提供以对半导体装置的铝电极的低电阻，提高接合可靠性的金合金接合线和由该接合线接合到铝电极晶垫的半导体装置。一种金合金接合线，以含有银０．０２～０．３质量％、硅或锗的至少一种的合计为１０～２００质量ｐｐｍ及／或铝或铜的至少一种的合计为１０～２００质量ｐｐｍ、余量为金而成的为特征。再者，一种半导体装置，通过前述金合金接合线连接到铝或铝合金晶垫而成的为特征。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是有关半导体装置所用的ic芯片电极与外部引线等基版间的连接较合适的金合金接合线，采用这一接合线的半导体装置和这一接合线及铝或铝合金间的接合构造。特别是涉及车辆载置用或高速装置用的高温环境下所使用的金合金，采用这一接合线的半导体装置和这一接合线及铝或铝合金间的接合构造。
技术介绍
长久以来，作为半导体装置的ic芯片电极与外部引线的连接金线，以使高纯度金内含有微量其它的金属元素的纯度99.99质量％以上的金线，因可靠性优越而较常被使用着。这种纯金线，其中一端是通过为超声波并用热压接接合法使连接到基版上的外部引线等IC芯片电极上的纯铝晶垫(pad)或铝合金晶垫，另一端则予连接到基版上的外部引线等，其后予以封装树脂使成半导体装置。这种铝合金晶垫通常是通过真空蒸镀等方式予以形成。但是，经予封装树脂的半导体装置被要求如果在高温的非常严格的使用环境被使用时有高度的可靠性的车辆载置用IC或，如果以操作温度较高的高频用IC等被使用时，则被称作柯肯特尔效应(Kirkendall Voids)的空隙或裂痕，或发生由于封装树脂中所含的卤素成分引起腐蚀等的现象，导致使于铝晶垫及铝合金晶垫与纯金线间的接合接口的电阻值升高或接合强度降低。至于铝合金晶垫，通常为铝-铜合金，铝-硅合金，铝-硅-铜合金等。因此，就被要求需确保较目前为止较高的接合可靠性(在某种环境下的焊球接合(ball bonding)引起的接合接口的电阻值及接合强度的持续性)，以金-1质量％钯合金的接合线正被使用着。这种金-钯合金的接合线，于高温环境下的铝合金晶垫与纯金线间的接合接口，因为可以通过钯抑制金的扩散到铝晶垫中，被称作易遭受由于接合接口的卤素成分引起的腐蚀的金属间化合物Au4Al的形成较受阻害，可抑制铝合金晶垫与金合金线间的接合部的劣化，而有不至于导致接合强度的降低的优点。这种金-1质量％钯合金的接合线，与纯度99.99质量％以上的纯金线相比，虽有机械特性较优越，但是接合线的电气特性的比电阻值反较高。例如，相对于纯度99.99质量％的纯金线的比电阻值为2.3pQ'cm，而金-1质量°/。钯合金则为3.0jiQ'cm。因此如果想要进行高密度实际安装时，则由于接合线的发热而有引起组件错误动作，或断线之外，会有使生成讯号的响应速度推迟的顾虑。如果将接合线的直径由25pm制成细到15(im时，则这种倾向则较强烈。而且，于金-1质量°/。钯合金的情形，详细的机构虽然并不清楚，但如果存在钯时，则于接合接口有可出乎意料之外的促使铝的氧化的情形。例如，由金-1质量％钯合金而成的接合线于没有封装树脂下，在大气中如果予以进行高温置放试验时，则也较己含有微量添加元素的纯度99.99质量％以上的金接合线会生成大量的铝氧化物八1203，而有变弱的情形。这种缺陷对半导体装置来说系致命的缺陷，由于欠缺接合可靠性，而成为金-1质量％钯合金接合线的实用化上的障碍。另一方面，将金与全部可固熔的银予以合金化而使用作接合线的构想，以日本特开昭52-51867号公报即为人所知。因此，对纯度99.99质量%以上的金来说，以作为增强机械强度的微量添加元素而为人所知的Ca或La，就被考虑而试用于微量添加银的金合金的应用。其是以制得和纯度99.99质量％程度的纯金线的比电阻值约略同等的比电阻值为目的，于金内添加银0.05 0.95质量％，同时微量添加Ca、 Y及稀土类元素之内的一种以上0.0001~0.005质量％的半导体装置用接合线(详见后述的「专利文献1」)。这一接合线是银0.05 0.95质量％，及Ca、 Y及稀土类元素之内的一种以上0.0001 0.005质量％，余量为金及不可避免的杂质的金合金。此接合线以提供高强度，能够避免比电阻过度的上升，且不引起弧状连接线(loop)变形的半导体装置用合金接合线为目的(参阅同公报0010栏)。「专利文献1」日本特开2003-7757号公报然而，这一接合线由于银的添加量较少，于高温的严苛的使用环境下，有无法解决于金-银合金的接合线与铝或铝合金的晶垫间的接合接口变弱的至目前为止的缺点存在。其理由是这一金-银合金的接合线与一般晶垫材料的铝晶垫予以接合时，于接合接口上予以形成Au4Al，导致使用作半导 体装置时提高电阻所引起的。另一方面，针对这一点，即使增加银的添加量，虽然可抑制金-铝金属 间化合物的生成，但是和添加量成比例因为也可提高接合线的比电阻，而 不能成为解决手段。另外，于以树脂模塑此半导体装置时，封装树脂中的卤素离子与Au4Al 反应而使接合接口的强度降低的事实为最近才发现的。而且这一接合线虽 然机械强度较高，但是由于己全部固溶的银的存在，和铝晶垫间的接合可靠性，反而较纯度99.99质量％程度的纯金线为差。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题而予完成的。本专利技术的目的，是提供减少银 的添加量同时维持接合线的比电阻与金接合线同等程度，同时使于接合接 口上较难形成Au4Al金属间化合物，或由于接合部所形成的金属间化合物 Au4Al较难腐蚀而可提高接合可靠性，而且具有与金-1质量％钯合金同等 的机械强度的接合线。此外，本专利技术的目的，是提供采用此接合线而与铝 或铝合金晶垫，尤其指铝晶垫连接的构造。具体实施例方式本专利技术是系于已减少银的添加量的金合金内添加种种微量添加元素， 予以细线化并制成接合线，将这些接合线连接至铝晶垫上，检查于已曝露 在高温笼罩大气时的接合接口的金属间化合物的发生量。结果，对纯度 99.99质量％以上的金已知可增强机械强度的Be或Ca或Y的微量添加元 素，可以和确认出对已减少银的添加量的金合金并不具有抑制Au4Al等的 金属间化合物成长的效果。本专利技术对各种微量添加元素进行检讨的结果， 和银同时添加时，最后发现硅(Si)、锗(Ge)及镁(Mg)的第二族与铝 (Al)及铜(Cu)的第二族的元素有抑制Au4Al等的金属间化合物的成 长的效果，将铝晶垫取代成铝合金晶垫时也是相同的。但是，镁因提高比 电阻，而不能采用作单独的微量添加元素。例如，弱添加120质量ppm程 度时，则提高接合线的接合可靠性。然而，比电阻因提高0.1 0.2^1cm程度，可知并不能利用于车辆载置用或高速装置用的接合线方面。于是，镁 若能于可确保与纯度99.99质量％以上的纯金相同程度的比电阻范围内时，则可予利用作硅或锗的取代材料。在此，所谓与纯度99.99质量°/。以上的 纯金相同程度的比电阻，是指考虑所发生的热量对纯金而言在增加10%的 范围内。 (银)银是如众所周知，可被视作即使少量时亦可完全的固溶于金之中，而 形成金-银合金。因此，于金与铝的接合接口上形成An4Al等的金-银的金 属间化合物。但是，于锗(Ge)、硅(Si)、铝(Al)、铜(Cu)的至少一 种的共存下，被视作可抑制金-银的金属间化合物的形成。如果添加银，则使比电阻提高。因此，由于接合线的发热而使半导体 装置错误动作之外，会出现讯号的响应速度迟缓等的不良影响。因此，为 确保纯度99.99质量％以上的纯金相同程度的比电阻，将银的上限设成0.3 质量％。上限的金-0.3质量％银合金，若为不含有微量添加元素时，制成 接合线时的比电阻是在2.5pQxm以下。此值与纯金的2.3^f2'cm比较时， 可将比本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金合金接合线，其特征在于，含有银０．０２～０．３质量％、硅或锗的至少一种的合计为１０～２００质量ｐｐｍ、余量为金而成的。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：村井博，千叶淳，天田富士夫，
申请(专利权)人：田中电子工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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