JPS6199645A

JPS6199645A - 半導体素子のボンデイング用銅線

Info

Publication number: JPS6199645A
Application number: JP59221482A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Yoshinaga; 吉永　保彦; Kenichi Kurihara; 健一栗原; Koichiro Mukoyama; 向山　光一郎
Original assignee: Tanaka Denshi Kogyo KK
Current assignee: Tanaka Electronics Co Ltd
Priority date: 1984-10-20
Filing date: 1984-10-20
Publication date: 1986-05-17

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は半導体のチップ電極と外部リード部とを接続す
るために使用するワイヤボンディング用銅線に関する。

〈従来の技術〉従来、ボンディング用線として、もっばら金（Ａｕ　）
線あるい（，１アルミニユムｌ）線が使用されているが
、１１）近、金線の代替として経済性に右利な銅線の使
用が検討されているも未だ実用段階に至っていない。

一般にボンディング用線に要求される要素として、■引
張り強さが大きいこと、■高温強度が大きいこと、■塑
性変形による熱圧着及び超音波ボンディングが可能なこ
と、■ボール形状が真球に近く且つ−・定していること
、■ボンディング後の接合強度が大きいことが最少限必
要である。

しかるに従来の銅線は導電材としての用途が一般的であ
り、使用される銅の純度も９９．９％、高くても９９．
９５〜９９．９６％までであり、金線に較べＣ引張り強
度が大きいものの硬すぎてボンデラングに供した場合に
チップ割れを起したり、ネック切れの原因となり又、接
合強度が小さく使用し得ない。

さらに、上記従来の銅線は表面醇化を起しやりいととも
に耐蝕１１−が小さく耐熱性に劣る欠点を有し、そのた
めボンディング時のボール形状がいびつになりやすいと
ともに接合強度が低下する不具合を生じ、前記五要素を
満足させることができないものであった。

〈発明の目的〉本発明は上記従来事情に鑑み、ボンディング用に要求さ
れる前記五要素を満足させ、しかも耐熱性及び耐蝕性を
向−トさせ、導電性を維持させて金線の代替として有用
且つ実用可能なボンディング用銅線を提供せんとするこ
とを目的とする。

〈発明の構成〉斯る本発明のボンディング用銅線は、９９゜９９％以上
の高純度銅（ＣＬＬ）に、第４周期元素中より５〜５０
１）ｌ）Ｉｎ　ｗｔ％のチタン（Ｔｉ）、５〜５０ｐｐ
Ｈｗｔ％のクロム（Ｃｒ）　、　５〜５０１）０１１ｗ
ｔ％のマンガン（Ｍｎ　）　、　５〜５０１）ｐＩ　ｗ
ｔ％の’　　　　　ＩＸ（Ｆ。）　、　１０〜１００１
）ｐｍ　ｗｔ％＋７）＝ッケｊｌ、＝（Ｎｉ）　、　１
０〜１００ｐｐｉ　ｗｔ％のコバルト（Ｇｏ）の１種又
は２種以上を５〜１５０ｐｐｍ　ｗｔ％含有ヒしめたこ
とをド＋ｍとする。

本発明銅線はへを９９．９９％以上の高純度とし、それ
に前記元ＮＴ　ｉ　、　Ｃｒ、　１ＶＩｎ　、　Ｆｅ、
　Ｎｊ。

らの１種又は２←ト以上を含有せしめることによって適
度な硬さくＨｖ：３５〜５５）が得られ、ボンディング
１５におけるチップ割れ（シリコンチップのひび割れ）
やネック切れ（ボールとワイヤの境界部分の切断）を防
止するとともにボールの潰れ幅を一定にする。

一ヒ記元素Ｔ　ｉ　、　Ｃｒ、　Ｍｎ　、　Ｆｅ、　Ｎ
ｉ、　Ｃｏは何れら銅線の耐熱性を改善して結晶粗大化
を防止するとともに結晶粒開破１ｇ１（ネック切れの原
因）を防止し、又、銅線の耐蝕性を改善するものである
が、とくにイの特性を区分けするならば、Ｔｉ　、　Ｆ
ｅ、　ＮＬ、　Ｃｏは耐熱性の改善に、１ｙｌｎ、Ｃｒ
は耐蝕性の改善に有用である。

又、上記Ｔｉ　、　Ｃｒ、　Ｍｎ　、　ＦｅはＮＬ、Ｇ
ｏに較べて、伍に苅りる固溶限が小さいので、その含有
■が、５ＤＤｍｗｔ％以上であれば、前記効果が現われ
、Ｎ１、らはその含有量１　Ｑｐｐａ＋　ｗｔ％以上で
効果が現われる。

しかし、上記元素は夫々の上限値以上を含有させた場合
に硬くなりすぎてボンディング特性が低下するとともに
導電性を維持し得なくなって信頼性に劣り、前記元素を
２種以上含有往しめる場合には、その含有ｆｆ１１５０
ｐｐｍｗｔ％を越えると前記欠点が現われる。

〈実施例〉本発明実施品の各試料は９９．９９９％偽にＴｉ、Ｃｒ
、〜ｌｎ　、　Ｆｉｌ、　ＮＬ、　Ｃｏの１種又は２種
以上を添加して溶解鋳造し、線引加工と中間熱処理とを
くり返して直径２５μの伝線に仕しげたものである。

各試料の添加元素及び添加ｍを次表（１）に示す。

尚、比較量の試料Ｎ００１は９９．９％の純銅線、Ｎｏ
、２は９９．９９９％の純銅線、Ｎｏ、３は３ｅを５ｐ
Ｉ）ｎｗｔ％含有せしめた金線である。

表　　　　　（１）上記各試料をもって、その機械的性質、ボンディング特
性を測定した結果を次表（２）に示す。

尚、ボンディングは熱圧着、超音波併用方式表（２）中
において、ボール形状の「良」とは臭円状態、「可」と
は若干いびつが生じる状態、「不良」とはいびつが大き
くボール形状が定まらない状態である。

また、ボンデＣフグ後の接合強度について、チップ割れ
を起したものにあっては測定の対采とせザ、表中に１−
」をもって示した。

（次頁に続く）上記表（２）の測定結果よりみて、Ｔｉ、Ｃｒ。

Ｍｎ、Ｆｅはその含有量を５〜５０ＤＤｍｗｔ％、陳。

６はその含有ｍを１０〜１０　ｏｐｐｍ　ｗｔ％とし、
２種以上を含有させる場合は、その含有量上限を１５０
ＤＤｍ　ｗｔ％とした。

手続補正書昭和５９年１１月　５６２、発明の名称半導体素子のボンディング用銅線３、補正をする者事件との関係　　　特　許　出　願　人氏名（名称）　
　　田中電子工業株式会社４、代理人昭和　　年　　月　　日補　　正　　明　　細　　書１、発明の名称半導体素子のボンディング用銅線２、特許請求の範囲９９．９９％以上の高純度銅（ｃＩＬ）ニ、第４周期元
素中より５〜５０重量　ｐｐｍのチタン（Ｔｉ　）　、
　５〜５０１１ｆｆｉｌ）ｌ）Ｉのクロム（Ｃｒ）。

５〜５０重１１１）ｌ）ｌのマンガン（Ｍｎ’）、５〜
５０１ｆｆｉｐｐｍの鉄（Ｆｅ）　、　１０〜１００ｔ
ｌｉｆｆｉ１）１１ｍのニッケル（Ｎｉ）、１０〜１０
０１はＤｌｌのコバルト（Ｃｏ）の１種又は２種以上を
５〜１５０重ｌｐｐ■含有せしめたことを特徴どする半
導体素子のボンディング用銅線。

３、発明の詳細な説明〈産業上の利用分野〉本発明は半導体のチップ電極と外部リード部とを接続す
るために使用するワイヤボンディング用銅線に関する。

〈従来の技術〉従来、ボンディング用線として、もっばら金（△Ｕ）線
あるい【よアルミニュムｌ）線が使用されているが、最
近、金線の代替として経済性に右利な銅線の使用が検討
されているも未だ実用段階に至っていない。

一般にボンデ−ｆング用線に要求される要素として、■
引張り強さが大きいこと、■高温強度が大きいこと、（
１）塑性変形による熱圧着及び超ａ波ボンディングが可
能なこと、■ボール形状が真球に近く且つ一定している
こと、■ボンディング侵の接合強度が大きいことが最少
限必要である。

しかるに従来の銅線は導電材としての用途が一般的であ
り、便用される銅の純度も９９．９％、高くても９９．
９５〜９９．９６％までであり、金線に較べて引張り強
度が大きいものの硬すぎてボンデラングに供した場合に
チップ割れを起したり、ネック切れの原因となり又、接
合強度が小さく使用し１９ない。

さらに、上記従来の銅線は表面酸化を起しゃずいととも
に耐蝕性が小さく耐熱性に劣る欠点を有し、そのためボ
ンディング時のボール形状がいびつになりやすいととも
に接合強度が低下する不具合を生じ、前記五要素を満足
させることができないものであった。

〈発明の目的〉本発明は上記従来事情に鑑み、ボンディング用に要求さ
れる前記五要素を満足させ、しかも耐熱性及び耐蝕性を
向上させ、導電性を紺持させて金線の代替として有用且
つ実用可能なボンディング用銅線を提供せんとすること
を目的とする。

〈発明の構成〉断る本発明のボンディング用銅線は、９９゜９９％以上
の高純度銅（（Ａ）に、第４周期元素中より５〜５０重
ｆｉ　ｐｐｍのチタン（Ｔｉ　）、　５〜５０１ｍｐｐ
ｍのクロム（Ｃｒ　）　、　５〜５０　ｆｌ　ｌｌｐｐ
ｍのマンガン（Ｍｎ　）　、　５〜５０ｆｆ！ｆｆ１ｐ
ｐｓの鉄（Ｆｅ）、１０〜１００重１　ｐｐｍのニッケ
ル（Ｎｉ）、１０〜１００重Ｗｉ　ｐｐｍのコバルト（
Ｃｏ）の１種又は２種以上を５〜１５０１ｆｆｉｐｐ−
含有せしめたことを特徴とする。

本発明銅線は伍を９９−９９％以上の高純度とし、それ
に前記元素ＴＩ　、　Ｏｒ、　Ｍｎ　、　Ｆｓ、　Ｎｉ
。

缶の１１ｍ又は２ＭＩＸ上を含有せしめることによって
適度な硬さく１−１ｖ：３５〜５５）が得られ、ボンデ
ィング時に櫂１３けるチップ割れ（シリコンチップのひ
び割れ）やネック切れ（ボールとワイヤの境界部分の切
断）を防止するとともにボールの潰れ幅を一定にする。

上記元素７　ｉ　、　Ｃｒ、　Ｍｎ　、　Ｆａ、　ＮＬ
、　Ｇｏは何れもｒｆ４線の耐熱性を改善して結晶粗大
化を防止するとともに結晶粒界破断（ネック切れの原因
）を防止し、又、銅線の耐蝕性を改善するものであるが
、とくにその特性を区分けするならば、Ｔｉ　、　Ｆｅ
、　ＮＬ、Ｇｏは耐熱性の改善に、Ｍｎ、Ｃｒは耐蝕性
の改善にイｊ用である。

又、上記Ｔｉ　、　Ｃｒ、　Ｍｎ　、　ＦａはＮＬ、Ｇ
ｏに較べて、偽に対する固溶限が小さいので、その含有
ａが、５１！１ｐｐ−以上であれば、前記効果が現われ
、Ｎｉ、Ｃｏはその含有聞１０重ｆｆｉ　ｐｐｍ以上で
効果が現われる。

しかし、上記元素は夫々の上限値以上を含有させた場合
に硬くなりすぎてボンディング特性が低下するとともに
ｌ１ｍ性を維持し得なくなって信頼性に劣り、前記元素
を２種以上含有せしめる場合には、その含有■１５０重
量ｐｐｍを越えると前記欠点が現われる。

〈実施例〉本発明実施量の各試料は９９．９９９％偽にＴｉ　、　
Ｃｒ、　Ｍｎ　、　Ｆａ、　Ｎｉ、　Ｃｏの１種又は２
種以上を添加して溶解鋳造し、線引加工と中間熱処理と
をくり返して直径２５μのｃＩＬｌｌｌに仕上げたもの
である。

各試料の添加元素及び添加量を次表（１）に示す。

尚、比較量の試料Ｎ０．１は９９．９％のｒ＠銅線、Ｎ
ｏ、２は９９．９９％の純銅線、Ｎｏ、３はＢｅを５！
１ｆｆｉｐｐｉ含有せしめた金線である。

表　　　　（１）（久貝ＩＩ−枕ζ）上記各試料をもって、その機械的性質、ボンディング特
性を測定した結果を次表〈２）に示す。

尚、ボンディングは熱圧着、超音波併用方式表（２）中
において、ボール形状の「良」とは真円状態、「可」と
は若干いびつが生じる状態、「不良」とはいびつが大き
くボール形状が定まらない状態である。

また、ボンディング後の接合強度について、チップ割れ
を起【ノたものにあっては測定の対象とせず、表中に「
−」をもって示した。

（次頁に続く）表　　　　　（２）（■只に枕＜λ 上記表（２）の測定結果よりみて、Ｔｉ、Ｃｒ。

Ｍｎ、Ｆｅはその含有量を５〜５０！１ｆｆｉｐｐ＋ｍ
　、　ＮＬ。

Ｇはその含有量を１０〜１００重ｌｉｉ　ｐｐｍとし、
２種以上を含有させる場合は、その含有那上限を１５０
重漬ｐｐ−とした。

Claims

【特許請求の範囲】

　９９．９９％以上の高純度銅（Ｃｕ）に、第４周期元
素中より５〜５０ｐｐｍｗｔ％のチタン（Ｔｉ）、５〜
５０ｐｐｍｗｔ％のクロム（Ｃｒ）、５〜５０ｐｐｍｗ
ｔ％のマンガン（Ｍｎ）、５〜５０ｐｐｍｗｔ％の鉄（
Ｆｅ）、１０〜１００ｐｐｍｗｔ％のニッケル（Ｎｉ）
、１０〜１００ｐｐｍｗｔ％のコバルト（Ｃｏ）の１種
又は２種以上を５〜１５０ｐｐｍｗｔ％含有せしめたこ
とを特徴とする半導体素子のボンディング用銅線。