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能够满足在高密度安装中要求的接合可靠性、弹回性能、芯片损伤性能的接合线。一种接合线，其特征在于，由总计为0.05～5原子％的In、Ga、Cd中的1种以上、以及其余量构成，所述其余量为Ag和不可避免的杂质。

Bonding wire for semiconductor device

The invention provides a bonding wire can meet the requirements of high density mounting in bonding reliability, rebound performance, chip damage performance. The utility model relates to a bonding line, which is characterized in that it consists of more than 1 kinds of In, Ga and Cd in a total of 0.05 to 5 atom percent, and the remainder, wherein the remaining quantity is Ag and an unavoidable impurity.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置用接合线本申请是申请日为2015年5月20日、申请号为201580001736.3、名称为“半导体装置用接合线”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及为了连接半导体元件上的电极与外部引线等电路布线基板的布线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、使接合线通到其内部而连接的毛细管夹具等。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，在通过表面张力形成球部之后，使该球部压接接合于在150℃～300℃的范围内加热了的半导体元件的电极上(以下称为球接合)，接着，形成环路之后，将线部压接接合到外部引线侧的电极(以下称为楔接合)。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、外部引线侧的电极，大多使用在Si基板上施加了镀银层、镀钯层等的电极结构。对接合线要求具有优异的球形成性、球接合性、楔接合性、环路形成性等。作为综合性地满足这些要求性能的接合线的材料，逐渐主要使用Au。近年来，以Au价格的高涨为背景，使用比较便宜的材料作为Au的替代材料的接合线的开发正在盛行。作为开发例，可举出具有在Cu的表面被覆了Pd的结构的接合线。该接合线的特征主要是通过抑制Cu的氧化而综合性地改善了接合线的性能这点，在最尖端的LSI(LargeScaleIntegration，大规模集成)领域被使用。在今后的接合线开发中，强烈要求对应于与半导体器件的进一步高性能化、小型化相伴的高密度安装。在高密度安装中，为了抑制LSI层间的信号延迟，有时会使用脆弱的低介电常数材料作为层间的绝缘材料，经常存在对半导体元件的损伤的问题。相邻的电极的间隔狭窄，需要使接合线的线径变细，因此要求接合线具有高的楔接合性。为了在细的线径中确保导电性，期望用于接合线的材料的电阻率低。作为这样的高密度领域中的接合线的材料，大多使用软质且可获得高楔接合性、电阻率较低的Au。为了解决上述那样的高密度安装中的课题，提供比Au便宜的接合线，曾进行了作为接合线的材料使用Ag的尝试。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，且低于Cu的杨氏模量(约130×109N/m2)，因此期待在针对脆弱的半导体元件的球接合中损伤少、且能够获得良好的楔接合性。室温附近的Ag的电阻率(1.6μΩ·cm)比Cu的电阻率(1.7μΩ·cm)、Au的电阻率(2.2μΩ·cm)低，因此从电特性的观点出发，也可以认为其适合作为高密度安装中的接合线的材料。然而，使用了Ag的接合线(以下称为Ag接合线)在高密度安装中存在接合可靠性、环路的稳定性低这样的问题。接合可靠性评价是以评价实际的半导体器件的使用环境中的接合部寿命为目的而进行的。一般接合可靠性评价使用高温放置试验、高温高湿试验。与使用了Au的接合线(以下称为Au接合线)相比，Ag接合线在高温高湿试验中的球接合部的寿命差是个问题。由于在高密度安装中进行小球接合，因此贡献给接合的面积变小，因此确保寿命变得更加困难。对于环路的稳定性，被称为弹回(spring)不良的不良成为问题。弹回不良成为在接合线的接合工序中由于环路弯曲的现象，接合线彼此接触而引起短路的原因。在高密度安装中，相邻的接合线的间隔变得狭窄，因此强烈要求抑制弹回不良。线的强度越低，弹回不良越容易发生，因此在线径变细的高密度安装中成为问题的情况较多。作为解决这些课题的方法，曾公开了在Ag中添加各种元素而合金化的技术，但是如果合金元素的浓度变高，则球会变硬，球接合时发生芯片损伤。这些课题成为妨碍Ag接合线普及的原因。关于以改善接合可靠性为目的的Ag接合线的开发，例如，专利文献1中公开了一种接合线，其特征在于，包含合计为0.1～10重量％的Pt、Pd、Cu、Ru、Os、Rh、Ir中的1种或2种以上，Pt为10重量％以下，Pd为10重量％以下，Cu为5重量％以下，Ru为1重量％以下，Os为1重量％以下，Rh为1重量％以下，Ir为1重量％以下，其余量由Ag和不可避免的杂质组成。例如，专利文献2中公开了一种半导体元件用Ag-Au-Pd三元合金系接合线，其特征在于，是由纯度99.99质量％以上的Ag、纯度99.999质量％以上的Au和纯度99.99质量％以上的Pd构成的三元合金系接合线，Au为4～10质量％、Pd为2～5质量％、氧化性非贵金属添加元素为15～70质量ppm以及其余量由Ag组成，该接合线在连续模拉丝前进行退火热处理，在连续模拉丝后进行调质热处理，在氮气气氛中进行球接合。关于以提高环路的稳定性为目的的Ag接合线的开发，曾公开了通过加工热处理来控制抗拉强度和屈服强度σ0.2的技术。例如，专利文献3中公开了一种接合线，其特征在于，在523K的温度气氛下加热15～25秒钟后，接着在前述温度气氛下测定出的抗拉强度高于在298K的温度气氛下测定出的屈服强度σ0.2。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开平11-288962号公报专利文献2：日本特开2012-169374号公报专利文献3：日本特开2002-319597号公报
技术实现思路
然而，上述专利文献中公开的Ag接合线不能满足高密度安装中要求的针对接合可靠性、弹回不良、芯片损伤所要求的性能。高温高湿试验一般采用在温度为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。近年来，作为更加严格的评价方法，大多采用在温度为130℃、相对湿度为85％的条件下进行的被称为HAST(HighlyAcceleratedtemperatureandhumidityStressTest：高加速温度和湿度应力试验)的试验。对于高密度安装用的半导体器件，在设想了工作环境的情况下，要求在HAST中经过300小时以上后也正常地工作。Ag接合线在HAST中球接合部的寿命成为问题。Ag接合线，通过暴露在高温高湿环境中，在球接合部发生剥离、电连接丧失，从而成为半导体器件故障的原因。另外，在高密度安装中，为了对应于窄间距化，大多形成比通常小的球而进行接合(以下称为小球接合)。接合线在使用了小球接合的情况下，贡献给接合的面积变小，存在接合寿命变短的倾向，因此要求更严格的接合可靠性。弹回不良是大多在高密度安装领域中，在存储器用途中进行的层叠芯片的连接中成为问题的不良。在通过接合线连接层叠芯片的方法中，大多使用与通常的接合相比接合位置反过来的、被称为逆接合的连接方法。在逆接合的接合工艺中，在芯片上的电极上形成柱状凸块，然后在基板的电极上接合球部，最后在前述柱状凸块上使接合线进行楔接合。通过该逆接合，能够将环路高度抑制为较低，即使在芯片的层叠数增加、高低差(段差)高的情况下也能实现稳定的环路控制。另一方面，如果进行逆接合，则容易发生弹回不良。芯片损伤是在接合工序中，在球接合工序中发生的不良现象。在高密度安装领域中，伴随着芯片的薄化、多层化，大多采取强度低的结构，对于抑制芯片损伤的要求在提高。进而，在高密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置用接合线，其特征在于，由总计为0.05～5原子％的In、Ga、Cd中的1种以上、以及其余量构成，所述其余量为Ag和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
2014.07.10 JP 2014-1421271.一种半导体装置用接合线，其特征在于，由总计为0.05～5原子％的In、Ga、Cd中的1种以上、以及其余量构成，所述其余量为Ag和不可避免的杂质。2.一种半导体装置用接合线，其特征在于，由总计为0.05～5原子％的In、Ga、Cd中的1种以上、总计为0.01～5原子％的Ni、Cu、Rh、Pd、Pt、Au中的1种以上、以及其余量构成，所述其余量为Ag和不可避免的杂质。3.一种半导体装置用接合线，其特征在于，由总计为0.05～5原子％的In、Ga、Cd中的1种以上、总计为10～300原子ppm的Be、B、P、Ca、Y、La、Ce中的1种以上、以及其余量构成，所述其余量为Ag和不可避免的杂质。4.一种半导体装置用接合线，其特征在于，由总计为0.05～5原子％的In、Ga、Cd中的1种以上、总计为0.01～5原子％的Ni、Cu、Rh、Pd、Pt、Au中的1种以上、总计为10～300原子ppm的Be、B、P、Ca、Y、La、Ce中的1种以上、以及其余量构成，所述其余量为Ag和不可避免的杂质。5.根据权利要求1～4的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在深度方向上距离线表面0～10nm的区域中的In、Ga、Cd的总计原子百分率是在深度方向上距离所述线表面20～30nm的区域中的In、Ga、Cd的总计原子百分率的2倍以上。6.根据权利要求1～4的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，与线轴垂直的方向的截面中的平均结晶粒径为0.2～3.5μm。7.根据权利要求1～4的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在测定包含所述接合线的线轴且与线轴平行的截面的结晶取向时的测定结果中，相对于所述接合线的长度方向，角度差为15度以下的结晶取向<100>的存在比率以面积率计为30％以上且100％以下。8.根据权利要求1～4的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在深度方向上距离线表面0～1nm的区域中的相对于金属元素的总计的、选自In、Ga、Cd中的至少1种以上的元素的平均总计原子百分率，是在深度方向上距离所述线表面1～10nm的区域中的相对于金属元素的总计的、选自In、Ga、Cd中的至少1种以上的元素的平均总计原子百分率的1.2倍以上。9.根据权利要求1～4的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，被用于球接合。10.根据权利要求5所述的半导体装置用接合线，其特征在于，与线轴垂直的方向的截面中的平均结晶粒径为0.2～3.5μm。11.根据权利要求5所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在测定包含所述接合线的线轴且与线轴平行的截面的结晶取向时的测定结果中，相对于所...

【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，小田大造，
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