半导体装置用接合线制造方法及图纸

一种半导体装置用接合线，具有Cu合金芯材和形成于其表面的Pd被覆层，可谋求高温下的球接合部的接合可靠性的提高和耐力比(＝最大耐力/0.2％耐力)为1.1～1.6。通过在线中包含赋予高温环境下的连接可靠性的元素来提高在高温下的球接合部的接合可靠性，而且，在对与接合线的线轴垂直的方向的芯材截面测定晶体取向所得到的结果中，通过使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度以下的晶体取向＜100＞的取向比率为30％以上，使与接合线的线轴垂直的方向的芯材截面的平均结晶粒径为0.9～1.5μm，从而使耐力比为1.6以下。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置用接合线本申请是于2016年5月19日提交的申请号为201680002657.9、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(FAB：FreeAirBall，无空气的球)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(环路：loop)之后，将线部压接接合于外部引线侧的电极(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，而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。关于Cu接合线，曾提出了使用高纯度Cu(纯度：99.99质量％以上)的Cu接合线(例如，专利文献1)。Cu与Au相比具有易被氧化的缺点，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Pd被覆层表面用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
车载用装置与一般的电子设备相比，要求在严苛的高温高湿环境下的接合可靠性。特别是将线的球部与电极接合的球接合部的接合寿命成为最大的问题。作为评价在高温高湿环境下的球接合部的接合可靠性的代表性的评价方法，有HAST(HighlyAcceleratedTemperatureandHumidityStressTest)(高温高湿环境暴露试验)。在采用HAST评价球接合部的接合可靠性的情况下，将评价用的球接合部暴露于温度为130℃、相对湿度为85％的高温高湿环境中，测定接合部的电阻值的经时变化、或测定球接合部的剪切强度的经时变化，由此评价球接合部的接合寿命。另外，作为评价170℃以上的高温环境下的球接合部的接合可靠性的方法，可采用HTS(HighTemperatureStorageTest)(高温放置试验)。在利用HTS评价球接合部的接合可靠性的情况下，关于暴露于高温环境中的评价用的样品，通过测定球接合部的电阻值的经时变化、或测定球接合部的剪切强度的经时变化，从而评价球接合部的接合寿命。通过本专利技术人的研究，判明了在接合线包含例如Ni、Zn、Rh、In、Ir、Pt等的赋予高温环境下的连接可靠性的元素的情况下，与不包含该元素的情况相比，130℃以上的高温环境下的球接合部的接合可靠性提高。在此，用下述(1)式定义耐力比。耐力比＝最大耐力/0.2％耐力(1)在楔接合中，接合线激烈地变形。在变形时，若线发生加工硬化，则接合后的线变硬，其结果楔接合的接合强度下降。为了维持楔接合强度，用上述(1)式定义的耐力比优选为1.6以下。然而，为了提高在高温环境下的球接合部的接合可靠性而使线中含有上述元素的结果，耐力比增大，变得超过1.6。因而，会导致楔接合的接合强度下降。本专利技术的目的是提供一种半导体装置用接合线，其具有Cu合金芯材和形成于其表面的Pd被覆层，其能够提高在高温下的球接合部的接合可靠性，并且能够使用(1)式定义的耐力比成为1.1～1.6。即，本专利技术的要旨如下。[1]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，所述接合线包含赋予高温环境下的连接可靠性的元素，在对与所述接合线的线轴垂直的方向的芯材截面测定晶体取向所得到的结果中，线长度方向(线轴方向)的晶体取向之中相对于线长度方向角度差为15度以下的晶体取向＜100＞的取向比率为30％以上，与所述接合线的线轴垂直的方向的芯材截面的平均结晶粒径为0.9～1.5μm。[2]根据上述[1]所述的半导体装置用接合线，其特征在于，用下述(1)式定义的耐力比为1.1～1.6。耐力比＝最大耐力/0.2％耐力(1)[3]根据上述[1]或[2]所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。[4]根据上述[1]～[3]的任一项所述的半导体装置用接合线，在所述Pd被覆层上还具有包含Au和Pd的合金表皮层。[5]根据上述[4]所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述包含Au和Pd的合金表皮层的厚度为0.050μm以下。[6]根据上述[1]～[5]的任一项所述的半导体装置用接合线，所述接合线包含选自Ni、Zn、Rh、In、Ir、Pt之中的至少1种元素，相对于线整体，所述元素的浓度总计为0.011～2质量％。[7]根据上述[1]～[6]的任一项所述的半导体装置用接合线，所述接合线包含选自Ga、Ge之中的1种以上的元素，相对于线整体，所述元素的浓度合计为0.011～1.5质量％。[8]根据上述[1]～[7]的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述接合线包含选自As、Te、Sn、Sb、Bi、Se之中的1种以上的元素，相对于线整体，所述元素的浓度合计为0.1～100质量ppm，Sn≤10质量ppm，Sb≤10质量ppm，Bi≤1质量ppm。[9]根据上述[1]～[8]的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述接合线还包含选自B、P、Mg、Ca、La之中的至少1种元素，相对于线整体，所述元素的浓度分别为1～200质量ppm。[10]根据上述[1]～[9]的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在所述接合线的最表面存在Cu。[11]根据上述[1]～[10]的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，Cu合金芯材含有总计为0.1～3.0质量％的元素周期表第10族的金属元素，线最表面的Cu浓度为1原子％以上。根据本专利技术，能够提高在高温环境下的球接合部的接合可靠性，且使用(1)式定义的耐力比成为1.1～1.6。具体实施方式本专利技术的半导体装置用接合线具有Cu合金芯材和形成于所述Cu合金芯材的表面的Pd被覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，/n所述接合线包含赋予高温环境下的连接可靠性的元素，/n在对与所述接合线的线轴垂直的方向的芯材截面测定晶体取向所得到的结果中，线轴方向的晶体取向之中相对于线轴方向角度差为15度以下的晶体取向＜100＞的取向比率为30％以上，/n与所述接合线的线轴垂直的方向的芯材截面的平均结晶粒径为0.9μm以上且1.5μm以下。/n

【技术特征摘要】
20150615 JP 2015-120509;20150722 JP PCT/JP2015/0701.一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，
所述接合线包含赋予高温环境下的连接可靠性的元素，
在对与所述接合线的线轴垂直的方向的芯材截面测定晶体取向所得到的结果中，线轴方向的晶体取向之中相对于线轴方向角度差为15度以下的晶体取向＜100＞的取向比率为30％以上，
与所述接合线的线轴垂直的方向的芯材截面的平均结晶粒径为0.9μm以上且1.5μm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，
赋予高温环境下的连接可靠性的元素选自元素MA、MB和MC，
元素MA选自Ni、Zn、Rh、In、Ir、Pt之中的至少1种元素，
元素MB选自Ga、Ge之中的至少1种元素，
元素MC选自As、Te、Sn、Sb、Bi、Se之中的至少1种元素。


3.根据权利要求2所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MA的浓度总计为0.011质量％以上且2质量％以下。


4.根据权利要求3所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MA的浓度总计为0.030质量％以上。


5.根据权利要求3所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MA的浓度总计为0.050质量％以上。


6.根据权利要求3所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MA的浓度总计为0.070质量％以上。


7.根据权利要求3所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MA的浓度总计为0.10质量％以上。


8.根据权利要求2所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MB的浓度总计为0.011质量％以上且1.5质量％以下。


9.根据权利要求8所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MB的浓度总计为0.030质量％以上。


10.根据权利要求8所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MB的浓度总计为0.050质量％以上。


11.根据权利要求8所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MB的浓度总计为0.070质量％以上。


12.根据权利要求8所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MB的浓度总计为0.10质量％以上。


13.根据权利要求2所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素MC的浓度合计为0.1质量ppm以上且100质量ppm以下，Sn≤10质量ppm，Sb≤10质量ppm，Bi≤1质量ppm。


14.根据权利要求13所述的半导体装置用接合线，其特征在于，
相对于线整体，所述元素M...

【专利技术属性】
技术研发人员：山田隆，小田大造，榛原照男，大石良，斋藤和之，宇野智裕，
申请(专利权)人：日铁新材料股份有限公司，日铁化学材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP