半导体用接合线制造技术

本发明专利技术提供即使对于镀钯的引线框也能够确保良好的楔接合性、耐氧化性优异的以铜或铜合金为芯线的半导体用接合线。该半导体用接合线的特征在于，具有由铜或铜合金构成的芯线、在该芯线的表面的具有10～200nm的厚度的含有钯的被覆层和在该被覆层的表面的具有1～80nm的厚度的含有贵金属和钯的合金层，所述贵金属为银或金，所述合金层中的所述贵金属的浓度为10体积％～75体积％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及为了接合半导体元件上的电极与外部连接端子而使用的半导体用接合线。
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连接的半导体用接合线(以下称为接合线)，主要使用线径为20 50 μ m左右、材质为高纯度4M4-Nine，纯度为99. 99 质量％以上)的金(Au)的接合线(金接合线)。为了使金接合线接合在作为半导体元件的硅芯片上的电极上，一般地进行超声波并用热压接方式的球接合。即为下述的方法使用通用接合装置，将上述金接合线通到称作毛细管的夹具的内部，通过电弧热输入将线尖端加热熔融，通过表面张力形成球部后，使加热熔融形成的球部压接接合于在150°C 300°C的范围内加热了的上述电极上。另一方面，在将金接合线与引线和焊盘等的外部连接端子接合的情况下，一般地不形成如上述那样的球部而进行金接合线与电极直接接合的所谓的楔接合。近年，半导体安装的结构、材料、接合技术等在急速地多样化，例如，在安装结构中，除了现行的使用引线框的QFP(Quad Flat Packaging)以外，使用基板或聚酰亚胺带等的BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Scale Packaging)等的新的安装方式得到实用化，外部接合端子也在多样化。因此，楔接合特性比过去更加受到重视。另外，半导体元件小型化的需求在增高，为了进行薄型安装，降低接合线连接的环路的高度这种低环路接合技术、从基板侧向多片层叠的芯片翘起环路的逆打线接合技术等在不断推广。然而，随着最近的资源价格的高涨，作为金接合线的原料的价格也在急速增长，研究了铜(Cu)作为代替金的低成本的线坯料。然而，与金相比铜容易被氧化，因此单纯的铜接合线难以长期保管，楔接合特性也不好。另外，在这样的单纯的铜接合线的尖端形成球部时，必须处在还原气氛中以不使球部氧化。具体地，一般地使用在氮(N2)中混合了 4体积％ 左右氢(H2)的气体，使球部周边成为还原气氛，但尽管如此，也难以进行象使用金接合线那样的良好的球接合。由于这些原因，铜接合线的利用还没有扩大到一般的LSI领域。于是，为了解决铜接合线氧化的问题，曾提出了在铜线表面被覆了银(Ag)的铜接合线。例如，专利文献1，虽然没有示出在铜线上被覆了银的具体例，但作为接合线的内部金属，列举了铝(Al)、铜、铁(狗)、铁与镍的合金(FeNi)等的非纯贵金属，作为上述接合线的表面被覆金属，公开了对水分、盐分、碱等具有耐腐蚀性的金属，例如金和银。另外，专利文献2，虽然没有示出在铜线上被覆了银的具体例，但例举了在铜系线上被覆了包含金、银的贵金属的铜系接合线，记载了如果对该铜系线实施被覆则耐腐蚀性进一步提高的内容。专利文献3，公开了对铝(Al)或铜线镀了金和银等的贵金属的接合线，在铜接合线的场合，通过上述镀敷消除了耐腐性和热氧化的问题，与引线框的接合性也得到了与金接合线同样的可靠性。专利文献4公开了在高纯度铜极细线的表面上被覆了贵金属或耐腐蚀性金属的铜接合线，作为上述被覆的贵金属之一使用银。通过这样地构成，能够抑制铜接合线的表面氧化(具体地，有无在大气中放置10天后的表面氧化)。另外，作为上述铜极细线的直径为15 80 μ m，上述被覆的被膜为IOnm Iym的平均层厚(实施例中，25 μ m直径的线， 0. Iym的平均层厚的被膜)。专利文献5公开了在铜细线的表面上以线径的0. 001 0. 01 倍的厚度被覆了银的铜接合线，即，在直径25 μ m的铜细线上被覆0. 02 0. 3 μ m厚度的银的铜接合线。通过被覆银可抑制铜的氧化，并且球形成能力提高。另外，为了解决铜接合线氧化的问题，提出了在铜线的表面上被覆贵金属，具体地被覆金(Au)的铜接合线。例如，专利文献1虽然没有示出在铜线上被覆金的具体例，但作为接合线的内部金属列举出铝(Al)、铜、铁(狗)、铁与镍的合金(FeNi)等的非纯贵金属，作为上述接合线的表面被覆金属公开了对水分、盐分、碱等具有耐腐蚀性的金属，例如，金和银。 专利文献7公开了以含有铜或锡的铜合金为芯线，在芯线上镀金的接合线。记载了断裂强度提高。另外，虽然专利文献2没有示出在铜线上被覆金的具体例，但例举了在铜系线上被覆包含金、银的贵金属的铜接合线，记载了如果对铜系线实施被覆则耐腐蚀性进一步提高。 专利文献3公开了在铝(Al)或铜线上镀有金和银等的贵金属的接合线，在铜接合线的场合，通过上述镀敷消除了耐腐蚀性和热氧化的问题，与引线框的接合性也得到了与金接合线同样的可靠性，专利文献4公开了在高纯度铜极细线的表面上被覆贵金属或耐腐蚀性金属的铜接合线，作为上述被覆的贵金属之一使用金。通过这样地构成，能够抑制铜接合线的表面氧化(具体地，有无在大气中放置10天后的表面氧化)。另外，作为上述铜极细线的直径为15 80 μ m,上述被覆的被膜是IOnm 1 μ m的平均层厚(实施例中，25 μ m直径的线，0.1 μπι的平均层厚的被膜。)。专利文献8公开了使用金被覆铜芯线的外周，记载了对由铝构成的电极的接合性提高。专利文献9公开了由未塑性变形的芯材与比芯材柔软且塑性变形的外周材料构成的复合导体，作为一例，示出金作为芯材、铜合金作为外周材料，具有提高导线与电路之间的接合强度的效果。专利文献10公开了使用金或金合金被覆铜合金的外侧，显示出防止在树脂封装半导体元件时接合线彼此接触的不良事故。专利文献11 公开了在由无氧铜线构成的线材的表面上镀纯金，示出了高频传送优异的信号导通率高的接合线。专利文献12公开了在以铜为主成分的芯材的上面隔着由铜以外的金属构成的异种金属层具有由熔点比铜高的熔点的耐氧化性金属构成的被覆层的接合线，示出了能够稳定地形成圆球的球部，而且被覆层与芯材之间的粘附性优异的特性。然而，如上所述在线表面上被覆银或金的铜接合线，虽然能够抑制铜的表面氧化 (尤其是保管中的氧化的进行)，但在接合时形成在线尖端的球部往往不成为圆球而成为椭圆形，妨碍该铜接合线的实用化。在被覆银的场合，认为是以下情况所致在通过电弧热输入加热熔融线尖端时，熔点低的银(熔点961°C )优先地熔融，而熔点高的铜(熔点 1083°C )只有一部分熔融。另外，在被覆金的场合，认为是以下情况所致在想要线尖端加热熔融通过电弧给予热输入时，由于铜比热大(380J/kg*K)因此难以使其熔融，而金比热小(U8J/kg · K)，因此即使一点点的热输入也能够熔融，其结果，在铜与金的多层结构体中，金优先地熔融。另外，如在专利文献5中那样在还原气氛(10% - )中进行接合的话， 则即使是银被覆，球部形成变得良好的情况也较多，但在不含有氢的气氛中不能够抑制熔融时的氧化，因此难以进行接合，不能够实现良好的球部形成。另一方面，也可以考虑在铜线的表面上被覆钯(Pd)来代替被覆银或金。实际上，在专利文献2 4中，关于被覆层，作为银和金以外的贵金属也例举了钯。上述文献虽然没有示出钯的优势性，但由于钯的熔点比银高(熔点)、钯的比热比金高Q44J/ kg · K)，因此认为若被覆钯则可以解决下述问题如上述的银和金那样地在铜线熔融形成球部之前被覆层熔融，不能够形成圆球状的球部。即，认为通过在铜线的表面被覆钯，能够同时地解决防止铜的氧化和确保球部的圆球性这两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺岛晋一，宇野智裕，山田隆，小田大造，
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：