半导体装置用接合线制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供一种高功能的接合线，其能够抑制球紧上部的线倾倒（倾斜）和弹回不良，环直线性、环高度的稳定性等也优异，能够适应于叠层芯片连接、细线化、窄间距组装等半导体组装技术。本发明专利技术的半导体装置用接合线，是具有由导电性金属形成的芯材和在该芯材上的以与芯材不同的金属为主成分的表皮层的接合线，其特征在于，该表皮层的表面的晶粒的沿圆周方向的平均尺寸ａ和线轴的垂直截面上的该芯材的晶粒的平均尺寸ｂ的关系为ａ／ｂ≤０．７。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及为连接半导体元件上的电极与线路板(引线框、基板、带等)的配线而 使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端子之间进行接合的接合线，主要使用 线径20 50 ym左右的细线(接合线)。接合线的接合一般是超声波并用热压接方式，可 使用通用接合装置和/或使接合线在其内部通过而用于连接的毛细管夹具等。在由电弧 热输入将接合的线端头加热熔融，借助于表面张力使之形成球后，使该球部压接接合于在 150 300°C的范围内加热了的半导体元件的电极上，然后，通过超声波压接使线直接接合 在外部引线侧。近年，半导体组装的结构、材料和连接技术等在急速地多样化，例如，组装结构 除了使用现行的引线框的QFP(Quad Flat Packaging)以外，使用基板、聚酰亚胺带等的 BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip ScalePackaging)等的新形态也已实用化，需求进一步 提高了成环性、接合性、大批量生产使用性等的接合线。相邻的接合线的间隔变窄的窄间距化正在进行。作为与之对应的对接合线的要 求，要求细线化、高强度化、环(loop)控制、接合线的提高等。通过半导体组装的高密度化， 环形状复杂化。作为环形状的分类，环高度、接合的线长度(跨距；span)成为指标。在最 新的半导体中，在一个组件内部使高环和低环、短跨距和长跨距等相反的环形成混杂的情 况增加。为了将其用一种接合线实现，需要严格的接合线的材料设计。迄今为止接合线的材料主要使用高纯度4N系(纯度> 99. 99质量％ )的金。为 了高强度化、提高高接合等特性，曾进行了微量的合金元素的调整。最近，出于提高接合部 可靠性的目的等，使添加元素浓度增加直到1质量％以下的纯度2N(纯度> 99质量％ )的 金合金线也实用化了。通过调整添加到金中的合金元素的种类、浓度，能够进行高强度化、 控制可靠性等。另一方面，通过合金化，有时产生接合性降低、电阻增加等弊端，难以综合地 满足对接合线所要求的多样的特性。另外，由于金价格高，因此期望得到材料费廉价的其他种类金属的接合线。曾开发 了以材料费廉价、导电性优异的铜为材料的接合线。可是，铜接合线存在如下问题由于接 合的线表面的氧化而导致接合强度降低，在进行了树脂封装时容易引起线表面腐蚀等。这 些问题也成为铜接合线未进行实用化的原因。迄今为止已实用化的接合线其特征是全部是单层结构。即使材料变化为金、铜等， 在内部也均勻地含有合金元素，从接合的线截面来观察，为线单层结构。也有时在线表面形 成有薄的自然氧化膜、用于保护表面的有机膜等，但它们限于最表面的极薄的区域(约数 个原子厚的层的水平)。为了适应对接合线所要求的多样的需求，曾提出了在线表面被覆了别的金属的多 层结构的接合线。作为防止铜接合线表面氧化的方法，专利文献1提出了使用金、银、钼、钯、镍、钴、 铬、钛等贵金属和/或耐腐蚀性金属被覆了铜的接合线。另外，从球形成性、防止镀液劣化 等的观点考虑，专利文献2提出了呈下述结构的接合线，所述结构具有以铜为主成分的芯 材、在该芯材上形成的由铜以外的金属构成的异种金属层、和在该异种金属层上形成的由 熔点比铜高的耐氧化性金属构成的被覆层。专利文献3提出了具有以铜为主成分的芯材和 在该芯材上的含有成分或组成的一方或两方与芯材不同的金属和铜的外皮层、且该外皮层 为厚度0. 001 0. 02 iim的薄膜的接合线。另外，即使是金接合线，也曾提出了很多的多层结构的方案。例如，专利文献4提 出了在由高纯度Au或Au合金构成的芯线的外周面被覆了由高纯度Pd或Pd合金构成的被 覆材料的接合线。专利文献5提出了在由高纯度Au或Au合金构成的芯线的外周面被覆了 由高纯度Pt或Pt合金构成的被覆材料的接合线。专利文献6提出了在由高纯度Au或Au 合金构成的芯线的外周面被覆了由高纯度Ag或Ag合金构成的被覆材料的接合线。这样的用于半导体的多层结构接合线，虽然期待实用化的可能性很大，但是迄今 为止未被实用化。虽然可期待由多层结构带来表面改性、高附加值等，但不能综合地满足 线制造的生产率、品质、接合工序中的成品率、性能稳定性以及半导体使用时的长期可靠性寸。作为在批量生产中使用的线特性，通过在接合工序中的环控制容易，接合性也提 高，在树脂封装工序中抑制线变形，满足连接部的长期可靠性等的综合的特性，可期望能够 适应于最尖端的窄间距连接、叠层芯片连接等的高密度组装。专利文献1 日本特开昭62-97360号公报专利文献2 日本特开2004-64033号公报专利文献3 日本特开2007-12776号公报专利文献4 日本特开平4-79236号公报专利文献5 日本特开平4-79240号公报专利文献5 日本特开平4-79242号公报
技术实现思路
以往的单层结构的接合线(以下记为单层线。)，为了改善抗拉强度、接合部的强 度、可靠性等，添加合金化元素是有效的，但担心特性的提高存在极限。呈多层结构的接合 线(以下记为多层线)，可期待比单层线更加提高特性，提高附加值。作为带来高功能化 的多层线，例如，为了防止铜接合线表面氧化，可在线表面被覆贵金属和/或耐氧化性的金 属。即使是金接合线，通过在线表面被覆强度高的金属或合金，可期待得到降低树脂流动的 效果。可是，考虑半导体组装的高密度化、小型化、薄型化等的要求，本专利技术者们进行评 价的结果判明了多层线留有许多的如后所述的实用上的问题。由于多针和窄间距化，在一个IC内线长度、环高度不同的线连接混杂。以往发生 了未知的问题的情况也很多。作为代表例，球直立部的倾斜不良是由窄间距化所认识到的 新课题。所谓倾斜不良是球接合附近的线直立部倾倒、相邻的线的间隔接近的现象。需求 改善倾斜不良的线材料。作为球直立部的倾斜不良的对策，即使将接合线单纯地高强度化高弹性模量化或 者相反地进行低强度化，也难以改善。另外，即使只增减断裂延伸率、弹性模量等机械特性， 也难以稳定地降低倾斜。在球直立部，受到球熔融时的热影响、环形成时的变形应力等，基 于单纯的线母线的机械特性或者添加元素的合金设计等的以往材料的改进存在极限。抑制 接合的线倾倒即抑制倾斜不良成为窄间距连接的量产阶段的重要课题之一。多层线由于需 要将芯材和表皮层各自分开来进行材料设计、组织控制，因此倾斜问题的改善较困难，其支 配因素等也不明确。其次，对于在叠层芯片连接中成为问题的弹回(回弹；spring)不良进行说明。在 叠层芯片的线连接中，较多地采用与通常的线接合相比接合位置倒转的被称为逆接合的连 接。该连接方法是在第一阶段在芯片上的电极上形成柱形凸块(stud bump)，在第二阶段在 基板的电极上接合球部，在上述柱形凸块上楔接合接合线的方法。通过该逆接合，环高度被 抑制为较低，即使芯片层叠数增加、段差(台阶高差)相当高的场合，也能够进行稳定的环 控制。而另一方面，在该逆接合中，担心接合线发生弯曲(屈曲)即担心发生弹回不良。对 于存储IC而言，叠层芯片正成为主流，期待着该弹回不良的降低。作为降低弹回不良的方法，使用了使接合线的断裂强度降低的方法。可是，由于线 强度的降低而导致细线化存在极限，担心环形状变得不稳定等。降低弹回不良和使环形状 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置用接合线，是具有由导电性金属形成的芯材和在所述芯材上的以与芯材不同的金属为主成分的表皮层的半导体装置用接合线，其特征在于，线表面的所述表皮层晶粒的沿线圆周方向的平均尺寸ａ与垂直截面上的所述芯材晶粒的平均尺寸ｂ的关系为ａ／ｂ≤０．７，所述垂直截面为与线轴垂直的方向的截面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2008-1-25 015262/2008一种半导体装置用接合线，是具有由导电性金属形成的芯材和在所述芯材上的以与芯材不同的金属为主成分的表皮层的半导体装置用接合线，其特征在于，线表面的所述表皮层晶粒的沿线圆周方向的平均尺寸a与垂直截面上的所述芯材晶粒的平均尺寸b的关系为a/b≤0.7，所述垂直截面为与线轴垂直的方向的截面。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，所述平均尺寸a为 1. 5 μm 以下。3.根据权利要求1或2所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述平均尺寸b为 2μm以上。4.根据权利要求1 3的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述线表面 的所述表皮层晶粒的沿线轴方向的平均尺寸c与轴截面上的所述芯材晶粒的沿线轴方向 的平均尺寸d的关系为d/c ^ 1. 2，所述轴截面为包含线轴的纵向的截面。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，所述表皮层 的表面的硬度SH和所述芯材的截面的硬度CH的关系为SH/CH彡1. 3。6.根据权利要求1 5的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，所述表皮层 的厚度为0. 005 0. 3μπι。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇野智裕，木村圭一，山田隆，
申请(专利权)人：新日铁高新材料株式会社，日铁新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]