JPH03291340A - 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置 - Google Patents
半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置Info
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- JPH03291340A JPH03291340A JP2094469A JP9446990A JPH03291340A JP H03291340 A JPH03291340 A JP H03291340A JP 2094469 A JP2094469 A JP 2094469A JP 9446990 A JP9446990 A JP 9446990A JP H03291340 A JPH03291340 A JP H03291340A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、半導体装置の製造に際し、ボンディング・
ワイヤとして用いた場合に、Ｓｉチップ上のＡＱ合金配
線被膜とワイヤの接合部が耐蝕性が高く、かつ熱サイク
ルに対しても強いような半導体装置用銅合金極細線及び
熱サイクルを受ける悪い環境のむとでも使用可能な高温
での耐用性の高い半導体装置に関するものである。
ワイヤとして用いた場合に、Ｓｉチップ上のＡＱ合金配
線被膜とワイヤの接合部が耐蝕性が高く、かつ熱サイク
ルに対しても強いような半導体装置用銅合金極細線及び
熱サイクルを受ける悪い環境のむとでも使用可能な高温
での耐用性の高い半導体装置に関するものである。
従来、一般に、半導体装置としてトランジスタやＩＣ，
さらにＬＳＩなどが知られているが、この中で、例えば
ＩＣの製造法の１つとして次に示すようなものがある。
さらにＬＳＩなどが知られているが、この中で、例えば
ＩＣの製造法の１つとして次に示すようなものがある。
（ａ）まず、リードフレーム素材として、板厚：０゜Ｉ
〜０．３ｚｘを有するＣｕ合金条材を用意する。
〜０．３ｚｘを有するＣｕ合金条材を用意する。
（ｂ）このリードフレーム素材より、エツチングまたは
プレス打抜き加工にて、製造せんとするＩＣの形状に適
合したリードフレームを形成する。
プレス打抜き加工にて、製造せんとするＩＣの形状に適
合したリードフレームを形成する。
（Ｃ）ついで、リードフレームの所定個所に、Ｓｉチッ
プを、Ａｇペーストなどの導電性樹脂を用いて加熱接着
するか、あるいは、予めＳｉチップおよびリードフレー
ムの片面に形成しておいたＡｕ。
プを、Ａｇペーストなどの導電性樹脂を用いて加熱接着
するか、あるいは、予めＳｉチップおよびリードフレー
ムの片面に形成しておいたＡｕ。
Ａｇ 、Ｎｉ 、Ｃｕまたはこれらの合金で構成された
鍍金層を介してはんだ付けするかＡｕろう付けをする。
鍍金層を介してはんだ付けするかＡｕろう付けをする。
（ｄ）Ｓｉ チップとリードフレームとに渡って、ボン
ディングワイヤとして直径：２０〜１００μｌを有する
Ａｕ極細線を用いてボールボンディングを施す。
ディングワイヤとして直径：２０〜１００μｌを有する
Ａｕ極細線を用いてボールボンディングを施す。
（ｅ）引続いて、Ｓｉチップ、ボンディングワイヤ、お
よびＳｉチップが取付けられた部分のリードフレームを
、これらを保護する目的で樹脂封止する。
よびＳｉチップが取付けられた部分のリードフレームを
、これらを保護する目的で樹脂封止する。
（ｆ）最終的に、上記リードフレームにおける相互に連
な各部分を切除してＩＣを形成する。
な各部分を切除してＩＣを形成する。
以上（ａ）〜（ｆ）の主要工程からなる方法が知られて
いる。
いる。
上記のように、半導体装置の製造には、ボンディングワ
イヤとしてＡｕ極細線が用いられているが、近年、高価
なＡｕ極細線に代って安価な高純度無酸素銅極細線が注
目されるようになっている。
イヤとしてＡｕ極細線が用いられているが、近年、高価
なＡｕ極細線に代って安価な高純度無酸素銅極細線が注
目されるようになっている。
ところで、一般の高純度無酸素銅極細線を半導体装置の
ボンディングワイヤとして用いる場合には、超音波を併
用した熱圧着ボンディングを行うのが普通であるが、ボ
ンディング時にワイヤ先端部に形成されたボール部によ
って、圧着される側のＳｉチップ自体にマイクロクラッ
クが生じたりするなどの問題点があり、ボンディングワ
イヤ素材に元素を添加して硬化させることは好ましくな
いとされていた。
ボンディングワイヤとして用いる場合には、超音波を併
用した熱圧着ボンディングを行うのが普通であるが、ボ
ンディング時にワイヤ先端部に形成されたボール部によ
って、圧着される側のＳｉチップ自体にマイクロクラッ
クが生じたりするなどの問題点があり、ボンディングワ
イヤ素材に元素を添加して硬化させることは好ましくな
いとされていた。
ところが、ボンディング技術の進歩により、ボール部の
硬さが若干硬化してもボンディング可能でかつ破壊され
にくい構造のＳｉチップも製造されており、そのため従
来よりも多量の添加元素の添加が可能となっている。
硬さが若干硬化してもボンディング可能でかつ破壊され
にくい構造のＳｉチップも製造されており、そのため従
来よりも多量の添加元素の添加が可能となっている。
また、最近、半導体に対する信頼性の要求が厳しくなり
、従来では使用されなかった高温下での使用、また厳し
い温度変化下での使用が要求されてきており、この場合
、ワイヤとへ〇合金配線膜との接合部における局部電池
の生成、温度変化のために生じるパッケージ、ワイヤな
どの収縮による銅合金極細線熱影響部におけるクラック
の発生という問題が生じているのが現状である。
、従来では使用されなかった高温下での使用、また厳し
い温度変化下での使用が要求されてきており、この場合
、ワイヤとへ〇合金配線膜との接合部における局部電池
の生成、温度変化のために生じるパッケージ、ワイヤな
どの収縮による銅合金極細線熱影響部におけるクラック
の発生という問題が生じているのが現状である。
そこで、本発明者等は上述の様な観点から、高温下での
信頼性、ならびに、温度変化に対する信頼性を向上させ
る銅ボンディングワイヤを開発すべく鋭意研究を行った
結果、以下のような知見を得るに至った。
信頼性、ならびに、温度変化に対する信頼性を向上させ
る銅ボンディングワイヤを開発すべく鋭意研究を行った
結果、以下のような知見を得るに至った。
すなわち、これまで鋼中の不純物元素とされていたＦｅ
およびＡｇは、他の不純物元素、特に、Ｓｅ 、Ｔｅ
、Ｓなどとは異なり、銅の硬度を上げることなく、それ
ぞれ０．１重量ｐｐｍ以上、３゜０重量ｐｐｕ未満含有
し、かつ０．５重量ｐｐ＋ｍ以上、４００重量ｐｐ園未
満のＭｇと共存することにより、ワイヤとＡＩ２合金配
線被膜接合部での耐蝕性を飛躍的に向上させるとともに
、温度変化に伴うパッケージなどの収縮においてもその
熱影響部でのクラックの発生を大きく低減させる。
およびＡｇは、他の不純物元素、特に、Ｓｅ 、Ｔｅ
、Ｓなどとは異なり、銅の硬度を上げることなく、それ
ぞれ０．１重量ｐｐｍ以上、３゜０重量ｐｐｕ未満含有
し、かつ０．５重量ｐｐ＋ｍ以上、４００重量ｐｐ園未
満のＭｇと共存することにより、ワイヤとＡＩ２合金配
線被膜接合部での耐蝕性を飛躍的に向上させるとともに
、温度変化に伴うパッケージなどの収縮においてもその
熱影響部でのクラックの発生を大きく低減させる。
この発明は上記知見に基づいてなされたものであって、
９９．９９９９重量％以上の高純度無酸素銅に、Ｆｅお
よびＡｇをそれぞれ０．１重量ＰＰｍ以上、３，０重量
ＰＰｍ未満含み、かつＭｇを０５重量ｐｐｍ以上、４０
０重量ｐｐｍ未満含むことを特徴とする半導体装置用銅
合金極細線及びこの銅合金極細線をボンディングワイヤ
とする半導体装置である。
９９．９９９９重量％以上の高純度無酸素銅に、Ｆｅお
よびＡｇをそれぞれ０．１重量ＰＰｍ以上、３，０重量
ＰＰｍ未満含み、かつＭｇを０５重量ｐｐｍ以上、４０
０重量ｐｐｍ未満含むことを特徴とする半導体装置用銅
合金極細線及びこの銅合金極細線をボンディングワイヤ
とする半導体装置である。
なお、この発明の銅合金極細線において、合金成分とし
て、ＦｅおよびＡｇの含有量をそれぞれ０．１重量ｐｐ
ｍ以上、３．０重量ＰＰｍ未満、かッＭｇの含有量を０
．５重量ＰＰｍ以上、４００重量ｐｐｍ未満と定めたの
は、これらの含有量が上記指定未満では、半導体装置の
実用に際し、高温下での使用時にワイヤとＡρ合金配線
被膜との接合部における耐蝕性を向上させる効果および
、温度変化に伴なうパッケージ、ワイヤなどの収縮によ
るワイヤのクラック発生を低減させる効果がなく、一方
、ＦｅおよびＡｇのそれぞれの含有量が３．０重量ＰＰ
ｍを超えると、Ｍｇとの共存下においては、ワイヤボン
ディング時におけるワイヤ先端部に形成させるボールの
形成能が劣化し、Ｍｇが４００重１ｐ ｐ ｍを超える
と、ボールの変形に伴う加工硬化が大きくなり、破壊さ
れにくい構造のＣ，ｌチップへもワイヤボンディングが
困難になるという理由に基づくものである。
て、ＦｅおよびＡｇの含有量をそれぞれ０．１重量ｐｐ
ｍ以上、３．０重量ＰＰｍ未満、かッＭｇの含有量を０
．５重量ＰＰｍ以上、４００重量ｐｐｍ未満と定めたの
は、これらの含有量が上記指定未満では、半導体装置の
実用に際し、高温下での使用時にワイヤとＡρ合金配線
被膜との接合部における耐蝕性を向上させる効果および
、温度変化に伴なうパッケージ、ワイヤなどの収縮によ
るワイヤのクラック発生を低減させる効果がなく、一方
、ＦｅおよびＡｇのそれぞれの含有量が３．０重量ＰＰ
ｍを超えると、Ｍｇとの共存下においては、ワイヤボン
ディング時におけるワイヤ先端部に形成させるボールの
形成能が劣化し、Ｍｇが４００重１ｐ ｐ ｍを超える
と、ボールの変形に伴う加工硬化が大きくなり、破壊さ
れにくい構造のＣ，ｌチップへもワイヤボンディングが
困難になるという理由に基づくものである。
まｌ二、これらの合金成分を添加する銅を９９゜９９９
９重量％以上と規定したのは、銅における不可避不純物
としてのＳ、ＳｅおよびＴｅなどは硬度が上昇するのみ
でなく、従来の銅ボンディングワイヤに発生していた耐
蝕性の低下を避けることができなくなるためであり、さ
らに、これまで鋼中の不純物として取り除かれていた、
Ｆｅ、Ａｇの含有量を０．１重量ｐｐｍ以上、３．０重
量ｐｐ謙未満にコントロールする必要があるためである
。
９重量％以上と規定したのは、銅における不可避不純物
としてのＳ、ＳｅおよびＴｅなどは硬度が上昇するのみ
でなく、従来の銅ボンディングワイヤに発生していた耐
蝕性の低下を避けることができなくなるためであり、さ
らに、これまで鋼中の不純物として取り除かれていた、
Ｆｅ、Ａｇの含有量を０．１重量ｐｐｍ以上、３．０重
量ｐｐ謙未満にコントロールする必要があるためである
。
この発明の半導体装置用銅合金極細線および半導体装置
にあっては、ＦｅおよびＡＸをそれぞれ０．１重１ｐ
ｐ ｔａ以上、３．０重量ｐｐｍ未満含有させ、かつＭ
ｇを０．５重量ｐｐｍ以上、４００重量Ｐｐｍ未満含有
させることにより、銅の硬度を上げることなく、ワイヤ
とＡＱ合金配線被膜接合部での耐蝕性を飛躍的に向上さ
せるとともに、温度変化に伴うパッケージなどの収縮に
おいてもその熟影響部でのクラックの発生を大きく低減
させることができる。
にあっては、ＦｅおよびＡＸをそれぞれ０．１重１ｐ
ｐ ｔａ以上、３．０重量ｐｐｍ未満含有させ、かつＭ
ｇを０．５重量ｐｐｍ以上、４００重量Ｐｐｍ未満含有
させることにより、銅の硬度を上げることなく、ワイヤ
とＡＱ合金配線被膜接合部での耐蝕性を飛躍的に向上さ
せるとともに、温度変化に伴うパッケージなどの収縮に
おいてもその熟影響部でのクラックの発生を大きく低減
させることができる。
次に、この発明の一実施例を説明する。
まず、通常の電気鋼を原料とし、これに電解精製を繰り
返し施した後、Ｓ、ＳｅおよびＴｅなどと化合物を形成
し易い元素（例えばＬａ等）を添加し、ゾーン・リファ
イニングを行って９９．９９９９％以上の高純度無酸素
銅を作製する。
返し施した後、Ｓ、ＳｅおよびＴｅなどと化合物を形成
し易い元素（例えばＬａ等）を添加し、ゾーン・リファ
イニングを行って９９．９９９９％以上の高純度無酸素
銅を作製する。
引続いて、この高純度無酸素銅を真空溶解炉で溶解し、
これにそれぞれ第１表に示されるように、ＦｅおよびＡ
ｇをそれぞれ０．１重量ｐｐ１以上、３．０重量ｐｐｉ
＋未満に、かツＭ ｇを０．５重量ｐｐ１以上、４００
重量ｐｐｍ未満となるように含有させて鋳造し、さらに
、これに通常の条件で熱部および冷間線引加工を施し、
いずれも直径：２５μ肩の本発明に係わる銅合金極細線
Ｎｏ、１〜８をそれぞれ製造した。
これにそれぞれ第１表に示されるように、ＦｅおよびＡ
ｇをそれぞれ０．１重量ｐｐ１以上、３．０重量ｐｐｉ
＋未満に、かツＭ ｇを０．５重量ｐｐ１以上、４００
重量ｐｐｍ未満となるように含有させて鋳造し、さらに
、これに通常の条件で熱部および冷間線引加工を施し、
いずれも直径：２５μ肩の本発明に係わる銅合金極細線
Ｎｏ、１〜８をそれぞれ製造した。
また、比較のため、上記添加元素量が本願発明の銅合金
極細線とは異なる比較例Ｎｏ、１〜４をを製造した。
極細線とは異なる比較例Ｎｏ、１〜４をを製造した。
ついで、上記各種の銅極細線Ｎｏ、 Ｉ ＝ １２を
用いてＡＱ合金配線被膜を有するボンディングによって
破壊されにくい構造のＳｉチップにポールボンディング
を行い、ボールの形成能、マイクロクラックの発生の調
査を行った。
用いてＡＱ合金配線被膜を有するボンディングによって
破壊されにくい構造のＳｉチップにポールボンディング
を行い、ボールの形成能、マイクロクラックの発生の調
査を行った。
また、これらのワイヤを使用して作製した半導体素子を
２５０℃の高温下で放置し、３０時間後の接続不良個数
を測定した。さらに、−６５℃〜１５０℃のヒートサイ
クルテストを行い、５００サイクル後の不良数を測定し
た。
２５０℃の高温下で放置し、３０時間後の接続不良個数
を測定した。さらに、−６５℃〜１５０℃のヒートサイ
クルテストを行い、５００サイクル後の不良数を測定し
た。
これらの結果を第−表に示す。
以下余白
この表に示される結果から、本発明の実施例の銅合金極
細線においては、Ｎｏ、７においてマイクロクラックが
ｌツ発生しているのみで、信頼性テストにおいては、全
く問題が生じていない。この程度のマイクロクラック発
生であれば、ボンディング条件で回避できる。比較例Ｎ
０９９においては、Ｍｇの添加量が少ないため、信頼性
の向上は認められず、Ｎｏ、１０．１１においては、Ｆ
ｅおよびＡｇの含有量が適正でないため、Ｍｇとの共存
効果が十分でなく、やはり信頼性向上が認めら・れず、
又、ボール形成能が悪いため、マイクロクラックも発生
している。Ｎｏ、＋２においては、Ｍｇが多すぎてボー
ルの硬化により、マイクロクラックが多数発生している
。
細線においては、Ｎｏ、７においてマイクロクラックが
ｌツ発生しているのみで、信頼性テストにおいては、全
く問題が生じていない。この程度のマイクロクラック発
生であれば、ボンディング条件で回避できる。比較例Ｎ
０９９においては、Ｍｇの添加量が少ないため、信頼性
の向上は認められず、Ｎｏ、１０．１１においては、Ｆ
ｅおよびＡｇの含有量が適正でないため、Ｍｇとの共存
効果が十分でなく、やはり信頼性向上が認めら・れず、
又、ボール形成能が悪いため、マイクロクラックも発生
している。Ｎｏ、＋２においては、Ｍｇが多すぎてボー
ルの硬化により、マイクロクラックが多数発生している
。
以上説明したように、この発明の半導体装置用銅合金細
線によれば、ボンディング可能な硬度範囲で、ボール形
成能が良好となり、かつ高温下並びに温度変化の激しい
環境下においても信頼性の高い接合部を確保できる。
線によれば、ボンディング可能な硬度範囲で、ボール形
成能が良好となり、かつ高温下並びに温度変化の激しい
環境下においても信頼性の高い接合部を確保できる。
また、上記極細線をボンディングワイヤとした半導体装
置においては、ワイヤとＡＩ２合金配線被４との接合部
が、局部電池の生成により腐蝕されて断線するなどの事
故が防止され、高温の悪影響下においても耐用性が高く
、かつ、温度変化の激しい環境下においても、パッケー
ジ、ワイヤなどの収縮において、ワイヤの熱影響部にク
ラックが発生し、断線するなどの事故も防止される。
置においては、ワイヤとＡＩ２合金配線被４との接合部
が、局部電池の生成により腐蝕されて断線するなどの事
故が防止され、高温の悪影響下においても耐用性が高く
、かつ、温度変化の激しい環境下においても、パッケー
ジ、ワイヤなどの収縮において、ワイヤの熱影響部にク
ラックが発生し、断線するなどの事故も防止される。
Claims (2)
- （１）９９．９９９９重量％以上の高純度無酸素銅に、
ＦｅおよびＡｇをそれぞれ０．１重量ｐｐｍ以上、３．
０重量ｐｐｍ未満含み、かつＭｇを０．５重量ｐｐｍ以
上、４００重量ｐｐｍ未満含むことを特徴とする半導体
装置用銅合金極細線。 - （２）請求項１の半導体装置用銅合金極細線をボンディ
ングワイヤとしていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2094469A JPH03291340A (ja) | 1990-04-10 | 1990-04-10 | 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2094469A JPH03291340A (ja) | 1990-04-10 | 1990-04-10 | 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03291340A true JPH03291340A (ja) | 1991-12-20 |
Family
ID=14111143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2094469A Pending JPH03291340A (ja) | 1990-04-10 | 1990-04-10 | 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03291340A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004087975A1 (en) * | 2003-04-03 | 2004-10-14 | Outokumpu Copper Products Oy | Substrate material of a copper-magnesium alloy |
| WO2004087976A1 (en) * | 2003-04-03 | 2004-10-14 | Outokumpu Copper Products Oy | Oxygen-free copper alloy and method for its manufacture and use of copper alloy |
| WO2006134724A1 (ja) | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | 超高純度銅及びその製造方法並びに超高純度銅からなるボンディングワイヤ |
| EP4067517A4 (en) * | 2019-11-29 | 2023-11-22 | Mitsubishi Materials Corporation | Copper alloy, copper alloy plastic-processed material, component for electronic and electric devices, terminal, bus bar, and heat dissipation substrate |
| EP4067518A4 (en) * | 2019-11-29 | 2023-11-29 | Mitsubishi Materials Corporation | COPPER ALLOY, COPPER ALLOY PLASTIC MATERIAL, ELECTRONIC/ELECTRICAL DEVICE COMPONENT, CLAMP, BUS BAR, HEAT DISSIPATION PLATE |
| PL449757A1 (pl) * | 2024-09-09 | 2026-03-16 | Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metali Nieżelaznych | Stop Cu-Mg-Te do zastosowań zwłaszcza w przemyśle elektrycznym i elektrotechnicznym |
-
1990
- 1990-04-10 JP JP2094469A patent/JPH03291340A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004087975A1 (en) * | 2003-04-03 | 2004-10-14 | Outokumpu Copper Products Oy | Substrate material of a copper-magnesium alloy |
| WO2004087976A1 (en) * | 2003-04-03 | 2004-10-14 | Outokumpu Copper Products Oy | Oxygen-free copper alloy and method for its manufacture and use of copper alloy |
| WO2006134724A1 (ja) | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | 超高純度銅及びその製造方法並びに超高純度銅からなるボンディングワイヤ |
| EP2845915A1 (en) | 2005-06-15 | 2015-03-11 | JX Nippon Mining & Metals Corporation | Ultrahigh-purity copper bonding wire |
| EP4067517A4 (en) * | 2019-11-29 | 2023-11-22 | Mitsubishi Materials Corporation | Copper alloy, copper alloy plastic-processed material, component for electronic and electric devices, terminal, bus bar, and heat dissipation substrate |
| EP4067518A4 (en) * | 2019-11-29 | 2023-11-29 | Mitsubishi Materials Corporation | COPPER ALLOY, COPPER ALLOY PLASTIC MATERIAL, ELECTRONIC/ELECTRICAL DEVICE COMPONENT, CLAMP, BUS BAR, HEAT DISSIPATION PLATE |
| PL449757A1 (pl) * | 2024-09-09 | 2026-03-16 | Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metali Nieżelaznych | Stop Cu-Mg-Te do zastosowań zwłaszcza w przemyśle elektrycznym i elektrotechnicznym |
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