半导体装置用接合线制造方法及图纸

提供一种改善球接合部的接合可靠性、球形成性，并适合于车载用装置的接合线。一种半导体装置用接合线，其特征在于，具有Cu合金芯材、和形成于所述Cu合金芯材的表面的Pd被覆层，所述Cu合金芯材包含Ni，相对于线整体，Ni的浓度为0.1～1.2重量％，所述Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。

Bonding wire for semiconductor device

The invention provides a bonding wire for improving the joint reliability of ball joint and ball forming, and is suitable for a vehicle mounted device. The bonding wire with a semiconductor device, which is characterized in that the surface of the coating with Pd Cu alloy core material, and formed in the Cu alloy core material, the core material of Cu alloy containing Ni, relative to the whole line, the concentration of Ni is 0.1 to 1.2 wt.%, the thickness of the coating layer Pd from 0.015 to 0.150 M.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及为了将半导体元件上的电极和外部引线(lead)等的电路布线板的布线连接而被利用的半导体装置用接合线。
技术介绍
现在，作为将半导体元件上的电极与外部引线之间接合的半导体装置用接合线(以下称为接合线)，主要使用线径15～50μm左右的细线。接合线的接合方法一般为并用超声波的热压接方式，可使用通用接合装置、将接合线通到其内部而用于连接的毛细管工具等。接合线的接合工艺通过下述过程来完成：通过电弧热输入将线尖端加热熔融，利用表面张力形成球后，将该球部压接接合(以下称为球接合)于在150℃～300℃的范围内加热了的半导体元件的电极上，接着，形成环(环路：loop)之后，将线部压接接合(以下称为楔接合)于外部引线侧的电极上。作为接合线的接合对象的半导体元件上的电极可以使用在Si基板上形成了以Al为主体的合金膜的电极结构，外部引线侧的电极可以使用施加了镀Ag层和/或镀Pd层的电极结构等。迄今为止，接合线的材料以Au为主流，但以LSI用途为中心，替代为Cu的工作正在推进。另一方面，以近年来的电动汽车、混合动力汽车的普及为背景，在车载用装置用途中，对于从Au替代为Cu的需求也在提高。车载用装置与一般的电子设备相比，由于需要在严酷的高温高湿环境下工作，因此要求在球接合部具有优异的接合寿命(以下称为接合可靠性)、为了得到稳定的接合强度而稳定地形成圆球性优异的球(以下称为球形成性)。另外，对于车载用装置，随着高功能化、小型化也要求应对安装的高密度化。当安装高密度化时，接合线的线径变细，在进行楔接合时有助于接合的面积减少从而难以得到接合强度。因而，需要在楔接合部获得较高的接合强度、即改善楔接合性。另外，半导体元件上的电极彼此的间隔变窄，担心球与相邻的电极接触而短路，因此需求在进行球接合时使球变形成正圆形的技术。进而，在进行树脂封装来使用的情况下，为了防止接合线由于树脂流动而变形、相邻的线彼此接触，也要求环的直进性、和抑制高度波动。关于Cu接合线，曾提出了使用高纯度Cu(纯度：99.99重量％以上)的Cu接合线(例如，专利文献1)。Cu与Au相比具有易氧化的缺点，存在接合可靠性、球形成性、楔接合性等较差的问题。作为防止Cu接合线的表面氧化的方法，曾提出了用Au、Ag、Pt、Pd、Ni、Co、Cr、Ti等金属被覆Cu芯材表面的结构(专利文献2)。另外，曾提出了在Cu芯材的表面被覆Pd，再将其表面用Au、Ag、Cu或它们的合金被覆的结构(专利文献3)。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭61-48543号公报专利文献2：日本特开2005-167020号公报专利文献3：日本特开2012-36490号公报
技术实现思路
本专利技术人根据车载用装置所要求的特性实施了评价，结果判明了以往的具有Pd被覆层的Cu接合线尚存如后述那样的实用上的问题。车载用装置与一般的电子设备相比，要求在严酷的高温高湿环境下的接合可靠性。曾提出了好几种评价接合可靠性的方法，作为代表性的评价方法之一，可使用高温高湿试验。在一般的电子设备的情况下，高温高湿试验大多在温度为130℃、相对湿度为85％的条件下来进行评价。另一方面，对于车载用装置而言，由于需要更高温下的使用性能，因此要求在温度为150℃、相对湿度为85％的条件下获得1500小时以上的接合可靠性。使用以往的具有Pd被覆层的Cu接合线与纯Al电极进行接合，用环氧树脂封装后，在温度为150℃、相对湿度为85％的条件下实施了高温高湿试验，结果可知在1500小时以下就在接合界面发生裂纹，接合强度降低，不能得到车载用装置所要求的接合可靠性。对接合界面进行了详细观察的结果，形成有以Al和Cu为主体的许多的金属间化合物，推定为这些化合物之中Cu9Al4优先被腐蚀是接合强度降低的原因。评价了球形成性，结果判明以往的具有Pd被覆层的Cu接合线不能满足车载用装置所要求的球形成性。特别是看到许多在表面有气泡的球、圆球性差的球。关于气泡的产生原因，可以认为是因为通过电弧放电Pd熔融时所吸收的H2、N2在Pd凝固时被释放的缘故。关于圆球性降低的原因，可以考虑到热导率的影响。球通过在线方向上排出热而凝固。因而，由于Pd的热导率比Cu低，所以可以认为Cu比Pd先凝固，从而表面的Pd不能跟随Cu的凝固收缩来变形而在表面产生凹凸。Pd被覆层的厚度越厚，这样的现象就越显著。在Pd被覆层之上被覆了Au、Ag、Cu的情况下也无法改善球形成性。根据上述的研究结果，判明了在使用了以往的具有Pd被覆层的Cu接合线的情况下不能满足车载用装置所要求的接合可靠性、球形成性的基准。另外，可知即使采用以往研究出来的着眼于Pd被覆层的膜厚以及结构的改善方法，也不能使车载用装置所要求的接合可靠性和球形成性并存。因此，本专利技术的目的是提供一种改善球接合部的接合可靠性、球形成性，并适合于车载用装置的接合线。本专利技术涉及的接合线，其特征在于，是具有Cu合金芯材、和形成于所述Cu合金芯材的表面的Pd被覆层的半导体装置用接合线，所述Cu合金芯材包含Ni，相对于线整体，Ni的浓度为0.1～1.2重量％，所述Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。根据本专利技术，具有Pd被覆层，且Cu合金芯材包含Ni，由此在球接合部，与电极的接合界面处Pd或Ni浓化，抑制高温高湿试验中的接合界面的Cu、Al的扩散，使易腐蚀性化合物的生长速度下降，因此能够改善接合可靠性。另外，通过相对于线整体的、Ni的浓度为0.1重量％以上，也能够降低球表面的凹凸的发生，因此能够改善球形成性。具体实施方式以下，详细地说明本专利技术的实施方式。1.实施方式(总体构成)本专利技术的实施方式涉及的接合线，具有Cu合金芯材、和形成于所述Cu合金芯材的表面的Pd被覆层，所述Cu合金芯材包含Ni，相对于线整体，Ni的浓度为0.1～1.2重量％，Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。由此，接合线能够改善车载用装置所要求的接合可靠性和球形成性。说明上述接合线的Cu合金芯材、Pd被覆层的定义。Cu合金芯材与Pd被覆层的边界以Pd浓度为基准来判定。将Pd浓度为50原子％的位置作为边界，将Pd浓度为50原子％以上的区域判定为Pd被覆层，将Pd浓度小于50原子％的区域判定为Cu合金芯材。其根据是因为，如果在Pd被覆层中Pd浓度为50原子％以上，则由Pd被覆层的结构能得到特性的改善效果。Pd被覆层可以包含单纯的Pd层的区域、Pd和Cu在线的深度方向具有浓度梯度的区域。在Pd被覆层中能形成具有该浓度梯度的区域的原因是因为，有时由于制造工序中的热处理等，Pd和Cu的原子进行扩散。进而，Pd被覆层也可以包含不可避免的杂质。另外，Cu合金芯材所含有的Ni可以通过热处理等向Pd被覆层扩散而存在于Pd被覆层中。当使用该接合线，通过电弧放电来形成球时，在接合线熔融、凝固的过程中，在球的表面形成Pd、Ni的浓度比球的内部高的合金层。当使用该球与Al电极进行接合，来实施高温高湿试验时，变为在接合界面Pd或Ni浓化了的状态。该Pd或Ni浓化而形成的浓化层能够抑制高温高湿试验中的接合界面的Cu、Al的扩散，使易腐蚀性化合物的生长速度下降。由此，接合线能够提高接合可靠性。另一方面，在Ni的浓度小于0.1重量％、或Pd被覆层的厚度小于0.01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，具有Cu合金芯材、和形成于所述Cu合金芯材的表面的Pd被覆层，所述Cu合金芯材包含Ni，相对于线整体，Ni的浓度为0.1～1.2重量％，所述Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.21 JP 2014-0875871.一种半导体装置用接合线，其特征在于，具有Cu合金芯材、和形成于所述Cu合金芯材的表面的Pd被覆层，所述Cu合金芯材包含Ni，相对于线整体，Ni的浓度为0.1～1.2重量％，所述Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。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，在所述Pd被覆层上还具有Au表皮层。3.根据权利要求2所述的半...

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