半导体装置用Ag合金接合线制造方法及图纸

目的在于提供一种半导体装置用Ag合金接合线，其能够使车载用存储器件用途中的线的高温寿命的长寿命化，减少球接合时的芯片损伤，提高球接合强度等特性。本发明专利技术的半导体装置用Ag合金接合线的特征在于，包含In、Ga的一种以上总计为110at.ppm以上、小于500at.ppm，且包含Pd、Pt的一种以上总计为150at.ppm以上、小于12000at.ppm，剩余部分为Ag及不可避免的杂质。剩余部分为Ag及不可避免的杂质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置用Ag合金接合线


[0001]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的电路布线基板而利用的半导体装置用Ag合金接合线。

技术介绍

[0002]现在，作为将半导体元件上的电极与外部引线间进行接合的半导体装置用接合线，主要使用线径15～50μm左右的细线。接合线的接合方法通常为并用超声波热压接方式，可使用通用接合装置、使接合线穿过其内部而进行连接的劈刀夹具等。接合线的接合工艺如下。首先，在利用电弧热将线前端加热熔融并形成球后，将该球部接合到以150℃以上、小于300℃的温度范围加热了的半导体元件的电极上(以下，称为球接合)。接着，在形成线弧后，将线部接合于外部引线侧的电极(以下，称为楔接合)，从而完成。在接合线的接合对象即半导体元件上的电极中，较多使用在Si基板上成膜有以Al为主体的合金膜的电极，在外部引线侧的电极中较多使用实施了Ag镀敷的电极。
[0003]使用了半导体的电子部件(以下，称为半导体器件)从智能手机或个人计算机等民生用品用途，到汽车的电子控制部件、汽车导航系统等的车载用途，在广泛的产品中被使用。可以设想，车载用半导体器件是以自动驾驶技术的发展等为背景，今后使用量也会增加。
[0004]作为预计将来使用量会增加的车载用半导体器件之一，可以举出车载用存储器器件。在车载用存储器件的开发中，主要推进了用于耐受在严酷的环境中的使用的器件的长寿命化、存储容量的大容量化。在接合线的开发中，也要求与这些要求对应的技术开发。
[0005]接合线需要满足球形成性、球接合性、楔接合性、线弧形成性等性能。在此基础上，需要赋予根据接合线的用途而要求的性能。
[0006]在车载用存储器器件中，面对长寿命化，构成存储器件的密封树脂或包含接合线的连接部件的改良不断发展。作为加速评价半导体器件的寿命的方法，通常会进行高温放置试验、高温高湿试验、热循环试验等。在设想车载用途的情况下，尤其要求高温放置试验中的寿命(以下，称为高温寿命)为预定期间以上。在民生品的用途中，在130～150℃的环境中，通常要求500小时左右的寿命，相对于此，在车载用途中，要求220℃、600小时以上的高温寿命。在高温放置试验中，通常问题在于球接合部的劣化。因此，对于接合线，需要解决这样的技术问题，改善高温寿命。
[0007]在车载用存储器件中，面向大容量化，存储器芯片的薄型化、多层化不断发展。在层叠有多层存储器芯片的存储器件中，通过减薄每一片存储器芯片的厚度，增加存储器芯片的层叠数，从而实现了高容量化。当前使用的存储器芯片的厚度主流是30～50μm，设想将来会薄至20μm以下。对于接合线，要求即使对这样的非常薄的存储器芯片上的电极进行球接合，也稳定得到良好的接合强度。
[0008]作为综合满足这些要求性能的接合线，认为使用了Au的线(以下，称为Au线)是有希望的。然而，由于Au价格昂贵，所以希望替换为廉价的材料。作为使用了廉价材料的接合
线，公开了例如使用了Cu的线或使用了Ag的线(以下，称为Ag线)。
[0009]在专利文献1中，示出了一个示例，是由芯材和被覆层(外周部)构成的接合线，在芯材中使用Cu，在被覆层中使用Pd。使用本技术的情况下，Cu或Pd比Au更硬，因此进行球接合时，存储器芯片有时会损伤，无法满足车载用存储器件所要求的性能。
[0010]Ag电阻低，具有与Au相等程度的软质性，因此，认为作为面向存储器件的接合线材料是合适的。然而，将Ag用作接合线的材料时，存在难以实现高温寿命的长寿命化的技术问题。作为使高温寿命长寿命化的技术，公开了一种在以Ag为主体的接合线中添加合金元素的技术。
[0011]在专利文献2中，公开了一种接合线，其特征在于，合计包含0.1～10重量％的Pt、Pd、Cu、Ru、Os、Rh、Ir的一种或两种以上，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，剩余部分为Ag及不可避免的杂质。根据本技术，在200℃的高温放置试验中，显示出可以抑制包含球接合部、线接合部、线、引线的各部分的电路的电阻上升。
[0012]现有技术文献
[0013]专利文献
[0014]专利文献1：国际公开第02/23618号
[0015]专利文献2：日本特开平11
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288962号公报

技术实现思路

[0016]专利技术要解决的技术问题
[0017]对于在车载用存储器件中使用的接合线中，在满足导电性、球形成性、楔接合性、线弧形成性等的基本特性的基础上，要求使高温寿命的长寿命化、减小对存储器芯片上的电极进行球接合时的芯片损伤、得到良好的球接合强度。
[0018]在车载用存储器件中，在220℃的高温放置试验中，要求600小时以上的高温寿命。在使用将纯Ag(Ag纯度：99.99wt.％以上)用作原料的Ag线的情况下，不能满足上述要求性能。这是因为在球接合部，球从Al合金电极剥离，失去电连接。为了明确发生剥离的位置，用扫描型电子显微镜分析球接合部的接合界面，结果，在球接合部的接合界面形成有Ag
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Al系金属间化合物。Ag
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Al系金属间化合物是Ag3Al(μ相)和Ag2Al(ζ相)，剥离发生在球与Ag3Al的界面。
[0019]进行球接合时，在Ag的球与Al合金电极的接合界面中，Ag与Al扩散，主要形成Ag2Al。进行高温放置试验时，在初始的阶段，Ag和Al的扩散发生进展，Ag2Al不断成长。进一步持续高温放置试验时，最终在Ag
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Al系金属间化合物的成长中Al合金电极被全部消耗。其后，不再引起Al从Al合金电极向Ag
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Al系金属间化合物的扩散，Ag向Ag
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Al系金属间化合物的扩散成为主体。这样，Ag2Al向Ag3Al的相的变化发生进展，Ag3Al不断生长。高温放置试验的温度越高，Ag
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Al系金属间化合物的成长速度越快，到Al合金电极全部消耗为止所要的时间变短。在220℃这样严酷的高温条件中，可以认为由于扩散速度加快，Ag3Al在较早的阶段成长，以相对短的时间内到达剥离。
[0020]在使用专利文献2所公开的技术的情况下，在220℃的高温放置试验中观察到高温寿命的改善，但在经过600小时之前，在球接合部，球就从电极剥离，未能充分地满足车载用
存储器件所要求的性能。
[0021]车载用存储器件中，要求减少对存储器芯片上的电极进行球接合时的芯片损伤，并且在球接合部得到良好的接合强度。通常，由于在Al合金电极的表面存在Al氧化膜，因此Al氧化膜阻碍Ag和Al的扩散，有时得不到充分的接合强度。因此，为了在球接合中得到良好的接合强度，需要在球接合时破坏存在于Al合金电极的表面的Al氧化膜，使Ag和Al扩散。
[0022]在球过软的情况下，为了破坏Al合金电极表面的Al氧化膜，需要将进行球接合时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置用Ag合金接合线，其特征在于，包含In、Ga的一种以上总计为110at.ppm以上、小于500at.ppm，且包含Pd、Pt的一种以上总计为150at.ppm以上、小于12000at.ppm，剩余部分由Ag及不可避免的杂质构成。2.根据权利要求1所述的半导体装置用Ag合金接合线，其特征在于，测量所述接合线的线表面的晶体取向的结果，相对于所述接合线的线轴方向的角度差为15度以下的＜1...

【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，江藤基稀，大壁巧，
申请(专利权)人：日铁新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：