JPS63239960A - 銅細線及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子機器用途に用いられる銅細線に関し、特に
半導体製造に使用するボンディングワイヤーを安価に提
供するものである。

（従来の技術） ＩＣやトランジスタ等の半導体の製造には３ｉチツプ上
に組まれた回路素子と外部の電源との接続や外部との情
報の交換を行なうために回路素子に接続したパッドと半
導体のリード間に線径１５〜１００μｍの金、アルミニ
ウムあるいはアルミニウム合金等の細線が用いられてい
る。

（発明が解決しようとする問題点〕 上記細線のうちアルミニウムやアルミニウム合金は外部
電源もアルミニウム又はアルミニウム合金であるのでこ
れらの接続は同種金属同士で行なえるという利点を有し
、かつ安価ではあるがボールボンドが困難であるため、
生産性に劣る超音波を用いるウェッジボンドが行なわれ
ており、ざらに耐食性に劣るため樹脂封止型半導体では
透湿水によりワイヤの腐食が生じるので専ら一部の気密
封止型半導体に使用されているだけである。

一方金は耐食性に優れ、生産性の高いボールボンディン
グを利用できる等の利点を有しており、樹脂封止型の半
導体を中心に広く利用されている。しかし、素材でおる
金が著しく高価であり、また電極パッドのアルミニウム
やアルミニウム合金と脆弱なＡｕ−Ａｆの金属間化合物
を形成したり、あるいは透湿水の存在下でアルミニウム
と電食対を形成してアルミニウムを腐食せしめる等によ
り、電気回路の断線を生じることが知られている。特に
半導体の高密度集積化によって発生する熱による温度上
昇やチップ面積の増大により透湿水経路の短縮とともに
多ピン化のための信頼性の大幅な低下が懸念されている
。

このため最近鋼のワイヤが種々提案されているが、銅の
ワイヤはその変形能が金に対して劣り、パッド下にクラ
ックを生じたり、外部電極のアルミニウムとの接合が不
十分であるという問題点を生じている。特に高集積ＩＣ
では電極パッド下に５ｉＯｚ等の脆い絶縁層が存在する
例が多く、問題となっていた。

（問題点を解決するための手段〕 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、長期信頼性の面で
は脆弱な界面相の形成がＡｕの数分の１以下でおり、ポ
ールボンディングにおいては電極パッドのＡ１との接合
性が良いのでボール浮き率が小さく、さらには低荷重、
低超音波出力を要求される高集積ＩＣにおいても良好な
ボンディング特性が得られる銅細線及びその製造方法を
開発したものである。これにより、Ａｕに比べはるかに
安価で変形能に優れ、ワイヤ強度が高く、常温軟化によ
るループのダレを生じないワイヤの供給が可能となった
。

即ち、本発明銅細線はＺｎ０．１〜９１）ｐｍ。

３ｅ０．１〜９ｐｐｍの１種又は２種とＣｒ０．１〜９
１）Ｉ）ｍを合計で０．２〜９．５ｐｐｍ含み、残部Ｃ
ｕからなることを特徴とするものである。また本発明製
造方法はＺｎ０．１〜９ｐｐｍ　、　１３ｅ０．１〜９
ｐｐｍの１種又は２種とＣｒ０．１〜ｇｐｐｍを合計で
０．２〜９．５１）ｔ）ｍ含み、残部Ｃｕからなる合金
を真空又は非酸化性雰囲気下で鋳造し、得られた鋳塊を
伸線加工と焼鈍処理を繰り返す銅細線の製造において少
なくとも最終加工率を７０〜９９、９９％とし、かつ最
終焼鈍により伸びを２〜２０％とすることを特徴とする
ものである。

〔作　用〕

一般に半導体素子とインナーリード間を結ぶにはポール
ボンディングされる例が多い。これはボンディングワイ
ヤの先端を水素炎又は放電により溶融してワイヤ金属を
ボール状に形成したワイヤを適当なループ状に曲げて外
部電極とステッチ側に接合するものである。

このような加工を受けるボンディングワイヤに要求され
る特性は、溶融したボールが真珠に近く偏芯していない
こと、ボールが電（かでおるアルミニウムパッドに容易
に接合すること、ワイヤのループが適当な高さを保つこ
と及びステッチ側との接合が十分であることが必要であ
る。

上記ワイＡ７材質として銅は純度の向上により電気伝導
性、変形能が優れたものとはなるが、常温軟化し易くル
ープ状に曲げて接合した時にループのダレを生じ易いこ
と、製造ロットによる特性のバラツキが生じ易いこと、
さらにボールボンディング時に電極パッドのアルミニウ
ムと接合しない、いわゆるボール浮き現象を生じ易いこ
となどの欠点を有している。

本発明はこれらの欠点を解消するためＣｕにＺ　ｎｏ、
１〜９ｐＤｍ　、　Ｂ　ｅｏ、１〜９ｐｐｍの１種又は
２種とＣｒｏ、１〜９ｐｐｍを合計で０．２〜９、５ｐ
ｐｍを添加したものである。

上記本発明銅細線によればチップの機械的損傷を防止す
るため低荷重、低超音波出力条件を要求される高集積Ｉ
Ｃのボールボンディングにおいても金に匹敵する以上の
ボンディング特性が得られる。

しかして合金組成を上記の範囲に限定したのは、組成範
囲の下限未満のものは添加の効果がなく、上限を超える
ものはボール変形能が劣るからである。なおこの作用は
高純度の銅でより有効に発現できるので、その不純物は
少ないほど良く、銅純度は９９．９９９ｗｔ％以上、望
ましくは９９．９９９９　ｗｔ％以上が良好である。

また銅細線については以上のボール及びステッチ側ボン
ディング性と共にループ形状やワイヤ強度が実用上重要
である。これらの特性にはワイヤの機械的特性が関与す
るけれども半導体の種類、ボンディング方式及び装置条
件によって要求される特性は異なる。しかしながら伸び
が著しく小さいとループ高さが大きくなりワイヤ間でシ
ョートを引き起こす原因となるばかりでなく、ワイヤ変
形能が小さくなりステッチボンディングを行なう際に高
荷重、高超音波出力を必要とするなどボンディング性低
下の原因となる。一方伸びが著しく大きいとループ高さ
が低くなりチップとの接触を招く危険があるばかりでな
く、ステッチボンディングでのワイヤの潰れが大きくな
りネック部が脆弱となり易く、さらにボンディング後の
ワイヤ変形能が不均一となりボール形成が行なえない事
態となってしまう。従って上記ワイヤ強度等を実用的に
安定して有利に発現する必要があり、このためには製造
工程、特に最終伸線工程での加工率が重要である。

しかして本発明銅細線の製造方法は、真空又は非酸化性
雰囲気下で前記組成の合金＆５塊ビレットを鋳造した後
、必要に応じて熱間加工を行ない、その俊伸線加工と焼
鈍とを繰返して少なくとも最終焼鈍前の最終加工率を７
０〜９９．９９％、より好ましくは９０〜９９．９５％
とした後、１５０〜４００　’Ｃの温度で所定時間最終
焼鈍を施して伸びを２〜２０％、より好ましくは６〜１
６％に調整することにより優れた特性とするものである
。なお最終焼鈍により銅細線の特性を発現する代わりに
最終焼鈍を過剰に行なった後、１〜５％の加工率で伸線
加工を行なって同様の伸びを得ることもよい。

〔実施例〕

本発明を実施例に基づき詳しく説明する。

実施例■ 真空溶解炉を用いて純度９９．９９９６％の純銅に添加
元素を加えて第１表に示す組成の合金を溶解し、２５％
角ｘ１４０７ｇの鋳塊ビレットを鋳造した。該ビレット
を面前後直径２０ＭＸ長ざｉｏｏ。

とした後、熱間圧延により直径約１０．とし、しかる後
直径８＃どなるまで皮剥きを入れて伸線を行なった。

ざらに９２％の加工率で伸線加工と３５０℃で真空焼鈍
を繰り返して直径２５μｍのワイヤを得た。

最後にアルゴン雰囲気中２５０〜４００　’Ｃの温度に
保持した走間焼鈍炉で焼鈍を行ない、伸びを約１５％前
後としたワイヤを製造した。各合金ワイヤの機械的特性
として破断強度（Ｂｌと略記）及び伸び（Ｅｌと略記）
の測定値を第１表に併記した。なおワイヤ中の酸素量は
いずれの合金においても５　Ｄｉ）ｍ以下であった。

このように作製したワイヤを１０％ｔ−１ｚ　−Ｎ　２
雰囲気中にて、荷重３５９、超音波出力０．０２ｗ、時
間３０ｍ５ｅｃ　、ステージ温度２７５°Ｃのボンディ
ング条件でマニュアル型のワイヤボンダーにてボールボ
ンドを行なった後、次の項目について比較試験を実施し
、その結果を第２表に示した。

（１）ボールの形状（真球度、偏芯度）（２）ボールの
歪（ボールアップ直後のボールの径と押し演した後のボ
ール径との比較）（３）ボール浮き（Ｓｉウェハ上に蒸
着した１μｍ厚のＡ１にボールボンドした時の接合不成
功率） （４）チップ割れ （５）接合ワイヤ破断率（ボンディング後ワイヤプル試
験を行なった時の破断の部位が接合部かワイヤ切れかを
表わし、ワイヤ切れの割合で示す） （６）ループ形状（ボンディング後のループの形状） なお上記（５）及び（６）の項目については基材として
０．２５．厚さでメッキレスのＣｕ　−０，１５％Ｃｒ
−０，１％３ｎ合金条を用いた。

第２表に示すように本発明による細線はすべてのボンデ
ィング特性が優れ、金のみからなる従来材（Ｎα１２〉
と比べても遜色がない。これに対しＣｒ含有量が０．ｌ
ｐｐｍ未満の比較材（Ｎα６）はループ形状、ボール形
状以外の特性で劣っており、過剰の添加元素を含む比較
材（Ｎｏ、　７〜Ｎα１０）はいずれもボール変形能が
小さく、ボール浮き率が大きく、ループ形状は適当でな
く、ざらに接合強度が小さい。

実施例■ 実施例工の合金Ｎα２と同一の合金組成の鋳塊ビレット
を用いて実施例工と同一の工程で最終伸線加工率を８０
．９９．９５　、９９．９９％としたワイヤを’＋ｌ、
最終焼鈍温度を変化させて種々の伸びのものを製造した
。これらのワイヤについて０．２５ｍ厚さでメッキレス
のＣｕ−０，１５％Ｃｒ０．１％３ｎ合金条を基材にボ
ールボンディング後、ワイヤプル試験を実施して接合ワ
イヤ破断率を求め、その結果を第１図に示した。

第１図に示すように高加工率であってもワイヤの伸びが
２〜２０％の範囲で良好な接合強度、即ちボンディング
特性が得られることがわかる。

（発明の効果） このように本発明によれば、安価な材料から成るボンデ
ィングワイヤで良好なボンディング特性と高い信頼性が
得られる等工業上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＬＪ−０，１５％Ｃｒ−０，１％ｓｎ合金条
にボールボンドしたワイヤの破断率をワイヤの最終伸線
前〒率と伸びについて測定した実測図を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｚｎ０．１〜９ｐｐｍ、Ｂｅ０．１〜９ｐｐｍの
   １種又は２種とＣｒ０．１〜９ｐｐｍを合計で０．２〜
   ９．５ｐｐｍ含み、残部Ｃｕからなることを特徴とする
   銅細線。
2. （２）残部のＣｕの純度が９９．９９９ｗｔ％以上であ
   る特許請求の範囲第１項記載の銅細線。
3. （３）Ｚｎ０．１〜９ｐｐｍ、Ｂｅ０．１〜９ｐｐｍの
   １種又は２種とＣｒ０．１〜９ｐｐｍを合計で０．２〜
   ９．５ｐｐｍ含み、残部Ｃｕからなる合金を真空又は非
   酸化性雰囲気下で鋳造し、得られた鋳塊を伸線加工と焼
   鈍処理を繰り返す銅細線の製造において、少なくとも最
   終加工率を７０〜９９．９９％とし、かつ最終焼鈍によ
   り伸びを２〜２０％とすることを特徴とする銅細線の製
   造方法。
4. （４）残部のＣｕの純度が９９．９９９ｗｔ％以上であ
   る特許請求の範囲第３項記載の銅細線の製造方法。
5. （５）最終焼鈍後に加工率１〜５％の加工を施すことに
   より伸びを２〜２０％とする特許請求の範囲第３項又は
   第４項記載の銅細線の製造方法。