半导体装置用接合线制造方法及图纸

提供一种能够同时地满足对存储器用接合线所要求的要求的球接合可靠性和楔接合性的接合线，该接合线的特征在于，具备芯材和形成于所述芯材的表面的被覆层，所述芯材含有总计为0.1～3.0原子％的Ga、In和Sn中的1种以上，余量包含Ag和不可避免的杂质，所述被覆层含有Pd和Pt中的1种以上、或者Pd和Pt中的1种以上和Ag，余量包含不可避免的杂质，所述被覆层的厚度为0.005～0.070μm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置用接合线
本专利技术涉及为了将半导体元件上的电极和外部引线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部后，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(线弧：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，大多使用在Si基板上形成了以Al为主体的合金膜的电极结构，作为外部引线侧的电极，大多使用施加了镀Ag层、镀Pd层等的电极结构。对于接合线，要求良好的球形成性、球接合性、楔接合性、环形成性等性能。作为综合性地满足这些所要求的性能的接合线的材料，主要使用了Au。另一方面，由于近年来的Au价格的高涨，使用了比Au廉价的材料的接合线的开发被活跃地进行着。最近，在使用Au的接合线(以下称为Au接合线)为主流的存储器领域中，正在进行着以由廉价材料替代Au为目标的开发。在存储器领域中使用Au接合线是因为电阻低，能得到优异的楔接合性的缘故。电阻越低，在每1根接合线中能够流通的电流越大。由此，能够减少接合线的总数，能够将存储器小型化，能够得到高的生产率。另外，Au为软质的，并且，对表面氧化等的表面劣化现象的抗性高。因此，Au接合线，在低能量条件下的接合中也能够得到优异的楔接合性，因此能够降低在推进着薄型化的存储器用的半导体元件中成为问题的楔接合时的半导体元件的损伤。作为满足上述的存储器用接合线的要求性能，相对于Au实现低成本化的材料，Ag受到注目。Ag的电阻率为1.6μΩ·cm，比Au的电阻率2.2μΩ·cm低，从低电阻率化的观点出发，Ag比Au有利。另外，Ag的杨氏模量(约83×109N/m2)与Au的杨氏模量(约80×109N/m2)大致相等。Ag对表面劣化现象的抗性也高。因此，使用了Ag的接合线(以下称为Ag接合线)被期待着能得到与Au接合线同等的优异的楔接合性。但是，Ag接合线，与Au接合线相比，球接合部的接合可靠性(以下简称为球接合可靠性。)差，因此作为存储器用接合线的实用化变得困难。作为球接合可靠性评价，可使用高温放置试验、高温高湿试验等的加速评价半导体寿命的试验。Ag接合线，由于在高温高湿试验中与Au接合线相比在短时间内发生球接合部的剥离，因此作为存储器用接合线在以实用化为目标方面成为问题。这是由于，若发生球接合部的剥离，则在球接合部，电连接会受到损害，成为半导体装置的故障原因。在专利文献1中，作为解决球接合可靠性的课题的方法，公开了一种向Ag添加Au和/或Pd来进行合金化的技术。Ag-Au合金是含有0.01～30.00wt％的Au和剩余量的Ag的合金，Ag-Pd合金是含有0.01～10.00wt％的Pd和剩余量的Ag的合金，Ag-Au-Pd合金是含有0.01～30.00wt％的Au、0.01～10.00wt％的Pd和剩余量的Ag的合金。在专利文献2中，作为解决球接合可靠性的课题的方法，公开了一种在Ag合金的外周设置了Pd或Pt的被覆层的结构。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特开2013-139635号公报专利文献2:日本特开2013-33811号公报
技术实现思路
本专利技术人对于在先专利文献中所公开的Ag接合线进行了评价，结果是不能够满足对存储器用接合线所要求的球接合可靠性、楔接合性的基准。首先，说明对存储器用接合线所要求的球接合可靠性。球接合可靠性，一般采用高温试验或者高温高湿试验来进行评价。在使用了Ag接合线的情况下，特别是在高温高湿环境中球接合部的剥离成为问题。可以认为，高温高湿试验中的球接合部的剥离的原因是，Ag与Al的金属间化合物的一部分发生腐蚀，Ag与腐蚀产物的界面的密着性降低。迄今为止，关于高温高湿试验，在温度为121℃、相对湿度为100％的条件下进行的被称为PCT(PressureCookerTest：压力锅蒸煮试验)的试验、和在温度为130℃、相对湿度为85％的条件下进行的被称为uHAST(unbiasedHighlyAcceleratedtemperatureandhumidityStressTest：无偏电压高加速温度和湿度应力试验)的试验是主流。近年来，对球接合可靠性的要求变得严格起来，要求在uHAST的温度、湿度环境下进一步对球接合部施加3.6V的偏电压来加速劣化的被称为HAST的试验中的性能。对于存储器用接合线，要求在HAST中经过120小时后也能正常地工作。接着，说明对存储器用接合线所要求的楔接合性。楔接合性，是将接合线接合，根据楔接合部中有无发生接合不良来进行评价。在此，所谓接合不良，定义为接合线从引线侧的电极剥离了的状态。对于存储器用接合线，要求针对外部引线侧的Ag电极，在175℃以下的温度区域、低能量条件下进行楔接合时不发生接合不良。上述专利文献1中所公开的向Ag中添加了Pd、Au等的接合线，据记述能够使高温高湿环境中的球接合可靠性提高。但是，上述接合线，不能够满足对存储器用接合线所要求的球接合可靠性的基准。为了改善球接合可靠性，提高合金元素的浓度是有效的，但存在线硬质化、楔接合性降低的课题。因此，难以仅凭Ag的合金设计来同时满足对存储器用接合线所要求的球接合可靠性和楔接合性。另外，由于Ag容易吸附硫，因此存在吸附于线表面的硫在楔接合时阻碍Ag的扩散从而楔接合性降低的课题。上述专利文献2中所公开的在Ag表面设置了Pd、Pt等的被覆层的结构的接合线，据记述能够使高温高湿环境中的球接合可靠性提高。但是，可以认为球接合可靠性根据被覆层的构成元素、厚度而变化，而上述接合线不能够满足对存储器用接合线所要求的球接合可靠性的基准。关于楔接合性，通过将与Ag相比对硫的吸附性低的元素用于被覆层，能够看到改善，但存在被覆层与Ag的界面的密着性低，在楔接合中被覆层从Ag剥离的课题。另外，在将Ag的合金设计与在Ag合金的表面设置被覆层的技术组合了的情况下，也不能够得到对存储器用接合线所要求的球接合可靠性。由以上的原因判明了在先技术文献中所公开的Ag接合线及其组合不能够同时地满足对存储器用接合线所要求的球接合可靠性和楔接合性。本专利技术的目的是解决上述的课题，提供能够同时地满足对存储器用接合线所要求的球接合可靠性和楔接合性的接合线。本专利技术涉及的接合线，其特征在于，具备芯材和形成于上述芯材的表面的被覆层，所述芯材含有总计为0.1～3.0原子％的Ga、In和Sn中的1种以上，余量包含Ag和不可避免的杂质，所述被覆层含有Pd和Pt中的1种以上、或者Pd和Pt中的1种以上和Ag，余量包含不可避免的杂质，上述被覆层的厚度为0.005～0.070μm。根据本专利技术，能够同时地满足球接合可靠性和楔接合性。具体实施方式(球接合可靠性和楔接合性)本专利技术人专心研究的结果发现，为了同时地满足球接合可靠性和楔接合性，需要适当控制芯材中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置用接合线，其特征在于，具备芯材和形成于所述芯材的表面的被覆层，所述芯材含有总计为0.1～3.0原子％的Ga、In和Sn中的1种以上，余量包含Ag和不可避免的杂质，所述被覆层含有Pd和Pt中的1种以上、或者Pd和Pt中的1种以上和Ag，余量包含不可避免的杂质，所述被覆层的厚度为0.005～0.070μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.17 JP 2014-2551111.一种半导体装置用接合线，其特征在于，具备芯材和形成于所述芯材的表面的被覆层，所述芯材含有总计为0.1～3.0原子％的Ga、In和Sn中的1种以上，余量包含Ag和不可避免的杂质，所述被覆层含有Pd和Pt中的1种以上、或者Pd和Pt中的1种以上和Ag，余量包含不可避免的杂质，所述被覆层的厚度为0.005～0.070μm。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，在所述芯材与所述被覆层之间具备合金层，所述合金层含有Ga、In和Sn中的1种以上、Pd和Pt中的1种以上、和Ag，余量包含不...

【专利技术属性】
技术研发人员：小山田哲哉，宇野智裕，小田大造，山田隆，
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