铜接合线及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种铜接合线及其制造方法。所述铜接合线可抑制接合线保管时在接合线表面生长氧化膜，可提高接合时的连接可靠性。铜接合线（1）具备以铜为主成分的芯材（2）和形成于芯材（2）的表面的表面处理层（3），表面处理层（3）具有含有与氧的亲和性比铜高的金属和氧的非晶质层。

Copper bonding wire and method for manufacturing the same

The invention provides a copper bonding wire and a manufacturing method thereof. The copper bonding line can inhibit the growth of the oxide film on the bonding line surface when the bonding line is stored, and can improve the reliability of the connection when the joint is engaged. Copper bonding wire (1) with copper core material with main component (2) and the formation of the core material (2) surface treatment layer of the surface (3), a surface treatment layer (3) containing affinity to oxygen and oxygen higher than copper metal amorphous layer.

【技术实现步骤摘要】
铜接合线及其制造方法
本专利技术涉及铜接合线（bondingwire）及其制造方法。
技术介绍
以往，将金（Au）线用于连接半导体元件的电极焊盘和电路基板的配线焊盘的接合线，特别是在树脂封装型的半导体元件中，从连接可靠性的观点出发，大多使用直径0.02～0.03mm左右的Au线。近年来，以Au的价格高涨为背景，在汽车等车辆的动力模块用线接合中，开始使用材料成本比Au线大幅降低且直径为0.1～0.3mm左右的铝线。但是，在汽车等的动力模块中，从装置的小型化、电流密度增大方面出发，要求热导率、电导率（导电率）比铝线高的原材料。因此，提出了以铜（Cu）或Cu合金为芯材、在其外周直接或隔着中间层被覆钯（Pd）或Pd合金的接合线（参照专利文献1）。该接合线有着可防止表面氧化、材料保管时耐氧化性优异的优点，但相反也有着以下的技术问题。即，对于被覆Pd的接合线而言，由于球焊时在线前端形成球时Pd固溶于Cu中的情况下，即便是极微量，球的硬度也比铜硬，此外未固溶而残留于表层的Pd自身也硬，因此有着球焊时损坏硅芯片上的脆弱的铝焊盘这样的问题。此外，有着用作被覆材料的Pd自身的材料成本也高这样的问题。另一方面，提出了在由Cu或Cu合金形成的芯材的表面形成包含锌等的被覆层的接合线（参照专利文献2、3）。现有技术文献专利文献专利文献1：日本实开昭60-160554号公报专利文献2：日本特开昭60-207357号公报专利文献3：日本特开昭62-287634号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题对于在由Cu或Cu合金形成的芯材的表面形成包含Zn的被覆层的以往的接合线而言，Zn比Pd材料费便宜，此外，即使在Zn成分固溶于Cu中时，与使用Pd时相比，存在球也难以变硬的倾向，在这些方面上是有利的。但是，在保管接合线保管时，芯材中的Cu向接合线表面扩散，扩散的Cu与氧结合而生长氧化膜，此外在包含Zn的被覆层较厚地形成时，有时Zn自身与氧结合，较厚地使Zn氧化膜生长，其结果是，产生在接合时导致与铝焊盘的连接不良这样的问题。因此，本专利技术的目的在于，提供一种铜接合线，其可抑制接合线保管时在接合线表面生长氧化膜，可提高接合时的连接可靠性。用于解决课题的方案本专利技术为了实现上述目的，提供下述[1]～[8]的铜接合线及其制造方法。[1]一种铜接合线，其具备以铜为主成分的芯材和形成于所述芯材的表面的表面处理层，该表面处理层具有含有与氧的亲和性比铜高的金属和氧的非晶质层。[2]前述[1]所述的铜接合线，其中所述非晶质层进一步含有从所述芯材扩散的铜。[3]前述[1]或前述[2]所述的铜接合线，其中所述表面处理层在所述非晶质层的下方进一步具有扩散层，该扩散层含有铜及与氧的亲和性比铜高的金属，或铜、与氧的亲和性比铜高的金属及氧。[4]前述[1]～[3]中任一项所述的铜接合线，其中所述与氧的亲和性比铜高的金属为锌。[5]前述[1]～[4]中任一项所述的铜接合线，其中所述表面处理层的厚度为3nm以上0.6μm以下。[6]一种铜接合线的制造方法，在以铜为主成分的芯材的表面，形成包含与氧的亲和性比铜高的金属的被覆层，对形成的所述被覆层在50℃以上150℃以下的温度，以30秒以上60分钟以下的时间进行加热处理，由此形成表面处理层。[7]前述[6]所述的铜接合线的制造方法，其中所述与氧的亲和性比铜高的金属为锌。[8]前述[6]或前述[7]所述的铜接合线的制造方法，其中所述表面处理层的厚度为3nm以上0.6μm以下。专利技术效果根据本专利技术，可以提供一种铜接合线，其可抑制接合线保管时在接合线表面生长氧化膜，可提高接合时的连接可靠性。附图说明图1为模式地表示本专利技术的一个实施方式涉及的铜接合线的剖面图。图2为模式地表示本专利技术的其他实施方式涉及的铜接合线的剖面图。图3为表示本专利技术的实施例3涉及的铜接合线恒温（100℃）保持试验中的3600小时试验品的、自表层一边重复溅射、一边进行深度方向的俄歇元素分析的结果的曲线图。图4为表示在本专利技术的实施例3、比较例1以及现有例1涉及的铜接合线的恒温（100℃）保持试验中自表层的氧侵入深度（氧化膜厚度）的时间变化的曲线图。图5为表示本专利技术的实施例3涉及的铜接合线的RHEED分析结果的电子束衍射图像。符号说明1：铜接合线；2：芯材；3：表面处理层（非晶质层）；4：铜接合线；5：表面处理层；6：扩散层；7：非晶质层。具体实施方式1.铜接合线的构成图1为模式地表示本专利技术的一个实施方式涉及的铜接合线的剖面图。此外，图2为模式地表示本专利技术的其他实施方式涉及的铜接合线的剖面图。图1所示的本专利技术的一个实施方式涉及的铜接合线1具备以铜为主成分的芯材2和形成于芯材2的表面的表面处理层3。作为构成芯材2的以铜为主成分的材料，例如可使用无氧铜、韧铜等。此外不必一定为纯铜，在可以实现本专利技术的效果的范围内，也能够使用铜合金，具体而言，可使用含有3～15质量ppm的硫、2～30质量ppm的氧、5～55质量ppm的Ti的低浓度铜合金。表面处理层3具有非晶质层，该非晶质层含有与氧的亲和性比铜高的金属和氧的。或者，表面处理层3具有非晶质层，该非晶质层含有与氧的亲和性比铜高的金属、氧及从芯材2扩散的铜。此外，如图2所示，作为本专利技术的其他的实施方式涉及的铜接合线4，表面处理层5可具有非晶质层7和在非晶质层7的下方形成的扩散层6，该扩散层6含有铜及与氧的亲和性比铜高的金属，或者含有铜、与氧的亲和性比铜高的金属及氧。优选为包含铜、与氧的亲和性比铜高的金属及氧的扩散层6。在具有非晶质层（表面处理层3）及扩散层6时，作为构成非晶质层7且与氧的亲和性比铜高的金属，优选为锌。锌以外，例如可列举Ti、Mg、Zr、Al、Fe、Sn、Mn等。特别是从再循环的观点出发，优选制造铜时易于氧化除去的Ti、Mg及Zr。对于构成扩散层6且与氧的亲和性比铜高的金属，与构成非晶质层且与氧的亲和性比铜高的金属的情况相同，优选使用相同的金属。对于元素随机配置的非晶质层，可认为与元素规则排列的晶质层相比为致密的构造，因此该非晶质层可抑制乃至降低作为铜原材料氧化的原因的铜向表面处理层表面的扩散及氧向铜原材料中的侵入。其结果是，非晶质层可认为作为阻止铜及氧的结合的阻挡层而起作用。为了形成该非晶质层，需要使氧与铜以外的其他金属优先结合，为了促进该非晶质层的形成，优选在芯材的表面配置与氧的亲和性比作为芯材2的铜高的金属（例如，锌）。对于表面处理层3和5，由于异种元素在界面处相接，因此在异种元素界面处通常显示出平稳的浓度变化，难以定义表面处理层的厚度。因此，在本专利技术中，表面处理层的厚度定义为“为含有与氧的亲和性比铜高的金属及氧，以及根据场合还含有铜的层的厚度，且构成该层的元素的任一以作为元素含有比率的原子浓度（at%）计含有2at%以上的层的厚度”。用于本实施方式涉及的铜接合线1的表面处理层3（具有扩散层6的铜接合线4的情况下，为表面处理层5）的厚度也取决于扩散层6的厚度及加热处理条件，但优选3nm以上0.6μm以下。更优选为6nm以下0.6μm以下。在具有扩散层6时，对于扩散层6的厚度，作为其下限值没有特别限制，只要被覆作为芯材的铜即可，实用方面，被覆厚度的下限优选为3nm左右。此外，扩散层6的厚度的上限值优选0.5μm以下。超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜接合线，其具备以铜为主成分的芯材和形成于所述芯材的表面的表面处理层，所述表面处理层具有含有与氧的亲和性比铜高的金属和氧的非晶质层，所述非晶质层为所述表面处理层的最外表面，其中，所述与氧的亲和性比铜高的金属为Zn、Ti、Mg、Zr、Al、Fe、Sn、Mn。

【技术特征摘要】
2012.12.07 JP 2012-2683631.一种铜接合线，其具备以铜为主成分的芯材和形成于所述芯材的表面的表面处理层，所述表面处理层具有含有与氧的亲和性比铜高的金属和氧的非晶质层，所述非晶质层为所述表面处理层的最外表面，其中，所述与氧的亲和性比铜高的金属为Zn、Ti、Mg、Zr、Al、Fe、Sn、Mn。2.如权利要求1所述的铜接合线，其中所述非晶质层进一步含有从所述芯材扩散的铜。3.如权利要求1或2所述的铜接合线，其中所述表面处理层在所述非晶质层的下方进一步具有扩散层，所述扩散层含有铜及与氧的亲和性比铜高的金属，或含有铜、与氧的亲和性比铜高的金属和氧。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐川英之，青山正义，鹫见亨，藤户启辅，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP