半导体装置用接合线制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种适合车载用装置的接合线，其是在表面具有Pd被覆层的Cu接合线，改善了高温高湿环境下的球接合部的接合可靠性。一种半导体装置用接合线，具有Cu合金芯材、和在所述Cu合金芯材的表面形成的Pd被覆层，该接合线包含0.011～1.2质量％的In，Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。因此，能够提高高温高湿环境下的球接合部的接合寿命并改善接合可靠性。当Cu合金芯材含有分别为0.05～1.2质量％的Pt、Pd、Rh、Ni中的1种以上时，能够提高在175℃以上的高温环境下的球接合部可靠性。另外，当在Pd被覆层的表面进一步形成Au表皮层时，楔接合性改善。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置用接合线
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电路布线基板的布线连接而被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、镀Pd层的电极结构等。迄今为止，接合线的材料中Au是主流，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，要求在严酷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。曾提出了好几种评价高温高湿环境下的接合可靠性的方法，作为代表性的评价方法，有HAST(HighlyAcceleratedTemperatureandHumidityStressTest)(高温高湿环境暴露试验)。在采用HAST来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。最近，在这样的条件下的HAST中开始要求100小时以上的接合寿命。使用以往的具有Pd被覆层的Cu接合线与纯Al电极进行接合，1st接合设为球接合，2nd接合设为楔接合，用塑模树脂封装后，进行了上述HAST条件下的评价，结果可知有时球接合部的接合寿命低于100小时，车载用装置所要求的接合可靠性不充分。本专利技术的目的是提供一种接合线，其是在表面具有Pd被覆层的Cu接合线，改善了高温高湿环境下的球接合部的接合可靠性，适合于车载用装置。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合金芯材和在上述Cu合金芯材的表面形成的Pd被覆层，上述接合线包含In，相对于线整体，In的浓度为0.011～1.2质量％，上述Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。(2)根据上述(1)所述的半导体装置用接合线，其特征在于，上述Cu合金芯材包含选自Pt、Pd、Rh、Ni中的至少1种以上的元素，上述Cu合金芯材中包含的上述元素的浓度分别为0.05～1.2质量％。(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，在上述Pd被覆层上还具有Au表皮层。(4)根据上述(3)所述的半导体装置用接合线，其特征在于，上述Au表皮层的厚度为0.0005～0.050μm。(5)根据上述(1)～(4)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，上述接合线还包含选自B、P、Mg、Ga、Ge中的至少1种以上的元素，相对于线整体，上述元素的浓度分别为1～100质量ppm。(6)根据上述(1)～(5)的任一项所述的半导体装置用接合线，其特征在于，在测定上述接合线表面的晶体取向所得到的测定结果中，相对于上述接合线长度方向角度差为15度以下的晶体取向<111>的存在比率以面积率计为30～100％。根据本专利技术，对于具有Cu合金芯材和在Cu合金芯材的表面形成的Pd被覆层的半导体装置用接合线，通过使接合线包含0.011～1.2质量％的In，能够提高高温高湿环境下的球接合部的接合寿命并改善接合可靠性。具体实施方式本专利技术的接合线，首先，是具有Cu合金芯材和在上述Cu合金芯材的表面形成的Pd被覆层的半导体装置用接合线，接合线包含In，相对于线整体，In的浓度为0.011～1.2质量％，上述Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。由此，接合线能够改善车载用装置所要求的高温高湿环境中的球接合部的接合可靠性。如果使用本专利技术的接合线，通过电弧放电形成球，则在接合线熔融、凝固的过程中，在球的表面形成Pd浓度比球的内部高的合金层。如果使用该球与Al电极进行接合，实施高温高湿试验，则成为在接合界面Pd浓化了的状态。该Pd浓化而形成的浓化层，能够抑制高温高湿试验中的接合界面中的Cu、Al的扩散、并使易腐蚀性化合物的生长速度降低。由此，接合线能够提高接合可靠性。另一方面，在Pd被覆层的厚度小于0.015μm的情况下，上述浓化层未充分形成，不能提高接合可靠性。如果Pd被覆层的厚度为0.02μm以上，则是更优选的。另一方面，如果Pd被覆层厚度超过0.150μm，则FAB形状恶化的倾向变得显著，因此将上限设为0.150μm。在球的表面形成的Pd浓度高的合金层，抗氧化性优异，因此在球形成时能够减少球的形成位置相对于接合线的中心发生偏移等的不良。本专利技术进而通过使接合线包含In，相对于线整体，In的浓度为0.011质量％以上，能够进一步提高在温度为130℃、相对湿度为85％的高温高湿环境下的球接合部的接合寿命。使用含有In的被覆有Pd的Cu接合线形成球部，用扫描型电子显微镜(SEM：ScanningElectronMicroscope)观察FAB，结果在FAB的表面观察到较多的直径(Ф)为数十nm左右的析出物。如果通过能量色散型X射线分析(EDS：EnergyDispersiveX-raySpectroscopy)来分析析出物，则确认到In浓化了。从以上的状况来看，详细的机理尚不明确，但是可认为由于FAB中观察到的该析出物存在于球部与电极的接合界面，因此在温度为130℃、相对湿度为85％的高温高湿环境中的球接合部的接合可靠性提高。如果相对于线整体，In的浓度为0.031质量％以上，则是更加优选的。如果In的浓度为0.031质量％以上，则能够更加提高高温高湿环境下的球接合部的接合寿命。另外，如果In含量为0.100质量％以上，则是进一步优选的。当In的浓度为0.100质量％以上时，能够进一步提高高温高湿环境下的球接合部的接合寿命，能够应对更严格的对接合可靠性的要求。在作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置用接合线，其特征在于，具有Cu合金芯材和在所述Cu合金芯材的表面形成的Pd被覆层，所述接合线包含In，相对于线整体，In的浓度为0.011～1.2质量％，所述Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.26 JP 2015-0363421.一种半导体装置用接合线，其特征在于，具有Cu合金芯材和在所述Cu合金芯材的表面形成的Pd被覆层，所述接合线包含In，相对于线整体，In的浓度为0.011～1.2质量％，所述Pd被覆层的厚度为0.015～0.150μm。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Cu合金芯材包含选自Pt、Pd、Rh、Ni中的至少1种以上的元素，所述Cu合金芯材中包含的所述元素的浓度分别为0.05～1.2质量％。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...

【专利技术属性】
技术研发人员：小田大造，江藤基稀，山田隆，榛原照男，大石良，宇野智裕，小山田哲哉，
申请(专利权)人：日铁住金新材料股份有限公司，新日铁住金高新材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP