. In order to apply bare Cu wire to the most advanced high-density LSI, a technique for reducing damage to the neck portion has been required.
  • the state-of-the-art high-density LSI is required to operate without failure even if it is used for a long time. In response to these demands, it has been required to improve the long-term service life of each bonding portion of the bonding wire.
  • As a method for evaluating the long-term service life a high temperature leaving test, a high temperature and high humidity test, a thermal cycle test and the like are generally performed.
  • the state-of-the-art high-density LSI has particularly strict performance requirements for a high-temperature standing test, and is required to satisfy a long-term service life of 500 hours or more in a high-temperature standing test at 200 ° C.
  • the electrodes on the semiconductor element are becoming smaller.
  • a technique for controlling the ball deformation behavior at the time of ball joining is required.
  • a problem with bare Cu wires is the defect that the crimping shape of the ball (hereinafter referred to as the ball crimping shape) is deformed into a petal shape at the time of ball joining.
  • the ball crimping shape the crimping shape of the ball
  • a defect occurs, a part of the deformed ball protrudes out of the electrode and comes into contact with the adjacent electrode, causing a short circuit or the like. Therefore, in order to apply the bare Cu wire to the most advanced high-density LSI, a technique for controlling the ball crimping shape to a shape close to a perfect circle when observed from directly above the electrode has been required.
  • An object of the present invention is to provide a Cu alloy bonding wire for a semiconductor device that can satisfy the required performance in high-density LSI applications.
  • the Cu alloy bonding wire for a semiconductor device has an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire central axis among the crystal orientations of the wire surface ⁇ 100> crystal orientation.
  • the abundance ratios of the ⁇ 110> crystal orientation and the ⁇ 111> crystal orientation are 3% or more and less than 27% in average area ratio, respectively.
  • the loop straightness can be improved, the required performance in high-density LSI applications can be satisfied.
  • FIG. 2A is a state which was bent in one direction
  • FIG. 2B is a figure which was bent to the left and right. It is a perspective view provided for the explanation of a measurement area.
  • the bonding wire of this embodiment is a Cu alloy bonding wire for a semiconductor device, and has an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire central axis among the crystal orientations of the wire surface.
  • the abundance ratios of the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation are each 3% or more and less than 27% in terms of average area ratio.
  • the crystal orientation of the wire surface is defined as the crystal orientation of Cu and the alloy portion mainly composed of Cu existing on the wire surface.
  • EBSD electron backscattered diffraction
  • the EBSD method is a method of determining the crystal orientation of each measurement point by projecting the diffraction pattern of the reflected electrons generated when the sample is irradiated with an electron beam onto the detector surface and analyzing the diffraction pattern. .. Dedicated software (OIM analysis, etc.
  • the bonding wire is fixed to the sample table, the wire surface is irradiated with an electron beam from one direction, and the crystal orientation data is acquired.
  • the crystal orientation with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis and the crystal orientation with respect to the wire central axis direction can be determined.
  • the abundance ratio of the ⁇ 100> crystal orientation is the ratio of the area occupied by the ⁇ 100> crystal orientation determined by the above method to the area of the measurement region by the EBSD method.
  • the ⁇ 100> crystal orientation is an angle difference with respect to the direction y perpendicular to one plane P including the wire central axis x among the ⁇ 100> crystal orientations of the wire surface, as shown in FIG. Is defined as 15 degrees or less. This is because if the angle difference is 15 degrees or less, an advantageous effect for improving the characteristics of the bonding wire can be obtained.
  • the abundance ratios of the ⁇ 110> crystal orientation and the ⁇ 111> crystal orientation with respect to the x direction of the wire central axis can also be calculated by using the same method.
  • the average area ratio is used as the value of the abundance ratio of a specific crystal orientation.
  • the average area ratio is the arithmetic mean of each value of the abundance ratio obtained by measuring at least 10 points or more by the EBSD method.
  • the length W in the circumferential direction is 25% or less of the diameter of the wire and the length L in the wire central axis x direction is 40 ⁇ m to 100 ⁇ m on the SEM image.
  • the abundance ratio of the crystal orientation of the wire surface obtained by the EBSD method has a strong correlation with the effect of improving the loop straightness, which is the effect of the present embodiment.
  • the surface of the wire is a curved surface, and the deviation from the direction perpendicular to the surface of the wire occurs from the apex of the wire (the highest position with respect to the circumferential direction of the wire fixed to the sample table) toward the circumferential direction.
  • the measurement data obtained by the above method is consistent with the actual condition showing the effect of improving the straightness of the loop.
  • the bonding wire There may be a copper oxide film or impurities attached unintentionally on the surface of the bonding wire.
  • impurities include organic substances, sulfur, nitrogen and compounds thereof. Even when these are present, if the thickness is thin or the abundance is small, the crystal orientation of the bonding wire surface can be measured by optimizing the measurement conditions of the EBSD method. If the copper oxide film on the surface of the bonding wire is thick or the amount of impurities adhered is large, the crystal orientation of the Cu and Cu alloy portions may not be measurable. In this case, it is effective to treat the surface of the bonding wire by alkaline degreasing, acid cleaning, ion sputtering, or the like before performing the measurement using the EBSD method.
  • the EBSD method can be used to measure the average crystal grain size.
  • the crystal grain size is defined as a circle-equivalent diameter calculated from the area of a region surrounded by crystal grain boundaries having an orientation difference of 15 degrees or more measured by the EBSD method.
  • the arithmetic mean value of the crystal grain size values measured for five randomly selected bonding wires is used.
  • a method of exposing the cross section perpendicular to the wire central axis a method of embedding the bonding wire in a resin and then mechanically polishing the bonding wire, or a method of processing with an Ar ion beam can be used.
  • An ICP emission spectroscopic analyzer or the like can be used for the concentration analysis of the elements contained in the bonding wire.
  • the concentration analysis may be performed after removing the region of 1 to 2 nm from the surface of the bonding wire by sputtering or the like before performing the analysis. ..
  • a method using acid cleaning is also effective.
  • the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal in which the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis It was found that there is a strong correlation between the abundance ratio of the orientation and the straightness of the loop, and that the effect of improving the straightness of the loop can be obtained by controlling the abundance ratio of these crystal orientations within an appropriate range.
  • the places where the entire loop is tilted or a part of the loop is curved is significantly reduced. , It was confirmed that high loop straightness was obtained.
  • the loop may tilt in a particular direction.
  • the abundance ratio is less than 3% or 27% or more in terms of the average area ratio, the loop is tilted in a specific direction and the effect of improving the straightness of the loop is insufficient, which is not suitable for practical use. It is considered that this is because the plastic anisotropy of the wire surface of the loop portion is increased due to the strong orientation of a certain crystal orientation among the crystal orientations.
  • the bonding wire of the present embodiment further has a ⁇ 100> crystal orientation and a ⁇ 110> crystal having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire central axis among the crystal orientations of the wire surface. It is preferable that the total abundance ratio of the orientation and the ⁇ 111> crystal orientation is 15% or more and less than 50%. As a result, the effect of maintaining high loop straightness can be obtained even after the resin sealing step. Specifically, after joining the bonding wires, the bonding wires were sealed with resin by transfer molding, and the loop was observed using a soft X-ray device. As a result, it was confirmed that high loop straightness was maintained.
  • the plastic anisotropy of the loop portion It is considered that the effect of reducing the amount of water is synergistically enhanced, and the effect of maintaining high loop straightness even after resin sealing is enhanced.
  • the effect of maintaining high loop straightness after resin sealing was not sufficient.
  • crystal orientations other than ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation may grow preferentially, and a high loop even after resin sealing. It is probable that the effect of maintaining straightness could not be stably enhanced.
  • the total abundance ratio is 50% or more, the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation are dominant, so that the effect of maintaining high loop straightness even after resin sealing is achieved. It is probable that it could not be sufficiently increased.
  • the bonding wire of the present embodiment further sets the abundance ratio of the ⁇ 100> crystal orientation in which the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis among the crystal orientations of the wire surface.
  • the abundance ratio of ⁇ 110> crystal orientation is Y and the abundance ratio of ⁇ 111> crystal orientation is Z, it is preferable that X + Y> Z. As a result, the effect of maintaining high loop straightness even after resin sealing is further enhanced.
  • the reason for this is that among the crystal orientations on the wire surface, ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> in which the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis.
  • the above-mentioned X and Y It is presumed that when Z satisfies the relationship of X + Y> Z, the plastic anisotropy of the loop portion can be further reduced, and the effect of improving the straightness of the loop is synergistically enhanced.
  • the total abundance ratio of the ⁇ 110> crystal orientation and the ⁇ 110> crystal orientation reduces the anisotropy of the loop portion as compared with the abundance ratio of the ⁇ 111> crystal orientation. It is thought that this is because the effect of making it is high.
  • the bonding wire of the present embodiment further has a ⁇ 121> crystal orientation and a ⁇ 123> crystal having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire central axis among the crystal orientations of the wire surface. It is preferable that the abundance ratio of the orientations is less than 15% in terms of average area ratio. As a result, the effect of maintaining high loop straightness even after resin sealing is further enhanced. The reason for this is that among the crystal orientations on the wire surface, the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis, ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, ⁇ 111>.
  • the abundance ratios of the crystal orientations should be 3% or more and less than 27% in average area ratio, and the total abundance ratios of these crystal orientations should be 15% or more and less than 50%.
  • the plastic anisotropy of the loop portion is further reduced by setting the abundance ratios of the ⁇ 121> crystal orientation and the ⁇ 123> crystal orientation to less than 15%, respectively. It is presumed that the effect of maintaining the straightness of the loop even after sealing with the resin was synergistically enhanced.
  • the bonding wire of the present embodiment preferably has an average crystal grain size of 0.4 ⁇ m or more and 2.1 ⁇ m or less in a cross section perpendicular to the wire central axis.
  • damage to the neck portion can be reduced. It is considered that this is because the plastic deformability against bending deformation that causes damage to the neck portion is controlled within an appropriate range by setting the average crystal grain size to 0.4 ⁇ m or more and 2.1 ⁇ m or less.
  • the neck portion corresponds to a portion affected by arc heat input during ball formation (hereinafter, heat-affected zone).
  • the crystal grain size of the heat-affected zone is coarsened by the heat input from the arc, but it is considered that controlling the average crystal grain size of the bonding wire in advance was effective in controlling the crystal grain size of the neck portion.
  • the average crystal grain size is less than 0.4 ⁇ m or larger than 2.1 ⁇ m, the effect of reducing neck damage is not sufficient.
  • the average crystal grain size was less than 0.4 ⁇ m, cracks were observed in the bent portion of the neck portion. It is considered that this is because the average crystal grain size of the neck portion has become finer and the deformation resistance to bending deformation has become too high.
  • the average crystal grain size was larger than 2.1 ⁇ m, damage such as excessive deformation of the neck portion and breakage of the wire was observed. It is considered that this is because the average crystal grain size of the neck portion becomes coarse and the deformation resistance against bending deformation is insufficient.
  • the bonding wire of the present embodiment further has ⁇ 111> crystal orientation and ⁇ 100> crystal orientation in which the angle difference with respect to the wire central axis direction is 15 degrees or less among the crystal orientations in the cross section in the direction parallel to the wire central axis. It is preferable that the total abundance ratio of the above is 25% or more and less than 60% in terms of average area ratio. As a result, it is possible to obtain the effect of reducing damage to the neck portion even when a low loop is formed.
  • the ⁇ 111> crystal orientation and the ⁇ 100> crystal orientation have a large effect on the control of the deformability with respect to the bending deformation of the neck portion, and the total of these abundance ratios is appropriately controlled. It is considered that this was because the plastic deformability with respect to the bending deformation of the neck portion could be appropriately controlled.
  • the effect of suppressing neck damage at the time of low loop is sufficient. is not it.
  • the total abundance ratio was less than 25%, damage such as excessive deformation of the neck portion and bending of the wire was observed. It is considered that this is because the deformation resistance against bending deformation is insufficient.
  • the total abundance ratio was 60% or more, cracks were observed in the bent portion of the neck portion. It is considered that this is because the deformation resistance against bending deformation becomes too high.
  • the bonding wire of the present embodiment further contains one or more of Ni, Pd, Pt, and Au in a total amount of 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less, and the balance is Cu and unavoidable impurities.
  • the life of the ball joint in the high temperature standing test at 200 ° C. can be improved to 500 hours or more.
  • the reason for this is considered to be the effect that Ni, Pd, Pt, and Au reduce the growth rate of the Cu—Al intermetallic compound that causes peeling at the interface between the ball and the Al electrode.
  • the concentration of the element is less than 0.01% by mass, the effect of improving the life of the ball joint in the high temperature standing test at 200 ° C. is not sufficient.
  • concentration of the element exceeds 1.5% by mass, the hardness of the ball increases and the formation of the intermetallic compound becomes non-uniform, so that the effect of improving the life of the ball joint in the high temperature standing test at 200 ° C. is effective. Not enough.
  • the bonding wire of the present embodiment further contains at least one of P, In, Ga, Ge, and Ag in a total amount of 0.001% by mass or more and 0.75% by mass or less, and the balance is Cu and unavoidable impurities. ..
  • the reason why such an effect was obtained is that the crystal grains constituting the ball were made finer and isotropic deformation was promoted. If the concentration is less than 0.001% by mass, the effect of refining the crystal grains is insufficient, and the above effect is not sufficient. If the concentration exceeds 0.75% by mass, the segregation of elements inside the ball becomes remarkable and the variation of the crystal grains constituting the ball increases, so that the above effect is not sufficient.
  • a method for manufacturing a bonding wire for a semiconductor device will be described.
  • a copper alloy ingot is obtained by using high-purity copper having a Cu purity of 4N to 6N (Cu concentration: 99.99% by mass or more and 99.9999% by mass or less) as a raw material and dissolving it together with an element to be added.
  • Ingot is produced.
  • a method of directly dissolving copper and a high-purity additive component to alloy them, or a mother alloy containing about 3 to 5% by mass of an additive element in copper is prepared in advance, and the copper and the mother alloy are prepared.
  • a method of melting and alloying can be used.
  • the method using a mother alloy is effective when the element distribution is made uniform at a low concentration.
  • An arc melting furnace, a high frequency melting furnace, or the like can be used for melting.
  • the surface of the ingot is preferably acid-cleaned and alcohol-cleaned to remove oxides and stains, and then dried.
  • the manufactured copper alloy ingot is first processed into a linear shape by rolling or forging. Next, it is preferable to reduce the wire diameter to the final wire diameter of the product by drawing.
  • a continuous wire drawing device capable of setting a plurality of diamond-coated dies can be used.
  • a lubricating liquid for the purpose of reducing die wear and wire surface defects.
  • heat treatment is performed for the purpose of strain removal or the like in the middle stage of the drawing process. In the present specification, the heat treatment performed with the intermediate wire diameter is referred to as an intermediate heat treatment.
  • the wire after the intermediate heat treatment is drawn to the final wire diameter used as a product.
  • the process of drawing from the wire diameter to which the intermediate heat treatment is performed to the final wire diameter is referred to as the final drawing process.
  • the bonding wire is recrystallized and heat-treated to adjust its mechanical properties.
  • the heat treatment performed at the final wire diameter is referred to as the final heat treatment.
  • a method of performing the heat treatment while continuously sweeping the wires can be used.
  • the heat treatment is performed in an inert atmosphere in which Ar gas or N 2 gas is refluxed. Further, it is also effective to contain several% of H 2 as a reducing gas component in the inert atmosphere.
  • the intermediate heat treatment conditions for example, the intermediate heat treatment conditions, the final drawing processing conditions, and the final heat treatment conditions. ..
  • the reason for this can be considered as follows.
  • the final heat treatment after the final drawing process causes recrystallization and grain growth on the wire surface.
  • what kind of crystal orientation the crystal grains are generated by recrystallization and how much the crystal grains having which crystal orientation grow are determined by the amount of processing strain, the temperature and time of the final heat treatment, and the like. to be influenced.
  • the amount of processing strain can be considered as one of the factors affecting the formation of recrystallized nuclei.
  • the machining strain introduced in the bonding wire manufacturing process can also be introduced in rolling and forging, but in order to stably control the amount of machining strain, only the final drawing process is performed rather than combining multiple machining processes. It is preferable to control with. For that purpose, it is effective to perform an intermediate heat treatment.
  • the amount of processing strain can be sufficiently reduced if the intermediate heat treatment is performed at a temperature at which recovery or recrystallization occurs for a certain period of time or longer. Therefore, by performing the intermediate heat treatment with an appropriate wire diameter, the amount of processing strain accumulated at the stage of performing the final heat treatment need only consider the amount of processing strain introduced into the material by the final drawing process, and the crystal orientation is stable. It becomes possible to control the system.
  • the control method of intermediate heat treatment, final drawing process, and final heat treatment will be explained. It is effective that the intermediate heat treatment is at 630 ° C. or higher and lower than 750 ° C. for 0.05 seconds or more and less than 1.5 seconds.
  • the temperature of the intermediate heat treatment is less than 630 ° C. or the heat treatment time is less than 0.05 seconds, the effect of reducing the processing strain amount cannot be sufficiently obtained, and the above ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, ⁇ 111>
  • the abundance ratio of crystal orientation cannot be controlled stably.
  • the temperature of the intermediate heat treatment is 750 ° C. or higher or the heat treatment time is 1.5 seconds or longer, the crystal grains become coarse and the wire becomes too soft, and the frequency of disconnection occurs in the subsequent final drawing process. Therefore, it is not suitable for practical use.
  • the amount of machining strain introduced in the final drawing process is considered to have a positive correlation with the processing rate of the final drawing process defined by the following equation.
  • the processing rate of the final drawing process is 57% or more and less than 87%.
  • the abundance ratio of any one of the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation is less than 3%. It is considered that this is because the amount of processing strain in the final drawing process was insufficient, and the generation of recrystallized nuclei necessary for the above-mentioned crystal orientation to grow was insufficient.
  • the processing rate of the final drawing process is 87% or more, the ⁇ 110> crystal orientation is 27% or more. It is considered that this is because the amount of processing strain in the final drawing process becomes excessive and many recrystallized nuclei in the ⁇ 100> crystal orientation are generated.
  • the final heat treatment is 660 ° C or higher and lower than 750 ° C, and 0.05 seconds or more and less than 1.5 seconds.
  • the temperature of the final heat treatment is less than 680 ° C. or the heat treatment time is less than 0.05 seconds, the abundance ratio of the ⁇ 110> crystal orientation becomes 27% or more.
  • the final heat treatment temperature is 750 ° C. or higher or the heat treatment time is 1.5 seconds or longer, the wire becomes too soft and sufficient wire bondability cannot be obtained.
  • the first final preheat treatment is performed under specific conditions between the final drawing process and the final heat treatment. Is effective. That is, it is effective that the wire manufacturing process is, in order, an intermediate heat treatment, a final drawing process, a first final pre-heat treatment, and a final heat treatment.
  • the first final preheat treatment is at 550 ° C. or higher and lower than 680 ° C., and at 0.05 seconds or longer and less than 0.5 seconds. This is because the abundance ratio of the crystal orientation formed by the final heat treatment can be controlled by performing the first final pre-heat treatment within an appropriate condition range.
  • the temperature of the first final preheat treatment is less than 550 ° C. or the heat treatment time is less than 0.05 seconds, the total of the abundance ratios of the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation is It will be 50% or more.
  • the total of the abundance ratios of the ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation is 15%. It will be less than.
  • the abundance ratio of ⁇ 100> crystal orientations in which the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis is X, ⁇ 110> crystal orientations.
  • An example of a method of controlling X, Y, and Z so as to satisfy the relationship of X + Y> Z will be described when the abundance ratio of is Y and the abundance ratio of ⁇ 111> crystal orientation is Z.
  • the second final preheat treatment is 450 ° C. or higher and lower than 550 ° C., and 0.05 seconds or more and less than 0.5 seconds. This is because by performing the second final preheat treatment within an appropriate condition range, the ⁇ 100> crystal orientation and the ⁇ 110> crystal orientation are increased by the final heat treatment, and as a result, the value of X + Y is increased.
  • the temperature of the second final preheat treatment is less than 450 ° C. or the heat treatment time is less than 0.05 seconds, the X, Y, and Z cannot satisfy X + Y> Z. It is considered that this is because the effect of increasing the value of X + Y cannot be obtained.
  • the X, Y, and Z cannot satisfy X + Y> Z. It is considered that this is because the ⁇ 111> crystal orientation is easier to grow than the ⁇ 100> crystal orientation and the ⁇ 110> crystal orientation.
  • the abundance ratios of ⁇ 121> crystal orientations and ⁇ 123> crystal orientations in which the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis are determined.
  • An example of a method of controlling the average area ratio to less than 15% is shown.
  • Annealing is effective.
  • N 2 is promising as an inert gas other than Ar from the viewpoint of cost and safety, but since it has a higher thermal conductivity than Ar gas, the ⁇ 121> crystal orientation and ⁇ 123> crystal The effect of controlling the abundance ratio of the orientation to less than 15% in the average area ratio cannot be obtained.
  • the average crystal grain size becomes larger than 2.1 ⁇ m. It is considered that this is because the amount of processing strain accumulated inside the material was small. If the wire feed rate during the final drawing process is higher than 1200 m / min, the average crystal grain size will be less than 0.4 ⁇ m.
  • the total of the abundance ratios of the ⁇ 111> crystal orientation and the ⁇ 100> crystal orientation in which the angle difference with respect to the wire central axis is 15 degrees or less is calculated.
  • An example of a method of controlling the average area ratio to 25% or more and less than 60% is shown.
  • the processing ratio per die at the time of final drawing is set to 18. It is effective to set it to% or more and less than 21%.
  • the frictional force generated at the interface between the die and the wire related to the development of the crystal orientation in the wire central axis direction on the wire surface can be controlled by changing the processing rate per die. ..
  • the machining ratio per die is the ratio of the area of the wire reduced by machining to the cross-sectional area in the direction perpendicular to the wire center axis of the wire before machining, expressed as a percentage. It is a thing. If the processing rate per die is less than 18%, the total of the abundance ratios of the ⁇ 111> crystal orientation and the ⁇ 100> crystal orientation will be less than 25%. When the processing rate per die is 21% or more, the total of the abundance ratios of the ⁇ 111> crystal orientation and the ⁇ 100> crystal orientation is 60% or more.
  • the method of manufacturing the bonding wire will be explained.
  • the raw material Cu having a purity of 99.99% by mass or more and the balance consisting of unavoidable impurities was used.
  • the bonding wire contained Ni, Pd, Pt, Au, P, In, Ga, Ge, and Ag as additive elements, Cu and these elements were melted and alloyed by a high-frequency melting furnace.
  • the total target concentration of the additive elements other than the unavoidable impurity elements was less than 0.5% by mass
  • a Cu alloy containing the additive elements at a high concentration was used to produce an alloy having the desired concentration.
  • the atmosphere at the time of dissolution was an Ar atmosphere in order to prevent impurities such as oxygen from being mixed.
  • the shape of the ingot produced by melting was a columnar shape with a diameter of about 5 mm.
  • the ingot was forged and drawn to produce a wire having an intermediate wire diameter.
  • the wire diameter of the wire having an intermediate wire diameter was calculated back from the final wire diameter so that the processing rate of the final drawing process was 57% or more and less than 87%.
  • an intermediate heat treatment was performed on the wire having an intermediate wire diameter under the conditions of 630 ° C. or higher and lower than 750 ° C. and 0.05 seconds or more and less than 1.5 seconds.
  • the final drawing process was performed under the condition that the drawing process rate was 57% or more and less than 87%, and a wire having a wire diameter of ⁇ 20 ⁇ m was manufactured.
  • the final heat treatment was performed under the conditions of 660 ° C. or higher and lower than 750 ° C.
  • the first final preheat treatment and the second final preheat treatment were performed before the final heat treatment.
  • the conditions of the first final preheat treatment were 550 ° C. or higher and lower than 680 ° C., and 0.05 seconds or more and less than 0.5 seconds.
  • the conditions for the second final preheat treatment were 450 ° C. or higher and lower than 550 ° C., and 0.05 seconds or more and less than 0.5 seconds.
  • the atmosphere at the time of the final heat treatment was Ar atmosphere or N 2 atmosphere.
  • the wire feed rate during the final drawing process was changed in the range of 600 m / min or more and 1300 m / min or less.
  • the processing rate per die at the time of final drawing was changed in the range of 16% or more and 23% or less.
  • the average crystal grain size in the cross section of the bonding wire of the present embodiment perpendicular to the wire central axis was calculated from the data measured by the EBSD method after the wire cross section was processed with an Ar ion beam to expose it. Five wires were acquired at intervals of about 3 m, and the average value of the measured values of each wire was used. The measurement area was defined as the area including all the cross sections perpendicular to the wire center axis.
  • the total of the abundance ratios of the ⁇ 111> crystal orientation and the ⁇ 100> crystal orientation in which the angle difference with respect to the wire center axis direction of the bonding wire in the cross section in the direction parallel to the wire center axis of the present embodiment is 15 degrees or less is After processing the wire cross section with an Ar ion beam to expose it, it was calculated from the data measured by the EBSD method. The total of the abundance ratios was taken as the average value of the measured values of 10 wires obtained at intervals of about 3 m.
  • the measurement area was a rectangular area having a wire central axis direction of 80 ⁇ m and a diameter direction of 20 ⁇ m. Further, the measurement region is a region including both ends of the wire in the radial direction.
  • the loop straightness was evaluated by the frequency of occurrence of loops having low straightness when the bonding wires were joined. An optical microscope was used to observe the loop portion. The loop length was 7.0 mm and the loop height was 0.2 mm. The loop part was observed from directly above the loop, and it was judged that the loop straightness was low if the distance from the position where the ball joint part and the wire joint part were connected by a straight line to the loop part was 10 ⁇ m or more at the farthest place. ..
  • the loop straightness after resin sealing was evaluated by the frequency of occurrence of loops having low straightness when the bonding wire was bonded and then sealed with a general-purpose mold resin.
  • a soft X-ray device was used to observe the loop portion.
  • the loop length was 7.0 mm and the loop height was 0.2 mm.
  • the loop portion was observed from directly above the loop, and it was determined that the straightness was low if the distance from the position where the ball joint portion and the wire joint were connected by a straight line to the loop portion was 15 ⁇ m or more at the farthest point. Observing the loops of 200 bonding wires, if there are 6 or more loops with low straightness, it is judged to be defective.
  • Neck damage was evaluated by the number of damaged parts by observing the neck part after joining the bonding wires.
  • the loop length was 7.0 mm
  • the loop height was 0.2 mm
  • the loop shape was a trapezoidal shape.
  • the necks of the 200 bonded wires were observed with a scanning electron microscope, and if there were two or more damaged parts, it was judged to be defective and marked as 0 points. If there was only one damaged part, it was judged that there was no problem in practical use, and it was judged to be 1 point, and if no defect occurred, it was judged to be excellent, and it was described as 2 points.
  • the evaluation results are shown in the column of "Neck damage" in Table 2. 0 points are rejected, and others are passed.
  • the life of the ball joint in the high temperature standing test is that the bonding wire is bonded, sealed with a general-purpose resin, and then left in a constant temperature furnace set at 200 ° C., and the bonding strength of the ball joint is 50% or less of that before the test. It was evaluated by the time required for the decrease to.
  • the value of the joint strength used for determining the life of the ball joint the average value of the values obtained by measuring the strength of 10 randomly selected ball joints using a microshare tester was used.
  • the resin was removed by acid treatment in order to expose the ball joint.
  • the diameter of the ball was in the range of 1.5 to 1.7 times the diameter of the wire.
  • N 2 + 5% by volume H 2 gas was sprayed at a flow rate of 0.4 to 0.6 L / min to prevent oxidation.
  • the life of the ball joint is less than 500 hours, it is judged that there is a practical problem, 0 points, and if it is 500 hours or more and less than 700 hours, it is judged that there is no practical problem, 1 point, 700 hours. If it was above, it was judged to be excellent and it was described as 2 points.
  • the evaluation results are shown in the column of "Life of ball joint in high temperature standing test" in Table 2. 0 points are rejected, and others are passed.
  • the ball crimping shape was evaluated by the number of crimping shape defects generated by performing ball bonding 100 times to the Al electrode on the Si substrate. The ball crimping shape was determined by observing the ball from directly above the ball joint, and if the ball crimping shape was close to a circle, it was judged to be good, and if it was a petal-shaped shape, it was judged to be defective. An optical microscope was used to observe the ball crimping shape.
  • Example No. Reference numerals 1 to 87 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, and the angle difference between the crystal orientations of the wire surface and the direction perpendicular to one plane including the wire central axis is 15 degrees or less ⁇ 100>. Since the abundance ratios of the crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation were 3% or more and less than 27% in average area ratio, the loop straightness was within the permissible range. Example No. Since the abundance ratios of 1 to 75 are 5% or more and less than 25% in average area ratio, there is no problem in practical use of loop straightness.
  • Example No. Reference numerals 4 and 5 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, and the angle difference between the crystal orientations of the wire surface and the direction perpendicular to one plane including the wire central axis is 15 degrees or less ⁇ 100>.
  • the abundance ratios of the crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation are each 3% or more and less than 27% in average area ratio, and one of the crystal orientations on the wire surface including the wire central axis.
  • the total of the abundance ratios of ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation in which the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to the plane is 15% or more and less than 50% in terms of average area ratio. Therefore, excellent evaluation results were obtained with respect to the loop straightness after resin sealing.
  • Examples 1, 6, 7, 15 and 16 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, and have an angle difference with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire central axis among the crystal directions of the wire surface.
  • the abundance ratios of ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation, which are 15 degrees or less, are 3% or more and less than 27% in average area ratio, respectively, and among the crystal orientations on the wire surface.
  • the total of the abundance ratios of ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation in which the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis is the average area.
  • ⁇ 100> Crystal orientation in which the ratio is 15% or more and less than 50%, and the angle difference between the crystal orientations on the wire surface is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis.
  • the abundance ratio is X
  • the abundance ratio of ⁇ 110> crystal orientation is Y
  • the abundance ratio of ⁇ 111> crystal orientation is Z
  • X + Y> Z so that the loop straightness after resin sealing is further excellent. Evaluation results were obtained.
  • Example No. 8 to 14, 17 to 27, and 29 to 75 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, and have an angle difference with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire central axis among the crystal directions of the wire surface.
  • the abundance ratios of ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation, which are 15 degrees or less, are 3% or more and less than 27% in average area ratio, respectively, and among the crystal orientations on the wire surface.
  • the total of the abundance ratios of ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation in which the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis is the average area.
  • the ⁇ 100> Crystal orientation in which the ratio is 15% or more and less than 50%, and the angle difference between the crystal orientations on the wire surface is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis.
  • the abundance ratio is X
  • the abundance ratio of ⁇ 110> crystal orientation is Y
  • the abundance ratio of ⁇ 111> crystal orientation is Z
  • the central axis of the wire among the crystal orientations on the wire surface is Since the abundance ratios of the ⁇ 121> crystal orientation and the ⁇ 123> crystal orientation, each of which has an angle difference of 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including, is less than 15% in terms of average area ratio, the resin is sealed. A particularly excellent evaluation result was obtained with respect to the later loop straightness.
  • Example No. Reference numerals 2 to 8, 10 and 12 to 87 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, and the average crystal grain size in the cross section perpendicular to the wire central axis is 0.4 ⁇ m or more and 2.1 ⁇ m or less. Excellent evaluation results were obtained for partial damage.
  • Example No. 5 to 12, 14, 16 to 75 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, and among the crystal orientations in the cross section in the direction parallel to the wire central axis, the angle difference with respect to the wire central axis is 15 degrees or less. Since the total of the abundance ratios of a certain ⁇ 111> crystal orientation and ⁇ 100> crystal orientation is 25% or more and less than 60% in terms of average area ratio, excellent evaluation results were obtained for neck damage during low loop. ..
  • Example No. 24 to 30, 38 to 46, 48, 49, 51 to 55, 57 to 63, 71 to 74 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, and one or more of Ni, Pd, Pt, and Au are used in total. Since it contains 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less, and the balance is Cu and unavoidable impurities, excellent evaluation results were obtained regarding the life of the ball bonding portion in the high temperature standing test.
  • Example No. 50 to 54, 60 to 70, and 72 to 74 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, and one or more of P, In, Ga, Ge, and Ag are 0.001% by mass or more and 0.75% by mass in total. Since it contains less than%, excellent evaluation results were obtained regarding the ball crimping shape.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

高密度ＬＳＩ用途における要求性能を満たすことができる半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤを提供することを目的とする。本発明に係る半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤは、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であることを特徴とする。

Description

半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ
　本発明は、半導体素子上の電極と外部リード等の回路配線基板を接続するために利用される半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤに関する。
　現在、半導体素子上の電極と外部リードとの間を接合する半導体装置用ボンディングワイヤ（以下、ボンディングワイヤ）として、直径が１５～５０μｍ程度の細線が主に使用されている。ボンディングワイヤの接合方法は、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冶具等が用いられる。ボンディングワイヤの接合プロセスは、ワイヤ先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力によりボール（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ　Ａｉｒ　Ｂａｌｌ）を形成した後に、１５０～３００℃の範囲内で加熱した半導体素子の電極上にこのボール部を圧着接合（以下、ボール接合）し、次にキャピラリからワイヤを繰り出しながらループを形成した後、外部リード側の電極にワイヤ部を圧着接合（以下、ウェッジ接合）することで完了する。
　ボンディングワイヤの材料は、これまで金（Ａｕ）が主流であったが、近年では銅（Ｃｕ）への代替が進んでいる。Ｃｕを用いたボンディングワイヤは、Ｃｕの表面にＰｄやＡｕ等の被覆層を有するもの（以下、被覆Ｃｕワイヤ）と被覆層を有さないもの（以下、ベアＣｕワイヤ）に大別される。被覆Ｃｕワイヤは、被覆層を設けることでＣｕの酸化を抑制し、接合性などの使用性能を向上させた点が特徴であり、高密度ＬＳＩを中心に使用されている。一方、ベアＣｕワイヤは、安価である利点を活かして、比較的要求性能の低いパワーデバイス用途を中心に使用されている。最近では、ベアＣｕワイヤの特性を向上させることにより、最先端の高密度ＬＳＩにもベアＣｕワイヤを適用しようとする試みがなされている。
　しかしながら、ベアＣｕワイヤを最先端の高密度ＬＳＩに適用するためには改善すべき課題があった。その課題がループ直進性である。高密度ＬＳＩでは、実装の高密度化にともなう電極の小型化、狭ピッチ化が進んでいる。こうした実装の高密度化に対応するため、ボンディングワイヤを短い間隔で配線する技術が求められている。このとき、ループ部分が傾いたり、湾曲してしまうと隣接するワイヤ同士が接触して、短絡等の不良が発生してしまう。したがって、高密度ＬＳＩに用いるボンディングワイヤには、高いループ直進性が要求されている。ベアＣｕワイヤの場合、ウェッジ接合部の接合強度を得るために、超音波の出力を高くする傾向にあるが、超音波の影響を受けてループが湾曲してしまうことがあった。ベアＣｕワイヤのウェッジ接合では、キャピラリでワイヤを押し付けている間、スクラブと呼ばれるステージを低周波で振動させる動作を併用することが多い。スクラブはワイヤの変形を促進し、ウェッジ接合部の接合強度の改善に対して有効であるが、スクラブの振動によってループが湾曲して直進性が低下してしまうことがあった。また、高密度ＬＳＩで使用されるボンディングワイヤの直径は２５μｍ以下の細い線径が主流であるが、線径が細くなるにしたがって、ループ部分の強度は低くなるため、ループ直進性を確保することがより困難となっていた。
　特許文献１には、導電性金属からなる芯材と、前記芯材の上に該芯材とは異なる金属を主成分とする表皮層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤであって、表皮層の表面における結晶粒の平均サイズの、ワイヤ長手方向／円周方向のアスペクト比が３以上であることを特徴とするボンディングワイヤが開示されており、通常条件の３ｍｍスパンにおいて、ループの直進性が良好であることが述べられている。
　特許文献２には、導電性金属からなる芯材と、前記芯材の上に芯材とは異なる金属を主成分とする表皮層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面における前記表皮層結晶粒のワイヤ円周方向の平均サイズａと、ワイヤ軸に垂直方向の断面である垂直断面における前記芯材結晶粒の平均サイズｂとの関係について、ａ／ｂ≦０．７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が開示されており、ボ－ル直上部のワイヤ倒れ（リーニング性）を改善できることが述べられている。
特開２０１１－９１４０４号公報 国際公開第２００９／０９３５５４号
　図１はループ直進性が高い場合、図２Ａ，Ｂはループ直進性が低い場合を模式的に示した図である。この模式図はループ部分を真上から観察したものである。ループ直進性が高いループ１は、ループ部分に傾きや湾曲がなく、直線もしくは直線に近い形状となる。一方、ループ直進性が低い場合、例えばループ２のようにループ全体が一方向に傾いたり、ループ３のようにループの一部が左右に湾曲した形状となることが多い。
　特許文献１、特許文献２は、いずれも導電性金属からなる芯材と、前記芯材の上に該芯材とは異なる金属を主成分とする表皮層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤに関する技術である。この技術は、被覆構造を前提としており、ベアＣｕワイヤに対して、この技術が有効であるかは明らかではなかった。そこで、発明者らは、ベアＣｕワイヤにこれらの技術を用いてベアＣｕワイヤのループ直進性が改善し、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足できるか否かを調べた。
　特許文献１を参考にして、ベアＣｕワイヤの表面における結晶粒の平均サイズのワイヤ長手方向／円周方向のアスペクト比が３以上とすることでループ直進性が改善できるか否かを検証した。ワイヤの表面における結晶粒の平均サイズのワイヤ長手方向／円周方向のアスペクト比が３以上であるベアＣｕワイヤを試作し、ループ直進性を評価した結果、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足することができなかった。この結果から、特許文献１に開示されている技術を参考にして、ベアＣｕワイヤの表面における結晶粒径の平均サイズを制御しても、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足することができないことが明らかとなった。
　特許文献２を参考にして、ベアＣｕワイヤの表面における結晶粒のワイヤ円周方向の平均サイズａと、ワイヤ軸に垂直方向の断面である垂直断面における結晶粒の平均サイズｂとの関係が、ａ／ｂ≦０．７とすることでループ直進性が改善できるか否かを検証した。ワイヤの表面における結晶粒のワイヤ円周方向の平均サイズａと、ワイヤ軸に垂直方向の断面である垂直断面における結晶粒の平均サイズｂとの関係が、ａ／ｂ≦０．７であるベアＣｕワイヤを試作し、ループ直進性を評価した結果、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足することができなかった。この結果から、特許文献２に開示されている技術を参考にして、ベアＣｕワイヤの表面における結晶粒の平均サイズを制御しても、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足することができないことが明らかとなった。
　このように、特許文献１、特許文献２に開示された技術を参考にし、ベアＣｕワイヤに適用しても、最先端の高密度ＬＳＩに適用するために必要なループ直進性を満足することはできなかった。
　半導体素子と配線基板をボンディングワイヤで接続した後は、衝撃や温度、湿度等から保護するため周囲を樹脂で封止する。樹脂封止の方法は、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂を用いたトランスファー成形が主流となっている。トランスファー成形では、まず熱硬化性樹脂を１６０～１９０℃に加熱された金型内に装填し低粘度化させる。その後、リードフレームや樹脂基板を固定した金型内に樹脂を流し込み、目的とする形状に成形する。さらに金型内で数分間加熱し、最終的に樹脂を硬化させて成形が完了する。高密度ＬＳＩにおいて樹脂封止工程で問題となるのが、樹脂を金型内に流し込む際のループ部分の変形である。トランスファー成形では、基板の表面に沿って樹脂が流れていくため、樹脂がループ部分と接触し、ループ部分が変形するためループ直進性が失われ易い。このように、ベアＣｕワイヤを最先端の高密度ＬＳＩに適用するためには、樹脂封止工程において、ループ部分の変形をできる限り抑制し、高いループ直進性を維持する技術が求められていた。
　ループ部分のうちボール直上の曲折部をネック部と称す。ネック部は、その他のループ部に比べて大きな曲げ変形を伴うため、曲げ変形に耐えられずにき裂などの損傷が発生する課題があった。最先端の高密度ＬＳＩにベアＣｕワイヤを適用するためには、ネック部の損傷を低減する技術が求められていた。
　最先端の高密度ＬＳＩでは、半導体製品の薄型化にともなって、ループ高さを低くすること（低ループ化）が要求されている。低ループ化のためには、ネック部を従来よりも大きく屈曲させる必要がある。このとき、ネック部には通常のループ高さの場合に比べて大きな負荷が掛かるため、ネック部の損傷がより起こり易い課題があった。したがって、最先端の高密度ＬＳＩにベアＣｕワイヤを適用するためには、低ループ化してもネック部の損傷を低減する技術が求められていた。
　最先端の高密度ＬＳＩでは、長時間使用しても、故障が発生せずに動作することが要求されている。こうした要求を受けて、ボンディングワイヤの各接合部における長期使用寿命の改善が求められていた。長期使用寿命を評価する方法として、一般に高温放置試験、高温高湿試験、熱サイクル試験などが行われる。最先端の高密度ＬＳＩでは、特に高温放置試験に求められる性能要件が厳しく、２００℃の高温放置試験において５００時間以上の長期使用寿命を満足することが求められている。ベアＣｕワイヤを用いた場合、ボール接合部において、ボールと接合相手のＡｌ電極で剥離が発生し、電気的な接続が失われる課題があった。こうした剥離は、５００時間未満で発生し、最先端の高密度ＬＳＩに要求される性能を満足することができなかった。したがって、最先端の高密度ＬＳＩにベアＣｕワイヤを適用するためには、高温放置試験におけるボール接合部の寿命(以下、ボール接合部寿命)を改善する技術が求められていた。
　最先端の高密度ＬＳＩでは、半導体素子上の電極の小型化が進んでいる。こうした電極の小型化に対応するため、ボール接合を行う際のボール変形挙動を制御する技術が求められている。ベアＣｕワイヤで課題となるのが、ボール接合時にボールの圧着形状(以下、ボール圧着形状)が花弁状に変形する不良である。こうした不良が発生すると、変形したボールの一部が電極外にはみ出し、隣接する電極に接触し短絡等を引き起こす原因となる。したがって、最先端の高密度ＬＳＩにベアＣｕワイヤを適用するためには、ボール圧着形状を電極の直上から観察した際に真円に近い形状に制御する技術が求められていた。
　本発明は、高密度ＬＳＩ用途における要求性能を満たすことができる半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤを提供することを目的とする。
　本発明に係る半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤは、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であることを特徴とする。
　本発明によれば、ループ直進性を改善できるので、高密度ＬＳＩ用途における要求性能を満たすことができる。
ループ直進性が高い場合のループ部分を真上からみた模式図である。 ループ直進性が低い場合のループ部分を真上からみた模式図であり、図２Ａは一方向に曲がった状態、図２Ｂは左右に曲がった状態の図である。 測定領域の説明に供する斜視図である。
　本実施形態のボンディングワイヤは、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であることを特徴とする。
　（ボンディングワイヤ表面の結晶方位の決定方法）
　本明細書におけるボンディングワイヤ表面の結晶方位の測定方法について説明する。本明細書において、ワイヤ表面の結晶方位とは、ワイヤ表面に存在するＣｕおよびＣｕを主体とする合金部分の結晶方位と定義する。ワイヤ表面の結晶方位の測定には、ＳＥＭに備え付けた、後方散乱電子線回折（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法を利用することができる。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面上に投影し、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（ＴＳＬソリューションズ製　ＯＩＭ　ａｎａｌｙｓｉｓ等）を用いることができる。本実施形態では、ボンディングワイヤを試料台に固定し、一方向からワイヤ表面に電子線を照射させて、結晶方位のデータを取得する。この方法を用いることにより、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対する結晶方位と、ワイヤ中心軸方向に対する結晶方位を決定することができる。
　例として、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して＜１００＞結晶方位の存在比率を算出する方法について説明する。＜１００＞結晶方位の存在比率は、ＥＢＳＤ法による測定領域の面積に対して、前記方法により決定した＜１００＞結晶方位が占める面積の比率とする。
　本明細書において、＜１００＞結晶方位とは、図３に示すように、ワイヤ表面の＜１００＞結晶方位のうちワイヤ中心軸ｘを含む１つの平面Ｐに垂直な方向ｙに対して角度差が１５度以下のものと定義する。これは、前記角度差が１５度以下であれば、ボンディングワイヤの特性改善に有利な効果が得られるためである。ボンディングワイヤのワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸ｘ方向に対して＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の存在比率についても、同様の方法を用いて算出することができる。
　本明細書において、特定の結晶方位の存在比率の値には平均面積率を用いる。平均面積率は、ＥＢＳＤ法によって少なくとも１０箇所以上を測定して得られた存在比率の各値の算術平均とする。測定箇所の選択にあたっては、測定データの客観性を確保することが好ましい。その方法として、測定対象のボンディングワイヤから、測定用の試料をボンディングワイヤのワイヤ中心軸ｘ方向に対して３～５ｍ間隔で取得し、測定に供することが好ましい。測定領域Ａは、ＳＥＭの画像上において、円周方向の長さＷがワイヤの直径の２５％以下、ワイヤ中心軸ｘ方向の長さＬが４０μｍ～１００μｍであることが好ましい。
　ＥＢＳＤ法により求めたワイヤ表面の結晶方位の存在比率は、本実施形態の作用効果であるループ直進性の改善効果と相関が強いことを確認した。ここで、ワイヤ表面は曲面であり、ワイヤの頂点（試料台に固定したワイヤの円周方向に対して最も高い位置）から円周方向に向かうにつれて、ワイヤ表面に垂直な方位からのずれが生じるが、上記方法による測定データが、ループ直進性の改善効果を示す実態と整合していると言える。これは、測定領域Ａの長さＷがワイヤの直径の少なくとも２５％以下であれば、曲面を有するワイヤ表面のＥＢＳＤの測定領域内において、円周方向に対するワイヤ表面に垂直な方位のずれを許容でき、ループ直進性の改善効果が得られるためである。ワイヤ中心軸ｘ方向に対して測定領域Ａに下限を設ける理由は、長さＬが４０μｍ以上であれば測定データが試料の特性を十分に反映していると判断したためである。ワイヤ中心軸ｘ方向に対して測定領域Ａに上限を設ける理由は、長さＬが１００μｍ以下であれば解析を効率的に行うことができるためである。
　ボンディングワイヤの表面には銅酸化膜や意図せず付着した不純物が存在する場合がある。不純物としては、有機物、硫黄、窒素やその化合物などが挙げられる。これらが存在する場合も、その厚さが薄い場合や存在量が少ない場合には、ＥＢＳＤ法の測定条件を適正化することにより、ボンディングワイヤ表面の結晶方位が測定可能である。ボンディングワイヤ表面の銅酸化膜が厚い場合や不純物の付着量が多い場合には、ＣｕおよびＣｕ合金部分の結晶方位が測定できないことがある。この場合には、ＥＢＳＤ法を用いて測定を行う前に、アルカリ脱脂や酸洗浄、イオンスパッタ等によって、ボンディングワイヤの表面を処理することが有効である。
　（ボンディングワイヤのワイヤ中心軸に対して垂直な断面の平均結晶粒径の測定方法）
　本明細書におけるボンディングワイヤのワイヤ中心軸に対して垂直な断面の平均結晶粒径の測定方法について説明する。平均結晶粒径の測定には、ＥＢＳＤ法を用いることができる。結晶粒径は、ＥＢＳＤ法によって測定した方位差が１５度以上の結晶粒界に囲まれた領域の面積から算出した円相当径と定義する。平均結晶粒径には、無作為に抽出したボンディングワイヤ５本について測定した結晶粒径の値の算術平均の値を用いる。ワイヤ中心軸に対して垂直な断面を露出させる方法としては、ボンディングワイヤを樹脂に埋め込んでから機械研磨する方法や、Ａｒイオンビームによって加工する方法を用いることができる。
　（ボンディングワイヤに含まれる元素の濃度分析方法）
　ボンディングワイヤに含まれる元素の濃度分析には、ＩＣＰ発光分光分析装置等を利用することができる。ボンディングワイヤの表面に炭素、硫黄などの汚染物の濃度が高い場合には、解析を行う前にボンディングワイヤの表面から１～２ｎｍの領域をスパッタ等で除去してから濃度分析を行っても良い。その他の方法として、酸洗浄を用いる方法も有効である。
　（ループ直進性の改善効果）
　発明者らは、ループ直進性の支配因子を調査した結果、ワイヤ表面の結晶方位と相関が認められることを見出した。具体的には、ワイヤ表面に特定の結晶方位が強く配向すると、特定の方向にループ全体が傾いたり、ループの一部が湾曲してしまっていた。この理由として、ワイヤ表面の塑性異方性が大きくなり、ループ部分に負荷がかかった際に、特定の方向に変形しやすいこと等が考えられる。このループ直進性の推定低下機構をもとに、発明者らはループ直進性の改善方法を鋭意検討した。その結果、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率とループ直進性の間に強い相関があり、これらの結晶方位の存在比率を適正な範囲に制御することにより、ループ直進性を改善する効果が得られることを見出した。具体的には、本実施形態のボンディングワイヤを用いて接合を１００回実施し、ループを光学顕微鏡によって観察した結果、ループ全体が傾いたり、ループの一部が湾曲している場所が著しく減少し、高いループ直進性が得られていることを確認した。
　前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率のうち、１つ以上の結晶方位の存在比率が平均面積率で５％未満、もしくは２５％以上の場合は、特定の方向にループが傾いてしまう場合がある。上記存在比率が平均面積率で３％未満、もしくは２７％以上の場合は、特定の方向にループが傾いてしまい、ループ直進性の改善効果が不十分であるため実用に適さない。これは、前記結晶方位のうち、ある結晶方位が強く配向することで、ループ部分のワイヤ表面の塑性異方性が大きくなったことが影響していると考えられる。
　（樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果の改善）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、１５％以上５０％未満であることが好ましい。これにより、樹脂封止工程を経た後も高いループ直進性を維持する効果が得られる。具体的には、ボンディングワイヤを接合後、トランスファー成形により樹脂封止し、軟Ｘ線装置を用いてループを観察した結果、高いループ直進性が維持されていることを確認した。これは、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満とすることに加えて、これらの結晶方位の存在比率の合計を適正な範囲に制御することで、ループ部分の塑性異方性を低減する効果を相乗的に高めることができ、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果が高められたためと考えられる。
　前記存在比率の合計が１５％未満の場合、或いは５０％以上の場合は、樹脂封止後に高いループ直進性を維持する効果が十分ではなかった。前記存在比率の合計が１５％未満の場合、＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位以外の結晶方位が優先的に成長する場合があり、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果を安定的に高めることができなかったと考えられる。前記存在比率の合計が５０％以上の場合は、＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位が支配的となるため、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果を十分に高めることができなかったと考えられる。
　（樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果の大きな改善）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚであることが好ましい。これにより、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果がさらに高められる。この理由として、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満とすること、これらの結晶方位の存在比率の合計を、１５％以上５０％未満とすることに加えて、前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚの関係を満足することによって、ループ部分の塑性異方性を更に低減することができ、ループ直進性を改善する効果が相乗的に高められたためと推定される。明確な理由は明らかではないが、前記＜１１０＞結晶方位と＜１１０＞結晶方位の合計存在比率の方が、前記＜１１１＞結晶方位の存在比率に比べて、ループ部分の異方性を低減させる効果が高いためと考えられる。
　前記Ｘ、Ｙ、Ｚが、Ｘ＋Ｙ≦Ｚである場合は、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果がさらに高められることは少ない。
　（樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果のより大きな改善）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率が、平均面積率でそれぞれ１５％未満であることが好ましい。これにより、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果がより大きく高められる。この理由として、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満とすること、これらの結晶方位の存在比率の合計を、１５％以上５０％未満とすること、前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚの関係を満足することに加えて、前記＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率をそれぞれ１５％未満とすることによって、ループ部分の塑性異方性を更に低減することができ、樹脂封止後もループ直進性を維持する効果が相乗的に高められたためと推定される。
　前記＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率が１５％以上の場合には、ループ部分の塑性異方性を更に低減する効果が不十分であり、樹脂封止工程を経た後も高いループ直進性を維持する効果がより大きく改善する効果は不十分である。
　（ネック部損傷の低減）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ中心軸に対して垂直な断面における平均結晶粒径が０．４μｍ以上２．１μｍ以下であることが好ましい。これにより、ネック部の損傷を低減することができる。これは、平均結晶粒径を０．４μｍ以上２．１μｍ以下としたことによって、ネック部の損傷の原因となる曲げ変形に対する塑性変形能が適正な範囲に制御されたためと考えられる。ネック部は、ボール形成の際にアーク入熱の影響を受けた部分（以下、熱影響部）に相当する。熱影響部の結晶粒径は、アーク入熱によって粗大化するが、ボンディングワイヤの平均結晶粒径を予め制御することによって、ネック部の結晶粒径の制御に有効であったと考えられる。
　前記平均結晶粒径が０．４μｍ未満の場合、或いは２．１μｍよりも大きい場合は、ネック部損傷の低減効果が十分ではない。前記平均結晶粒径が０．４μｍ未満の場合は、ネック部の曲げ部分にき裂の発生が認められた。これは、ネック部の平均結晶粒径が微細化して、曲げ変形に対する変形抵抗が高くなりすぎたこと等が原因と考えられる。前記平均結晶粒径が２．１μｍよりも大きい場合は、ネック部が過剰に変形してワイヤが折れる等の損傷が認められた。これは、ネック部の平均結晶粒径が粗大化して、曲げ変形に対する変形抵抗が不足したこと等が原因と考えられる。
　（低ループ形成時のネック部損傷の低減）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位のうち、ワイヤ中心軸方向に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で２５％以上６０％未満であることが好ましい。これにより、低ループ形成時においてもネック部分の損傷を低減する効果を得ることができる。これは、明確な理由は明らかではないが、前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位がネック部の曲げ変形に対する変形能の制御に対する影響が大きく、これらの存在比率の合計を適正に制御することで、ネック部の曲げ変形に対する塑性変形能を適正に制御できたためと考えられる。
　前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で２５％未満の場合、或いは６０％以上の場合は、低ループ時のネック部損傷を抑制する効果が十分ではない。前記存在比率の合計が２５％未満の場合、ネック部が過剰に変形してワイヤが折れ曲がる等の損傷が認められた。これは、曲げ変形に対する変形抵抗が不足したこと等が原因と考えられる。前記存在比率の合計が６０％以上の場合は、ネック部の曲げ部分にき裂の発生が認められた。これは、曲げ変形に対する変形抵抗が高くなりすぎたこと等が原因と考えられる。
　（高温放置試験におけるボール接合部寿命の改善）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの１種以上を総計で０．０１質量％以上１．５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であることが好ましい。これにより、２００℃の高温放置試験におけるボール接合部寿命を５００時間以上に改善することができる。この理由は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＡｕがボールとＡｌ電極の界面における剥離発生の原因となるＣｕ－Ａｌ系金属間化合物の成長速度を低下させる効果等によるものと考えられる。前記元素の濃度が０．０１質量％未満の場合は、２００℃の高温放置試験におけるボール接合部寿命を改善する効果が十分ではない。前記元素の濃度が１．５質量％を超える場合は、ボールの硬度が上昇して、金属間化合物の形成が不均一になるため、２００℃の高温放置試験におけるボール接合部寿命の改善効果が十分ではない。
　（ボール圧着形状不良の抑制）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにＰ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇの１種以上を総計で０．００１質量％以上０．７５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であることが好ましい。これにより、ボール圧着形状が、花弁状となる不良を抑制する効果が得られる。このような効果が得られた理由は、ボールを構成する結晶粒が微細化されて、等方的な変形が促進されたためと推定される。前記濃度が０．００１質量％未満の場合は、結晶粒を微細化する効果が不足するため、上記の効果が十分ではない。前記濃度が０．７５質量％を超えるとボール内部での元素の偏析が顕著になり、ボールを構成する結晶粒のばらつきが増加するため、上記の効果が十分ではない。
　（ボンディングワイヤの製造方法）
　本実施形態の半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法について説明する。
　（銅合金の作製方法）
　まず、Ｃｕの純度が４Ｎ～６Ｎ（Ｃｕ濃度：９９．９９質量％以上９９．９９９９質量％以下）である高純度銅を原料とし、添加する元素と一緒に溶解することにより、銅合金のインゴット（鋳塊）を作製する。銅合金作製時には、銅と高純度の添加成分を直接溶解して合金化する方法や、銅に添加元素を３～５質量％程度含有する母合金を予め作製しておき、銅と母合金を溶解して合金化する方法等を用いることができる。母合金を利用する手法は、低濃度で元素分布を均一化する場合に有効である。溶解には、アーク溶解炉、高周波溶解炉等を利用することができる。大気中からのＯ２、Ｈ２等のガスの混入を防ぐために、真空雰囲気あるいはＡｒやＮ２等の不活性雰囲気中で溶解を行うことが好ましい。インゴットの表面は、酸化物や汚れを除去するために酸洗浄、アルコール洗浄を行い、その後乾燥させることが好ましい。
　（加工、熱処理方法）
　製造した銅合金のインゴットは、まず圧延や鍛造加工により線状に加工する。次いで、引抜加工により製品となる最終線径まで細く加工していくことが好ましい。引抜加工には、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ることができる。連続伸線の際は、ダイスの磨耗およびワイヤの表面疵の低減を目的として、潤滑液を使用することが好ましい。最終線径に到達する前段階の中間線径では、引抜加工の途中段階で、ひずみ取り等を目的として熱処理を行う。本明細書では、中間線径で行う熱処理を中間熱処理と称す。中間熱処理後のワイヤは製品として使用する最終線径まで引抜加工を行う。本明細書では、中間熱処理を行う線径から最終線径まで引抜加工を行う工程を最終引抜加工と称す。最終線径では、ボンディングワイヤを再結晶させて機械的特性を調整するための熱処理を行う。本明細書では、最終線径で行う熱処理を最終熱処理と称す。中間熱処理および最終熱処理は、ワイヤを連続的に掃引しながら熱処理を行う方法を用いることができる。なお、ボンディングワイヤ表面の酸化をできるだけ抑制する目的から、熱処理時はＡｒガスやＮ２ガスを還流させた不活性雰囲気中で行うことが好ましい。さらに、不活性雰囲気中に、還元性のガス成分としてＨ２を数％含むことも有効である。
　（ワイヤ表面の結晶方位の制御方法）
　ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満に制御する方法の一例について説明する。
　前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を制御するためには、例えば、中間熱処理条件、最終引抜加工条件、最終熱処理条件を制御することが有効である。この理由については、以下のように考えられる。最終引抜加工後の最終熱処理によって、ワイヤ表面では再結晶や粒成長が起こる。ここで、再結晶によってどのような結晶方位を持った結晶粒が生成するのか、どの結晶方位を持った結晶粒がどの程度粒成長するのかは、加工ひずみ量、最終熱処理の温度や時間などの影響を受ける。その一例として、引抜加工によって特定の結晶方位を持つ再結晶核を発生させて、その核を特定の条件で熱処理することによって優先的に成長させる方法が挙げられる。再結晶核の形成に影響を及ぼす因子の一つとして、加工ひずみ量が考えられる。ボンディングワイヤの製造工程で導入される加工ひずみは、圧延や鍛造などでも導入することができるが、加工ひずみ量を安定的に制御するためには、複数の加工工程を組み合わせるよりも最終引抜加工のみで制御することが好ましい。そのためには、中間熱処理を行うことが有効となる。加工ひずみ量は、中間熱処理を回復や再結晶が起こる温度以上で一定時間以上行えば、十分低減することができる。したがって、中間熱処理を適切な線径で行うことによって、最終熱処理を行う段階で蓄積される加工ひずみ量は最終引抜加工によって材料に導入される加工ひずみ量のみを考慮すればよく、結晶方位を安定的に制御することが可能となる。
　このような考え方に基づき、中間熱処理、最終引抜加工、最終熱処理の制御方法について説明する。中間熱処理は、６３０℃以上７５０℃未満で、０．０５秒以上１．５秒未満とすることが有効である。中間熱処理の温度が６３０℃未満の場合や熱処理時間が０．０５秒未満の場合は、加工ひずみ量を低減する効果が十分得られず、前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を安定して制御することができない。中間熱処理の温度が７５０℃以上の場合や熱処理時間が１．５秒以上の場合は、結晶粒が粗大化して、ワイヤが軟質化し過ぎてしまい、その後の最終引抜加工で断線の発生頻度が増加するため実用に適さない。
　最終引抜加工で導入される加工ひずみ量は、次式で定義される最終引抜加工の加工率と正の相関を持つと考えられる。
Ｐｆ＝｛（Ｒｍ ２－Ｒｆ ２）／Ｒｍ ２｝×１００
Ｐｆ：最終引抜加工の加工率
Ｒｍ：中間熱処理を行ったワイヤの直径（ｍｍ）、Ｒｆ：最終熱処理を行ったワイヤの直径（ｍｍ）
　最終引抜加工の加工率は、５７％以上８７％未満であることが有効である。最終引抜加工の加工率が５７％未満の場合は、前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位のいずれかの存在比率が３％未満となってしまう。これは、最終引抜加工における加工ひずみ量が不足し、上記の結晶方位が成長するために必要な再結晶核の発生が不十分であったこと等が理由と考えられる。最終引抜加工の加工率が８７％以上の場合は、前記＜１１０＞結晶方位が２７％以上となってしまう。これは、最終引抜加工における加工ひずみ量が過剰となり、前記＜１００＞結晶方位の再結晶核が多く発生したこと等が理由と考えられる。
　最終熱処理は、６６０℃以上７５０℃未満、０．０５秒以上１．５秒未満とすることが有効である。最終熱処理の温度が６８０℃未満の場合や熱処理時間が０．０５秒未満の場合は、前記＜１１０＞結晶方位の存在比率が２７％以上となってしまう。最終熱処理の温度が７５０℃以上の場合や熱処理時間が１．５秒以上の場合は、ワイヤが軟質化し過ぎてしまい十分なワイヤ接合性が得られない。
　続いて、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計を、１５％以上５０％未満に制御する方法の一例について説明する。前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計を制御するためには、最終引抜加工と最終熱処理の間に特定の条件で第一最終前熱処理を行うことが有効である。すなわち、ワイヤの製造工程は、順番に中間熱処理、最終引抜加工、第一最終前熱処理、最終熱処理とすることが有効である。
　第一最終前熱処理は、５５０℃以上６８０℃未満で、０．０５秒以上０．５秒未満とすることが有効である。これは、第一最終前熱処理を適正な条件範囲で行うことにより、最終熱処理で形成される結晶方位の存在比率を制御できるためである。第一最終前熱処理の温度が５５０℃未満の場合や熱処理時間が０．０５秒未満の場合は、前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が５０％以上となってしまう。第一熱処理の温度が６８０℃以上の場合や熱処理時間が０．５秒以上の場合は、前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が１５％未満となってしまう。
　続いて、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚの関係を満足するようにＸ、Ｙ、Ｚを制御する方法の一例について説明する。前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚを満足するためには、最終引抜加工と第一最終前熱処理の間に特定の条件で第二最終前熱処理を行うことが有効である。すなわち、ワイヤの製造工程は、順番に中間熱処理、最終引抜加工、第二最終前熱処理、第一最終前熱処理、最終熱処理とすることが有効である。
　第二最終前熱処理は、４５０℃以上５５０℃未満、０．０５秒以上０．５秒未満とすることが有効である。これは、第二最終前熱処理を適正な条件範囲で行うことにより、最終熱処理によって前記＜１００＞結晶方位と＜１１０＞結晶方位が増加し、結果としてＸ＋Ｙの値が増加するためである。第二最終前熱処理の温度が４５０℃未満の場合や熱処理時間が０．０５秒未満の場合は、前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚを満足することができない。これはＸ＋Ｙの値を増加させる効果が得られないためであると考えられる。第二最終前熱処理の温度が５５０℃以上、０．５秒以上の場合もまた、前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚを満足することができない。これは、前記＜１１１＞結晶方位が、＜１００＞結晶方位や＜１１０＞結晶方位に比べて、成長しやすいためと考えられる。
　続いて、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率を、平均面積率でそれぞれ１５％未満に制御する方法の一例を示す。前記＜１２１＞結晶方位と＜１２３＞結晶方位の存在比率を、平均面積率でそれぞれ１５％未満に制御するためには、最終熱処理工程においてＡｒガスを還流させた還流炉内でワイヤを送りながら焼鈍することが有効である。これは、熱伝導率が比較的低いＡｒガスを還流しながら熱処理を行うことにより、ワイヤの冷却速度が遅くなり、前記＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の成長が抑制されたことが原因と考えられる。最終熱処理工程において、Ａｒ以外の不活性ガスとして、Ｎ２がコストや安全性の観点から有望であるが、Ａｒガスよりも熱伝導率が高いため、前記＜１２１＞結晶方位と＜１２３＞結晶方位の存在比率を、平均面積率でそれぞれ１５％未満に制御する効果は得られない。
　続いて、ワイヤ中心軸に対して垂直な断面における平均結晶粒径が０．４μｍ以上２．１μｍ以下に制御する方法の一例を示す。前記平均結晶粒径を、０．４μｍ以上２．１μｍ以下に制御するためには、最終引抜加工時のワイヤ送り速度を７５０ｍ／ｍｉｎ以上１２００ｍ／ｍｉｎ以下とすることが有効である。これは、最終引抜加工のワイヤ送り速度を特定の範囲に設定することで、加工ひずみ量が制御でき、その後の最終熱処理工程における再結晶挙動や粒成長挙動が変化したためと考えられる。最終引抜加工時のワイヤ送り速度が７５０ｍ／ｍｉｎ未満の場合は、前記平均結晶粒径が２．１μｍよりも大きくなってしまう。これは、材料内部に蓄積される加工ひずみ量が少なかったことが原因と考えられる。最終引抜加工時のワイヤ送り速度が１２００ｍ／ｍｉｎよりも大きい場合は、前記平均結晶粒径が０．４μｍ未満となってしまう。
　続いて、ワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位のうち、ワイヤ中心軸に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計を、平均面積率で２５％以上６０％未満に制御する方法の一例を示す。前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計を、平均面積率で２５％以上６０％未満に制御するためには、最終引抜加工時のダイス１個あたりの加工率を１８％以上２１％未満とすることが有効である。これは、ダイス１個あたりの加工率を変化させることによって、ワイヤ表面のワイヤ中心軸方向の結晶方位の発達に係るダイスとワイヤの界面に発生する摩擦力を制御することができるためと考えられる。ここで、ダイス１個あたりの加工率とは、加工前のワイヤのワイヤ中心軸に対して垂直な方向の断面積に対する、加工によって減少したワイヤの前記方向の面積の比率を、百分率で表したものである。ダイス１個あたりの加工率が１８％未満の場合は、前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が２５％未満となってしまう。ダイス１個あたりの加工率が２１％以上の場合は、前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が６０％以上となってしまう。
　続いて、ボンディングワイヤにＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇを添加する方法の一例を示す。銅に合金元素を添加して合金化する場合には、銅と高純度の添加成分を直接溶解して合金化する方法と、銅に添加元素を３～５質量％程度含有する母合金を予め作製しておき、銅と母合金を溶解して合金化する方法などを用いることができる。母合金を利用する手法は、低濃度で元素分布を均一化する場合に有効である。
　ボンディングワイヤの作製方法について説明する。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なるものを用いた。ボンディングワイヤが、添加元素としてＮｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｇを含む場合には、Ｃｕとこれらの元素を高周波溶解炉によって溶解させ合金化した。不可避不純物元素以外の添加元素の合計の狙い濃度が０．５質量％未満の場合には、添加元素を高濃度で含んだＣｕ合金を使用して、目的とする濃度の合金を製造した。溶解時の雰囲気は、酸素等の不純物の混入を防ぐためＡｒ雰囲気とした。溶解で製造したインゴットの形状は、直径が約５ｍｍの円柱状とした。
　その後、インゴットに対して、鍛造加工、引抜加工を行い、中間線径のワイヤを作製した。中間線径のワイヤの線径は、最終線径から逆算して、最終引抜加工の加工率が５７％以上８７％未満となる線径とした。その後、中間線径のワイヤに対して、中間熱処理を６３０℃以上７５０℃未満、０．０５秒以上１．５秒未満の条件で行った。続いて、最終引抜加工を、引抜加工率が５７％以上８７％未満となる条件で行い、Φ２０μｍの線径のワイヤを製造した。その後、最終熱処理を６６０℃以上７５０℃未満、０．０５秒以上１．５秒未満の条件で行った。また、一部のサンプルに関しては、最終熱処理の前に、第一最終前熱処理、第二最終前熱処理を実施した。第一最終前熱処理の条件は、５５０℃以上６８０℃未満、０．０５秒以上０．５秒未満とした。第二最終前熱処理の条件は、４５０℃以上５５０℃未満、０．０５秒以上０．５秒未満とした。最終熱処理時の雰囲気はＡｒ雰囲気、もしくはＮ２雰囲気とした。最終引抜加工時のワイヤ送り速度は６００ｍ／ｍｉｎ以上１３００ｍ／ｍｉｎ以下の範囲で変化させた。最終引抜加工時のダイス１個あたりの加工率は、１６％以上２３％以下の範囲で変化させた。
　（評価方法：ボンディングワイヤに含まれる元素の濃度分析）
　本実施形態のボンディングワイヤに含まれる元素の濃度分析には、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いた。
　（評価方法：ワイヤ表面の結晶方位解析）
　本実施形態のボンディングワイヤのワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位、＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率は、ＥＢＳＤ法によって測定したデータから算出した。前記存在比率は、ワイヤを約３ｍ間隔で５本取得して測定した値の平均値とした。測定領域は、円周方向に対し５μｍ（ワイヤ直径の２５％）、ワイヤ中心軸方向に対し４０μｍの直線に囲まれる領域とした。さらに前記測定領域は、試料台に固定したサンプルの円周方向に対して最も高い位置が含まれる領域とした。
　（評価方法：ワイヤ中心軸に垂直な断面における平均結晶粒径解析）
　本実施形態のボンディングワイヤのワイヤ中心軸に垂直な断面における平均結晶粒径は、ワイヤ断面をＡｒイオンビームで加工して露出させた後、ＥＢＳＤ法によって測定したデータから算出した。ワイヤを約３ｍ間隔で５本取得して、各ワイヤを測定した値の平均値とした。測定領域は、ワイヤ中心軸に垂直な断面がすべて含まれる領域とした。
　（評価方法：ワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位解析）
　本実施形態のワイヤ中心軸に平行な方向の断面におけるボンディングワイヤのワイヤ中心軸方向に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計は、ワイヤ断面をＡｒイオンビームで加工して露出させた後、ＥＢＳＤ法によって測定したデータから算出した。前記存在比率の合計は、ワイヤを約３ｍ間隔で１０本取得して、各ワイヤを測定した値の平均値とした。測定領域は、ワイヤ中心軸方向が８０μｍ、直径方向が２０μｍの長方形の領域とした。さらに前記測定領域は、直径方向に対してワイヤの両端が含まれる領域とした。
　（ループ直進性の評価方法）
　ループ直進性は、ボンディングワイヤを接合した際に、直進性が低いループが発生した頻度によって評価した。ループ部分の観察には光学顕微鏡を用いた。ループ長さは７．０ｍｍ、ループ高さは０．２ｍｍとした。ループの直上からループ部分を観察し、ボール接合部とワイヤ接合部を直線で結んだ位置からループ部分までの距離が最も離れている場所で１０μｍ以上離れていればループ直進性が低いと判定した。２００本のボンディングワイヤのループを観察し、直進性の低いループが５本以上あれば不良と判断し－１点、直進性が低いループが３本以上５本未満であれば不良は発生するものの許容範囲内であり、実用上使用可能と判断し０点とした。直進性が低いループが２本以下であれば実用上問題がないと判断し１点とした。評価結果は、表２の「ループ直進性」の欄に表記した。－１点が不合格、０点及び１点は合格である。
　（樹脂封止後のループ直進性の評価方法）
　樹脂封止後のループ直進性は、ボンディングワイヤを接合した後、汎用のモールド樹脂で封止した際に、直進性が低いループが発生した頻度によって評価した。ループ部分の観察には軟Ｘ線装置を用いた。ループ長さは７.０ｍｍ、ループ高さは０．２ｍｍとした。ループの直上からループ部分を観察し、ボール接合部とワイヤ接合部を直線で結んだ位置からループ部分までの距離が最も離れている場所で１５μｍ以上離れていれば直進性が低いと判定した。２００本のボンディングワイヤのループを観察し、直進性が低いループが６本以上あれば不良と判断し－１点、４本以上６本未満であれば不良は発生するものの許容範囲内であり、実用上使用可能と判断し０点とした。直進性が低いループが３本であれば実用上問題がないと判断し１点、２本であれば優れていると判断し２点、１本であればさらに優れていると判断し３点、全て直進性が高かった場合は、特に優れていると判断し４点とした。評価結果は、表２の「樹脂封止後のループ直進性」の欄に表記した。－１点が不合格、それ以外は合格である。
　（ネック部損傷の評価方法）
　ネック部損傷は、ボンディングワイヤを接合後、ネック部分を観察して、損傷が発生した箇所の数によって評価した。ループ長さは７．０ｍｍ、ループ高さは０．２ｍｍ、ループ形状は台形形状とした。接合した２００本のボンディングワイヤのネック部分を走査型電子顕微鏡で観察し、損傷が発生した箇所が２箇所以上あれば不良と判断し０点と表記した。損傷が発生した箇所が１箇所であれば実用上問題がないと判断し１点、不良が全く発生しなければ優れていると判断し２点と表記した。評価結果は、表２の「ネック部損傷」の欄に表記した。０点が不合格、それ以外は合格である。
　（低ループ時のネック部損傷の評価方法）
　低ループ時のネック部損傷の評価では、ループ高さを通常よりも低い０．１ｍｍとし、前記ネック部損傷の評価方法と同様の方法を用いた。接合した２００本のボンディングワイヤのネック部分を走査型電子顕微鏡で観察し、損傷が発生した箇所が２箇所以上あれば不良と判断し０点と表記した。損傷が発生した箇所が１箇所であれば実用上問題がないと判断し１点、不良が全く発生しなければ優れていると判断し２点と表記した。評価結果は、表２の「低ループ時のネック部損傷」の欄に表記した。０点が不合格、それ以外は合格である。
　（高温放置試験におけるボール接合部寿命の評価方法）
　高温放置試験におけるボール接合部寿命は、ボンディングワイヤを接合し、汎用の樹脂で封止した後、２００℃に設定した恒温炉内に放置し、ボール接合部の接合強度が試験前の５０％以下に低下するまでに要した時間により評価した。ボール接合部寿命の判定に用いた接合強度の値は、微小シェア試験機を用いて、無作為に選択した１０箇所のボール接合部の強度を測定した値の平均値を用いた。接合強度を測定する際は、ボール接合部を露出させるために、酸処理によって樹脂を除去した。ボールの直径は、ワイヤの直径に対して１．５～１．７倍の範囲とした。ボール形成時には、酸化を防ぐためにＮ２＋５体積％Ｈ２ガスを流量０．４～０．６Ｌ／ｍｉｎで吹き付けた。上記の評価において、ボール接合部の寿命が５００時間未満であれば実用上問題があると判断し０点、５００時間以上７００時間未満であれば、実用上問題ないと判断し１点、７００時間以上であれば優れていると判断し２点と表記した。評価結果は、表２の「高温放置試験におけるボール接合部寿命」の欄に表記した。０点が不合格、それ以外は合格である。
　（ボール圧着形状の評価方法）
　ボール圧着形状は、Ｓｉ基板上のＡｌ電極に１００回ボール接合を行い、圧着形状不良の発生数によって評価した。ボール圧着形状の判定は、ボールをボール接合部の直上から観察し、ボール圧着形状が円形に近ければ良好と判定し、花弁状の形状であれば不良と判定した。ボール圧着形状の観察には光学顕微鏡を用いた。１００箇所のボール接合部を観察し、不良が９個以上あれば実用上問題があると判断し０点、不良が８個以下６個以上であれば実用上問題がないと判断し１点、不良が５個以下３個以上であれば優れていると判断し２点と表記した。評価結果は、表２の「ボール圧着形状」の欄に表記した。０点のみが不合格であり、それ以外は合格である。
　（評価結果の説明）
　実施例Ｎｏ．１～８７は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であるので、ループ直進性は許容範囲内であった。実施例Ｎｏ．１～７５は、上記存在比率がそれぞれ平均面積率で５％以上２５％未満であるので、ループ直進性は実用上問題なかった。
　実施例Ｎｏ．４、５は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で１５％以上５０％未満であるので、樹脂封止後のループ直進性に関して、優れた評価結果が得られた。
　実施例１、６、７、１５、１６は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で１５％以上５０％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚであるので、樹脂封止後のループ直進性に関して、さらに優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．８～１４、１７～２７、２９～７５は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で１５％以上５０％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚであって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率が、平均面積率でそれぞれ１５％未満であるので、樹脂封止後のループ直進性に関して、特に優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．２～８、１０、１２～８７は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ中心軸に対して垂直な断面における平均結晶粒径が０．４μｍ以上２．１μｍ以下であるので、ネック部損傷に関して、優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．５～１２、１４、１６～７５は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位のうち、ワイヤ中心軸に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で２５％以上６０％未満であるので、低ループ時のネック部損傷に関して、優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．２４～３０、３８～４６、４８、４９、５１～５５、５７～６３、７１～７４は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの１種以上を総計で０．０１質量％以上１．５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であるので、高温放置試験におけるボール接合部寿命に関して、優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．５０～５４、６０～７０、７２～７４は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、Ｐ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇの１種以上を総計で０．００１質量％以上０．７５質量％以下含むので、ボール圧着形状に関して、優れた評価結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005

 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006

Claims (8)

  1. 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であることを特徴とする半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  2. 前記ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である前記＜１００＞結晶方位、前記＜１１０＞結晶方位、前記＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で１５％以上５０％未満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Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  3. 前記ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である前記＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、前記＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、前記＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚであることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  4. 前記ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率が、平均面積率でそれぞれ１５％未満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Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  5. ワイヤ中心軸に対して垂直な断面における平均結晶粒径が０．４μｍ以上２．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  6. ワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位のうち、ワイヤ中心軸に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で２５％以上６０％未満であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  7. Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの１種以上を総計で０．０１質量％以上１．５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  8. Ｐ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇの１種以上を総計で０．００１質量％以上０．７５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。

     
PCT/JP2020/006337 2020-02-18 2020-02-18 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ WO2021166081A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20919653.4A EP4109498A4 (en) 2020-02-18 2020-02-18 BONDING WIRE MADE OF CU ALLOY FOR SEMICONDUCTOR COMPONENT
PCT/JP2020/006337 WO2021166081A1 (ja) 2020-02-18 2020-02-18 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/006337 WO2021166081A1 (ja) 2020-02-18 2020-02-18 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021166081A1 true WO2021166081A1 (ja) 2021-08-26

Family

ID=77390623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/006337 WO2021166081A1 (ja) 2020-02-18 2020-02-18 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4109498A4 (ja)
WO (1) WO2021166081A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009093554A1 (ja) 2008-01-25 2009-07-30 Nippon Steel Materials Co., Ltd. 半導体装置用ボンディングワイヤ
JP2011091404A (ja) 2007-12-03 2011-05-06 Nippon Steel Materials Co Ltd 半導体装置用ボンディングワイヤ
WO2019031498A1 (ja) * 2017-08-09 2019-02-14 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ
WO2019031497A1 (ja) * 2017-08-09 2019-02-14 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101633414B1 (ko) * 2014-03-31 2016-06-24 닛데쓰스미킹 마이크로 메탈 가부시키가이샤 반도체 장치용 본딩 와이어 및 그 제조 방법
TWI621720B (zh) * 2016-04-28 2018-04-21 Nippon Micrometal Corp Bonding wire for semiconductor device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011091404A (ja) 2007-12-03 2011-05-06 Nippon Steel Materials Co Ltd 半導体装置用ボンディングワイヤ
WO2009093554A1 (ja) 2008-01-25 2009-07-30 Nippon Steel Materials Co., Ltd. 半導体装置用ボンディングワイヤ
WO2019031498A1 (ja) * 2017-08-09 2019-02-14 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ
WO2019031497A1 (ja) * 2017-08-09 2019-02-14 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ

Also Published As

Publication number Publication date
EP4109498A4 (en) 2023-11-08
EP4109498A1 (en) 2022-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6254649B2 (ja) 半導体装置用ボンディングワイヤ
KR102167478B1 (ko) 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어
TWI657154B (zh) 半導體裝置用接合線
JP5985127B1 (ja) 半導体装置用ボンディングワイヤ
KR102208869B1 (ko) 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어
KR102167481B1 (ko) 반도체 장치용 Cu 합금 본딩 와이어
JP2006216929A (ja) 半導体装置用ボンディングワイヤ
KR102011619B1 (ko) 반도체 장치용 본딩 와이어
WO2021166081A1 (ja) 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ
JP6651065B1 (ja) 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ
JP6371932B1 (ja) 半導体装置用ボンディングワイヤ
TW202132581A (zh) 半導體裝置用Cu合金接合導線

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20919653

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020919653

Country of ref document: EP

Effective date: 20220919

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP