半导体装置用接合线制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置用接合线，其具有在Cu合金芯材的表面的以Pd为主成分的被覆层、和在该被覆层的表面的包含Au和Pd的表皮合金层，该半导体装置用接合线能够进一步改善镀Pd引线框上的2nd接合性，并且能够实现在高湿加热条件下也优异的球接合性。一种半导体装置用接合线，具有在Cu合金芯材的表面的以Pd为主成分的被覆层、和在该被覆层的表面的包含Au和Pd的表皮合金层，将线最表面中的Cu浓度设为1～10at％，在芯材中含有总计为0.1～3.0质量％的范围的元素周期表第10族的金属元素，由此能够实现2nd接合性的改善和高湿加热条件下的优异的球接合性。进而，优选表皮合金层的Au的最大浓度为15at％～75at％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及为连接半导体元件上的电极和外部连接端子而使用的半导体装置用接合线。
技术介绍
半导体元件上的电极与外部连接端子之间使用半导体用接合线(以下也称为“接合线”。)连接。为使接合线与作为半导体元件的硅芯片上的电极接合，进行并用超声波的热压接方式的球接合。另一方面，在将接合线与引线、焊盘(land)等的外部连接端子连接时，一般进行所谓的2nd接合，即，不形成球部而将接合线直接与电极接合。作为接合线，以往主要使用线径15～50μm左右、材质为高纯度4N(4-Nine，纯度为99.99质量％以上)的Au(金)的Au接合线(金接合线)。但是，伴随着近来的资源价格的高涨，作为Au接合线的原料的金的价格也猛涨，正在研究采用Cu(铜)作为代替Au的低成本的线坯料。但是，Cu与Au相比容易氧化，因此单纯的Cu接合线难以长期保管，2nd接合特性也并不良好。另外，在这样的单纯的Cu接合线的顶端形成球部时，必须设为还原气氛以使得球部不氧化。因此，为了解决Cu接合线的氧化这样的课题，曾提出了在Cu线表面被覆了贵金属的Cu接合线的方案。在专利文献1中，公开了在高纯度Cu极细线的表面被覆了Au、Pd等贵金属的Cu接合线。在Cu线表面被覆有贵金属的Cu接合线，由于抑制了Cu接合线的氧化，因此线的长期保管、2nd接合特性优异。特别是在Cu线表面被覆了Pd的Cu接合线，在线顶端形成球部时球部氧化这样的担心得到大幅改善，即使不使用危险的气体即氢气而仅是使用纯氮气来使球部周边为氮气气氛，也能够形成圆球的球部。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭62-97360号公报
技术实现思路
目前为止的引线框的表面一般被镀银，与此相对，最近正在推进使用镀Pd的引线框。当为在Cu线表面被覆了Pd的Cu接合线时，发现了下述新的问题，即，虽然对目前为止的镀银引线框而言没有显现化，但是对镀Pd的引线框的2nd接合性不充分的情况变多。关于在镀Pd层之上施加了镀Au层的引线框也是同样的。在为解决这样的问题而进行研究的过程中，本专利技术人等发现，通过使用在Cu线表面被覆Pd，且在该Pd被覆层的表面具有包含Au和Pd的合金层的接合线，能将该问题减轻一些。但是，对于2nd接合性要求进一步改善。特别是要求改善剥离(peeling)、即2nd接合状态的接合线的接合部剥离的现象。另外，伴随由细间距带来的细线化，要求进一步改善2nd接合的鱼尾状(鱼的臀鳍)的压接部对称性。本专利技术的第1目的是，在具有Pd被覆层的Cu线中，进一步改善对在镀Pd的引线框或者在镀Pd层上施加了镀Au层的引线框的2nd接合性、2nd接合的鱼尾(鱼的臀鳍)状的压接部对称性。另外，对于Cu接合线的长期可靠性，即使是在最多地被利用的加热试验即干燥气氛下的高温保管评价中没有发生特别的问题的情况，当进行高湿加热评价时，有时也发生不良。作为一般的高湿加热评价，已知PCT试验(压力锅蒸煮试验)。其中，饱和型的PCT试验作为比较严格的评价经常被使用，代表性的试验条件是在温度121℃、相对湿度100％RH(Relative Humidity)、两个大气压下进行。在具有Pd被覆层的Cu线中，虽然能够降低高湿加热评价中的不良，但是作为高湿加热评价进行更严格的HAST试验(High Accelerated Temperature and humidity Stress Test：高加速温湿度应力试验)(温度130℃、相对湿度85％RH(Relative Humidity)、5V)时，可知与Au线相比不良的发生率仍很高。本专利技术的第2目的是在具有Pd被覆层的Cu线中，进一步降低高湿加热评价中的不良。本专利技术人等发现，对于具有以Cu为主成分的芯材、在该芯材的表面的以Pd为主成分的被覆层、和在该被覆层的表面的包含Au和Pd的表皮合金层的接合线，通过使以Cu为主成分的芯材中含有规定量的元素周期表第10族的金属元素，并且使线最表面的Cu浓度为1at％以上，能够进一步改善对于镀有Pd的引线框或者在镀Pd层上施加了镀Au层的引线框的2nd接合性、2nd接合的鱼尾状(鱼的臀鳍)的压接部对称性。本专利技术人等还发现，通过使以Cu为主成分的芯材中含有规定量的元素周期表第10族的金属元素，即使在如HAST试验那样的苛刻的高湿加热评价中也能够减少不良的发生。本专利技术是基于上述见解而完成的，其要旨如下。(1)一种半导体装置用接合线，其特征在于，包含：芯材，其以Cu为主成分，含有总计为0.1～3.0质量％的元素周期表第10族的金属元素；设置于该芯材表面的以Pd为主成分的被覆层；和设置于该被覆层表面的包含Au和Pd的表皮合金层，线最表面的Cu浓度为1～10at％。(2)根据(1)所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述元素周期表第10族的金属元素为选自Ni、Pd和Pt中的一种以上。(3)根据(1)或(2)所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述元素周期表第10族的金属元素包含Ni。(4)根据(1)～(3)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，上述以Pd为主成分的被覆层的厚度为20～90nm，上述包含Au和Pd的表皮合金层的厚度为0.5～40nm，Au的最大浓度为15～75at％。(5)根据(1)～(4)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，上述芯材还含有Au，芯材中的Ni、Pd、Pt、Au的总计含量超过0.1质量％且为3.0质量％以下。(6)根据(1)～(5)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，上述接合线还含有P、B、Be、Fe、Mg、Ti、Zn、Ag、Si中的1种以上，这些元素在线整体中所占的浓度的总计为0.0001～0.01质量％的范围。(7)根据(1)～(6)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在上述芯材与上述被覆层的边界部、以及上述被覆层与上述表皮合金层的边界部具有扩散区域。(8)根据(1)～(7)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在对与上述接合线的线轴垂直的方向的芯材截面(以下称为“垂直截面”。)测定晶体取向所得到的结果中，线长度方向的晶体取向之中、相对于线长度方向角度差为15°以下的晶体取向＜100＞的取向比率为30％以上。本专利技术，通过对于具有以Cu为主成分的芯材、设置于该Cu合金芯材的表面的以Pd为主成分的被覆层、和设置于该被覆层表面的包含Au和Pd的表皮合金层的半导体装置用接合线，使以Cu为主成分的芯材中含有规定量的元素周期表第10族的金属元素，并且使线最表面的Cu浓度为1～10at％，能够进一步改善对于镀有Pd的引线框或者在镀Pd层上施加了镀Au层的引线框的2nd接合性。另外，通过使以Cu为主成分的芯材中含有规定量的元素周期表第10族的金属元素，对于接合线与电极之间的球接合部，能够实现在高湿加热条件下也优异的球接合性。具体实施方式以下就本专利技术的优选的实施方式来详细说明本专利技术。以下关于浓度、厚度、比率所示出的值只要没有另行明示就都表示平均值。本专利技术的半导体装置用接合线，其特征在于，包含：以Cu为主成分、含有总计为0.1～3.0质量％的元素周期表第10族的金属元素的芯材、设置于该芯材表面的以Pd为主成分的被覆层、和设置于该被覆层表面的包含Au和Pd的表皮合金层，线最表面的Cu浓度为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置用接合线，其特征在于，包含：芯材，其以Cu为主成分，含有总计为0.1质量％以上3.0质量％以下的元素周期表第10族的金属元素；设置于该芯材表面的以Pd为主成分的被覆层；和设置于该被覆层表面的包含Au和Pd的表皮合金层，线最表面的Cu浓度为1at％以上10at％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.23 JP PCT/JP2015/0710021.一种半导体装置用接合线，其特征在于，包含：芯材，其以Cu为主成分，含有总计为0.1质量％以上3.0质量％以下的元素周期表第10族的金属元素；设置于该芯材表面的以Pd为主成分的被覆层；和设置于该被覆层表面的包含Au和Pd的表皮合金层，线最表面的Cu浓度为1at％以上10at％以下。2.根据权利要求1所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述元素周期表第10族的金属元素为选自Ni、Pd和Pt中的一种以上。3.根据权利要求1或2所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述元素周期表第10族的金属元素包含Ni。4.根据权利要求1～3的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述以Pd为主成分的被覆层的厚度为20nm以上90nm以下，所述包含Au和Pd的表皮合金层的厚度为0.5nm以上40nm以下，Au的最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：山田隆，小田大造，大石良，宇野智裕，
申请(专利权)人：日铁住金新材料股份有限公司，新日铁住金高新材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP